《SpringBoot启动流程一》:万字debug梳理SpringBoot如何加载并处理META-INF/spring.factories文件中的信息

网友投稿 315 2022-08-23

《SpringBoot启动流程一》:万字debug梳理SpringBoot如何加载并处理META-INF/spring.factories文件中的信息

一、前言

看Spring Boot源码的时候,发现在SpringApplication初始化阶段会加载Spring应用上下文初始化器(ApplicationContextInitializer)、加载Spring应用事件监听器(ApplicationListener);而ApplicationContextInitializer 和 ApplicationListener内建的实现类预置在​​spring-boot​​ jar包的META-INF/spring.factories文件中;

此外,在​​spring-boot-autoconfigure​​ jar包的META-INF/spring.factories文件中也有一部分:

所以,在Spring Boot中一共内建了11个ApplicationListener、7个ApplicationContextInitializer。

那么SpringBoot是怎么将其加载到Spring容器中的呢?怎么加载到SpringApplication中的呢?我们就此展开研究。

二、正文

入口

无论是在SpringApplication初始化阶段时加载Spring事件监听器ApplicationListener、Spring应用上下文初始化器ApplicationContextInitializer,还是在SpringApplication准备阶段时加载Spring运行时监听器SpringApplicationRunListener、异常报告器SpringBootExceptionReporter,都要从​​SpringApplication#getSpringFactoriesInstances()​​​重载方法开始,并且进入到​​getSpringFactoriesInstances(Class type, Class[] parameterTypes, Object... args)​​;

以Spring应用上下文初始化器为例,此处的​​type​​​为​​ApplicationContextInitializer​​;整体的处理流程为:

下面我们分开来看;

1、找到type的所有实现类

使用Spring工厂加载机制方法​​SpringFactoriesLoader.loadFactoryName(Class,ClassLoader)​​来做这个操作;

​​SpringFactoriesLoader.loadFactoryName(Class,ClassLoader)​​中首先会根据类加载器加载出所有spring.factories中的所有内容。

1)loadSpringFactories(ClassLoader)

​​loadSpringFactories(ClassLoader)​​会解析所有加载的jar包中 META-INF/spring.factories配置文件的配置内容,并组装为Map数据结构,方法返回。具体流程如下:

首先,去缓冲中查询是否有入参classLoader对应的配置信息(仅第一次加载spring.factories文件时不走缓存),如果存在,则表明服务之前解析过配置文件 并 方法返回。如果不存在,则进行解析操作。其次,获得所有依赖jar包中,具有META-INF/spring.factories配置文件的jar文件URI,并依次进行遍历。接着,将​​spring.factories​​​配置的内容转化成​​properties​​​实例;遍历properties实例,将key和value维护到​​Map>​​ result数据结构中,如果多个spring.factories中的key相同,则value取合集。最后,将result维护到缓冲cache中——key=ClassLoader value=result;并将result作为返回值返回。

<1> 缓存cache数据结构:

static final Map>> cache = new ConcurrentReferenceHashMap<>();

<2> 方法主体:

private static Map> loadSpringFactories(@Nullable ClassLoader classLoader) { // 1、去缓存中,查询是否有入参classLoader对应的配置信息, // 如果存在,则表明服务之前解析过配置文件。如果不存在,则进行解析操作 MultiValueMap result = cache.get(classLoader); // 缓存中存在则直接返回 if (result != null) { return result; } try { // 2、获得所有依赖jar包中,具有META-INF/spring.factories配置文件的jar文件URI // todo 问自己一个问题,它是怎么找到的? Enumeration urls = (classLoader != null ? classLoader.getResources(FACTORIES_RESOURCE_LOCATION) : ClassLoader.getSystemResources(FACTORIES_RESOURCE_LOCATION)); result = new LinkedMultiValueMap<>(); // 遍历所有的URI while (urls.hasMoreElements()) { URL url = urls.nextElement(); // 通过url获得资源resource UrlResource resource = new UrlResource(url); // 3、将spring.factories配置的内容转化成properties实例 Properties properties = PropertiesLoaderUtils.loadProperties(resource); // 4、遍历properties实例,将key和value维护到Map> result数据结构中 for (Map.Entry entry : properties.entrySet()) { String factoryTypeName = ((String) entry.getKey()).trim(); // StringUtils.commaDelimitedListToStringArray只是单纯的将字符串转为String[]数组 for (String factoryImplementationName : StringUtils.commaDelimitedListToStringArray((String) entry.getValue())) { result.add(factoryTypeName, factoryImplementationName.trim()); } } } // 4、将result维护到缓冲cache中——key=ClassLoader value=result cache.put(classLoader, result); return result; } catch (IOException ex) { throw new IllegalArgumentException("Unable to load factories from location [" + FACTORIES_RESOURCE_LOCATION + "]", ex); }}

