手写SpringBoot模拟核心流程

首先，SpringBoot是基于的Spring，所以我们要依赖Spring，然后我希望我们模拟出来的SpringBoot也支持Spring MVC的那一套功能，所以也要依赖Spring MVC，包括Tomcat等，所以在SpringBoot模块中要添加以下依赖：

<dependency><groupId>org.springframework</groupId><artifactId>spring-context</artifactId><version>5.3.18</version></dependency><dependency><groupId>org.springframework</groupId><artifactId>spring-web</artifactId><version>5.3.18</version></dependency><dependency><groupId>org.springframework</groupId><artifactId>spring-webmvc</artifactId><version>5.3.18</version></dependency><dependency><groupId>javax.servlet</groupId><artifactId>javax.servlet-api</artifactId><version>4.0.1</version></dependency><dependency><groupId>org.apache.tomcat.embed</groupId><artifactId>tomcat-embed-core</artifactId><version>9.0.60</version></dependency>

在User模块下我们进行正常的开发就行了，比如先添加SpringBoot依赖：

image-20230729102443956

在业务层，定义常用的controller、Service之类的包：

image-20230729102544799

当我们真正使用SpringBoot时，核心主要是@SpringBootApplication和SpringApplication：前面的是用来让Spring扫描，后面是Spring容器相关。我们接下来自行研究一下这两个核心内容。

一般开始的时候，SpringBoot项目是下面的样子：

image-20230728201057843

我们模拟一下注解：@SpringBootApplication以及SpringApplication.run(SpringbootDemoApplication.class, args);

项目整体结构

项目结构如下：

image-20230728201324546

需要添加SpringBoot项目依赖，才可以在启动类中添加注解：@TigerSpringBootApplication

image-20230728201842078 image-20230728201955506

由于SpringBoot用的容器也是Spring的，所以我们首先得在run方法创建一个Spring容器。

image-20230728202807398

一般情况下，run方法执行完了，我们就能在浏览器中访问到controller里面的方法，那么在run方法中，肯定会启动tomcat，然后才能接收web请求。

tomcat里需要配置一个DispatcherServlet，然后这个DispatcherServlet需要和Spring容器绑定，这样DispatcherServlet在接收到请求后，才能根据请求路径去匹配Spring容器中的controller的mapping路径。

所以，在run方法中，我们要实现如下逻辑：

  1. 创建一个Spring容器

  2. 创建Tomcat对象

  3. 生成DispatcherServlet对象，并且和前面创建出来的Spring容器进行绑定

  4. 将DispatcherServlet添加到Tomcat中

  5. 启动Tomcat

    接下来对每一步进行详细说明。

    创建Spring容器

容器创建语句：

AnnotationConfigApplicationContext applicationContext = new AnnotationConfigApplicationContext();

applicationContext.register(clazz);

把配置类注册进去。

image-20230728203600091

如图所示，在调用run方法时候，传入了MyApplication.class这个类，由于他上面有@TigerSpringBootApplication注解，而这个又是一个组合注解，里面包括了@Configuration，所以最终，我们上面的applicationContext.register(clazz);就拿到了配置类，然后调用applicationContext.register();这样容器就启动了。容器启动了之后，就去解析传进来的配置类。由于配置类上面有@TigerSpringBootApplication，他是一个组合注解，包含了@ComponentScan，这样Spring就知道了扫描路径。

​ 总结： 经过上面的步骤，我们就把Spring容器创建好了。

​ 我们创建的是一个AnnotationConfigWebApplicationContext容器，并且把run方法传入进来的class作为容器的配置类，比如在MyApplication的run方法中，我们就是把MyApplication.class传入到了run方法中，最终MyApplication就是所创建出来的Spring容器的配置类，并且由于MyApplication类上有@TigerSpringBootApplication注解，而@TigerSpringBootApplication注解上又存在@ComponentScan注解，所以AnnotationConfigWebApplicationContext容器在执行refresh时，就会解析MyApplication这个配置类，从而发现定义了@ComponentScan注解，也就知道了要进行扫描，只不过扫描路径为空，而AnnotationConfigWebApplicationContext容器会处理这种情况，如果扫描路径会空，则会将MyApplication所在的包路径做为扫描路径，从而就会扫描到UserService和UserController。

所以Spring容器创建完之后，容器内部就拥有了UserService和UserController这两个Bean。

启动Tomcat服务器

​ run方法执行完之后，我们就可以通过浏览器访问controller接口了。为了能够接收web请求，我们需要启动一个web容器。

接下来启动tomcat容器。启动Tomcat时，需要配置DispatcherServlet。之前单独用Spring MVC的时候，我们要在web.xml单独配置一个DispatcherServlet，就相当于往tomcat里面配置了DispatcherServlet。

   tomcat.addServlet(contextPath, "dispatcher", new DispatcherServlet(applicationContext));context.addServletMappingDecoded("/*", "dispatcher");