在遍历properties实例,将key和value维护到Map result数据结构的过程中,可以发现一个问题:如果多个spring.factories文件中针对同一个key有相同的value值,那岂不就是重复添加了。

假设,我依赖的某一个jar包的META-INF/factories中和​​spring-boot​​​ jar包的META-INF/factories中都有 ​​org.springframework.context.ApplicationContextInitializer=\ org.springframework.boot.context.ConfigurationWarningsApplicationContextInitializer,\​​​。则​​ConfigurationWarningsApplicationContextInitializer​​​会被添加两次到​​ApplicationContextInitializer​​​对应的​​List​​中。

spring不会有这种bug吧?显然是不可能的,往上追,追到SpringApplication类中,在获取到type类所有实现类的类名时会用Set集合做一个去重。

思考一下为什么不能在最底层就做去重呢?而需要每个调用方都自己去重!

2)classLoader.getResources(FACTORIES_RESOURCE_LOCATION)

我很好奇,classLoader.getResources(FACTORIES_RESOURCE_LOCATION)它是如何找到所有META-INF/spring.factories文件的?所以这里特意写一小节。

此处的classLoader为​​AppClassLoader​​​;比较有意思的是​​getResources(FACTORIES_RESOURCE_LOCATION)​​方法使用F7进不去,要进去到AppClassLoader里打断点。

​​AppClassLoader​​​是​​Launcher​​的静态内部类,其类图如下:

即,AppClassLoader间接继承自ClassLoader,而​​getResources(String name)​​​方法在其类结构中只出现在​​ClassLoader​​中,所以要去ClassLoader中打断点;

加载Resource资源时也会用到父类加载器。递归由​​AppClassLoader​​​ 的父加载器 ​​ExtClassLoader​​​ 负责加载Resource资源;最终体现为:​​Enumeration[]​​​数组的0下标所表示其父类、祖父类加载器加载到的Resources资源,而1下标处表示自己加载到Resources资源,这也和双亲委派机制的不一样的点。而​​AppClassLoader​​ 的父类、祖父类加载器并没有加载到任何资源(因为META-INF/Spring.factories文件也只存在于AppClassLoader的扫描的目录下)。

最后看一下AppClassLoader是怎么找到所有的META-INF/spring.factories文件的?

1> 因为​​ClassLoader#findResources(String)​​​是一个抽象方法,具体逻辑由子类实现,结合AppClassLoader的类图,定位到​​URLClassLoader#findResources(String)​​;

在URLClassLoader内部会调用其组合的​​URLClassPath​​类的findResources(String, boolean)方法去做一个真正的资源扫描操作。

最终效果如下,但是不建议追(太深了,并且很不好debug)。

但是有一点我们可以记住:hasMoreElements() 和 nextElement()方法均出自sun.misc包下的​​CompoundEnumeration​​类。有兴趣的建议参考博主打断点的思路继续深追如下代码段:

3)loadSpringFactories(ClassLoader)返回结果

接着通过Map的getOrDefault()方法获取到result中key为​​ApplicationContextInitializer​​的value。

最后回到​​SpringApplication#getSpringFactoriesInstances()​​方法中,使用Set集合来接返回值,以达到一个去重的效果。

2、实例化type的所有实现类

紧接着上面进入到createSpringFactoriesInstances()方法根据类的全路径名做实例化操作。

List instances = createSpringFactoriesInstances(type, parameterTypes, classLoader, args, names);

遍历所有的全路径类名,使用AppClassLoader将相应Class文件从磁盘装载到内存中,然后利用反射获取Class类的无参构造函数、实例化对象。

注意:要实例化的类必须要有无参构造函数。

private List createSpringFactoriesInstances(Class type, Class[] parameterTypes, ClassLoader classLoader, Object[] args, Set names) { List instances = new ArrayList<>(names.size()); for (String name : names) { try { // 装载class文件到内存 Class instanceClass = ClassUtils.forName(name, classLoader); Assert.isAssignable(type, instanceClass); Constructor constructor = instanceClass.getDeclaredConstructor(parameterTypes); // 利用反射实例化对象 T instance = (T) BeanUtils.instantiateClass(constructor, args); instances.add(instance); } catch (Throwable ex) { throw new IllegalArgumentException("Cannot instantiate " + type + " : " + name, ex); } } return instances;}

3、做Order排序

将type类对应的所有实现类实例化完毕之后,要对他们做一个根据Order的排序。

AnnotationAwareOrderComparator.sort(instances);

sort()方法中直接使用List集合的sort()方法,但需要自定义​​Comparator​​​为当前类实例​​AnnotationAwareOrderComparator​​。

再看​​AnnotationAwareOrderComparator​​的类结构:

AnnotationAwareOrderComparator继承自​​OrderComparator​​​,自定义Comparator需要实现Comparator的抽象方法​​compare(T o1, T o2)​​。AnnotationAwareOrderComparator自身没有compare()方法,所以看其父类OrderComparator中的compare方法;

因为​​OrderComparator#doCompare(Object o1, Object o2, OrderSourceProvider sourceProvider)​​​方法中的入参sourceProvider为null,所以进入到getOrder()方法时,后续直接调用子类的​​findOrder(Object obj)​​方法去查找相应类的顺序值。

AnnotationAwareOrderComparator#findOrder()方法中先调用父类​​OrderComparator#findOrder()​​方法,如果找到顺序值直接返回,否者从类的@Order注解中取到顺序值。

1> 先看​​OrderComparator#findOrder()​​方法:

该方法判断obj有没有实现Ordered接口,实现Ordered接口之后,有没有重写其getOrder()方法,如果重写了,则直接从getOrder()中获取到序列值。

@Nullableprotected Integer findOrder(Object obj) { return (obj instanceof Ordered ? ((Ordered) obj).getOrder() : null);}

以ContextIdApplicationContextInitializer为例,其getOrder()方法返回的序列值为​​2147483637​​;

2> 再看​​AnnotationAwareOrderComparator#findOrder()​​方法:

如果通过​​OrderComparator#findOrder()​​​获取不到序列值,则通过​​findOrderFromAnnotation()​​方法从@Order注解中获取序列值。

@Override@Nullableprotected Integer findOrder(Object obj) { Integer order = super.findOrder(obj); if (order != null) { return order; } return findOrderFromAnnotation(obj);}

以ConfigurationWarningsApplicationContextInitializer为例:

​​findOrderFromAnnotation()​​​方法中通过​​OrderUtils.getOrderFromAnnotations(element, annotations);​​获取@Order注解中的值:

​​OrderUtils.getOrderFromAnnotations(element, annotations);​​方法返回之后,如果order为null,则直接返回null。

最后返回到​​OrderComparator#getOrder()​​​方法,如果order为null,则将Order设置为​​Integer.MAX_VALUE​​;

如果两个对象的Order序列值一样,则按原本在集合中的顺序先后排列。

1)总述

利用List集合自身的排序,通过传入自定义的Comparator 实现排序规则。规则具体如下:

AnnotationAwareOrderComparator类继承自OrderComparator,排序规则体现在OrderComparator类中的compare()方法;每个排序对象都会通过​​OrderComparator#getOrder()​​方法获取排列的序列值。getOrder()方法中首先通过​​findOrder()​​方法查找序列值,而AnnotationAwareOrderComparator重写了findOrder()方法。所以调用findOrder()方法会先进入到AnnotationAwareOrderComparator#findOrder()方法。在AnnotationAwareOrderComparator#findOrder()方法中,会先调用其父类OrderComparator#findOrder()方法判断对象是否实现​​Ordered​​接口 并 重写了getOrder()方法,有则返回getOrder()的值。否则通过​​findOrderFromAnnotation()​​方法从对象的@Order注解中获取具体的值,如果对象没有被@Order注解标注,则返回null。最后到OrderComparator#getOrder()层面,如果findOrder()返回了具体的Integer值,则返回,否者返回Integer.MAX_VALUE。

下篇接着聊SpringBoot启动流程之SpringApplication准备阶段。

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