通过上面的形式，就可以把DispatcherServlet配置到我们Tomcat当中。context.addServletMappingDecoded(“/*”, “dispatcher”);表示，当Tomcat启动时，所有的请求都会交给DispatcherServlet处理。

image-20230728213905060

当我们在浏览器中请求：http://localhost:8081/test的时候，端口8081定位 到了Tomcat容器，然后请求交给了DispatcherServlet，它会根据/test去我们的controller进行匹配。然后controller是我们后端Spring 的一个bean，为了能关联起来，我们需要在初始化DispatcherServlet的时候，在构造函数中接收一个Spring容器。

image-20230728214430994

在构造DispatcherServlet对象时，传入了一个ApplicationContext对象，也就是一个Spring容器，就是我们前文说的，DispatcherServlet对象和一个Spring容器进行绑定。

image-20230728214631906

修改后，使用的是web的Spring容器AnnotationConfigWebApplicationContext：

    public static void run(Class clazz) {AnnotationConfigWebApplicationContext applicationContext = new AnnotationConfigWebApplicationContext();applicationContext.register(clazz);applicationContext.register();startTomcat(applicationContext);}

启动成功：

image-20230728215434318

至此，一个简单的Springboot demo就写好了。

总结一下一个完整的请求流程：在浏览器发起http请求：http://localhost:8081/test，由于Tomcat监听的是8081，所以被Tomcat接收到，然后Tomcat再把请求交给DispatcherServlet，DispatcherServlet拿到请求后，就用路径/test去Spring容器中匹配controller的bean，然后再遍历bean里面的方法，发现刚好匹配下面的方法：

image-20230728220119909 image-20230728220334222

然后执行方法test().

最终把结果返回前端：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-gxEU885s-1690601777922)(https://typora-chenhui-2021-08-03.oss-cn-shenzhen.aliyuncs.com/img/启动Tomcat.gif)]
​ 自定义的注解@TigerSpringBootApplication有两个重要的组合注解@Configuration、@ComponentScan。

Configuration表示当前的类是配置类，ComponentScan表示需要spring扫描，默认当前类的子包路径都要扫描。执行run方法的时候，创建好了spring容器（web型容器)，然后还通过编程的方式，启动了一个tomcat服务器。

​ 当我们想把tomcat换成jetty或者undertown的时候，只需要再pom依赖中修改一下即可，如下：

image-20230728221113751

如果我想继续按下面的要求修改：

  1. 如果项目中有Tomcat的依赖，那就启动Tomcat
  2. 如果项目中有Jetty的依赖就启动Jetty
  3. 如果两者都没有则报错
  4. 如果两者都有也报错

​ 我们希望SpringBoot自动帮我们把上面的逻辑实现，对于我们程序员而言，只要在Pom文件中添加相关依赖就可以了，想用Tomcat就加Tomcat依赖，想用Jetty就加Jetty依赖。

那这个底层原理是怎么实现的？

实现tomcat和Jetty切换

​ 我们需要判断依赖里面有什么，如果有Tomcat，就启动Tomcat，有Jetty就启动Jetty，有Undertow就启动Undertow。

如果是在run方法里面写if else，不仅代码太难看，而且也不好扩展。

​ image-20230728221458223

像tomcat、jetty、undertown都是属于servlet容器，有共性，我们就要用抽象的思维，把这三个都容器抽象为WebServer，然后提供一个启动的方法：

public interface WebServer {void start();
}

然后写一个Tomcat类，实现WebServer接口：

public class TomcatWebServer  implements WebServer{@Overridepublic void start() {System.out.println("tomcat启动了");}
}

public class JettyWebServer implements WebServer{@Overridepublic void start() {System.out.println("jetty启动了");}
}

回到run方法那里，我们要改变一下思路，不能直接启动tomcat容器，而是先获取webserver，然后再使用webserver的start方法：

    public static void run(Class clazz) {AnnotationConfigWebApplicationContext applicationContext = new AnnotationConfigWebApplicationContext();applicationContext.register(clazz);applicationContext.refresh();// startTomcat(applicationContext);WebServer webServer = getWebServer(applicationContext);webServer.start();}public static WebServer getWebServer(WebApplicationContext applicationContext) {//在这里判断，tomcat、jetty、undertown到底返回那个webserverreturn null;}

注意：getWebServer方法的参数WebApplicationContext，这是一个Spring容器，我们可以直接从容器里面获取web类型容器的bean：applicationContext.getBean(WebServer.class)

然后直接返回：

    public static WebServer getWebServer(WebApplicationContext applicationContext) {//在这里判断，tomcat、jetty、undertown到底返回那个webserverreturn applicationContext.getBean(WebServer.class);}

我们得判断项目中的依赖是什么，是Tomcat？还是Jetty？这个时候就得引入条件注解。

引入条件注解

我们新建一个自动配置类：WebServerAutoConfiguration，然后我们定义 Tomcat、Jetty的bean

@Configuration
public class WebServerAutoConfiguration implements AutoConfiguration{@Beanpublic TomcatWebServer tomcatWebServer(){return new TomcatWebServer();}@Beanpublic JettyWebServer jettyWebServer(){return new JettyWebServer();}
}

虽然定义了两个bean，但是我们可以让bean在某种条件下生效，这就是条件注解。

新增一个条件注解类：TigerCondition，实现Spring的Condition，条件注解返回false，表示不符合逻辑，返回true，表示符合逻辑。

public class TigerCondition implements Condition {@Overridepublic boolean matches(ConditionContext context, AnnotatedTypeMetadata metadata) {return false;}
}

我们在上面两个bean上加条件注解 @Conditional(TigerCondition.class)：

@Configuration
public class WebServerAutoConfiguration implements AutoConfiguration{@Bean@Conditional(TigerCondition.class)public TomcatWebServer tomcatWebServer(){return new TomcatWebServer();}@Bean@Conditional(TigerCondition.class)public JettyWebServer jettyWebServer(){return new JettyWebServer();}
}

虽然定义了两个bean，但是只有条件注解返回true的时候，对应的bean才能生效,容器中才会存在对应bean。

但是在一个条件注解里面同时判断Tomcat和Jetty，不方便，我们看下spring boot原始的判断方法。SpringBoot会写一个注解：ConditionalOnClass

@Target({ ElementType.TYPE, ElementType.METHOD })
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Conditional(TigerCondition.class)
public @interface ConditionalOnClass {String value();
}

然后我们把指定条件的代码，@Conditional 换成@ConditionalOnClass。ConditionalOnClass是SpringBoot的注解，它封装了Spring的Conditional注解。

@Configuration
public class WebServerAutoConfiguration implements AutoConfiguration{@Bean@Conditional(TigerCondition.class)@ConditionalOnClass("org.apache.catalina.startup.Tomcat")public TomcatWebServer tomcatWebServer(){return new TomcatWebServer();}@Bean@Conditional(TigerCondition.class)@ConditionalOnClass("org.eclipse.jetty.server.Server")public JettyWebServer jettyWebServer(){return new JettyWebServer();}
}

如果当前项目中，有org.apache.catalina.startup.Tomcat这个类，那么这个bean就生效，同理，如果有org.eclipse.jetty.server.Server这个类，那么Jetty的bean就生效。

​ 那这个判断怎么实现呢？得回到TigerCondition这个注解的方法这里。

我们需要拿到"org.eclipse.jetty.server.Server"、"org.apache.catalina.startup.Tomcat"这两个字符串。Spring去解析注解的时候，可以获取到value的值，这样就拿到了这两个字符串，由因为注解ConditionalOnClass包含了@Conditional(TigerCondition.class)，那么Spring就去执行指定类TigerCondition下的判断逻辑，即match方法里的逻辑。

    @Overridepublic boolean matches(ConditionContext context, AnnotatedTypeMetadata metadata) {Map<String, Object> annotationAttributes = metadata.getAnnotationAttributes(ConditionalOnClass.class.getName());String className = (String) annotationAttributes.get("value");// org.eclipse.jetty.server.Server 或 Tomcattry {context.getClassLoader().loadClass(className);return true;} catch (ClassNotFoundException e) {return false;}}

通过className，从容器中加载这个类，如果能加载到，返回true，表示项目中有这个类，否则，抛异常ClassNotFoundException，类加载失败，返回false。

启动项目：

image-20230729071124765

找不到类。

因为我们写的配置类WebServerAutoConfiguration是定义在SpringBoot中的，那我们得让Spring知道这个配置类的存在，让他扫描到。所以加一个注解：@Import(WebServerAutoConfiguration.class)。当我们执行run方法时，传入了一个类：MyApplication.class，spring接收到这个类之后，就会去解析这个类，找到这个类之后，就会去解析上面的注解@TigerSpringBootApplication,发现需要去扫描（因为组合注解包含了@ComponentScan），然后Spring就把Service层，Controller层都扫描一遍，并把bean放入容器中。

@TigerSpringBootApplication
@Import(WebServerAutoConfiguration.class)
public class MyApplication
{public static void main( String[] args ){TigerSpringApplication.run(MyApplication.class);}
}

当@TigerSpringBootApplication解析完之后，再解析@Import(WebServerAutoConfiguration.class)，Spring发现要导入一个类WebServerAutoConfiguration，然后发现上面有@Configuration，再解析这个注解，发现里面与bean的定义。

重新启动项目还是报错，再仔细看代码，发现问题：

image-20230729072807040

删除@Conditional(TigerCondition.class)后，重新启动代码，还是报错，最终发现报错原因如下：

image-20230729074120363

image-20230729074146805

image-20230729074225355

把代码移动到tomcat模块中：

image-20230729074440774

重新启动项目：启动成功，这样就实现了，根据pom依赖自动选择web服务器的功能！

image-20230729074459502

如果依赖中移除依赖，会报错，找不到对应bean。如果两个bean都有，那么也会报错，因为Spring不知道要去使用哪个bean。

image-20230729074750932

类似web服务器，还有消息队列，看你是用rabbitmq，还是用rocketmq，还是kafka，或者spring事务，或者datasource等。这些如果在Spring项目中，都是要程序员自己手动配置这些bean的。

但是到了SprinBboot，就不用我们手动去配置，SpringBoot默认帮我们配置好，如下：

image-20230729075803577 image-20230729075858598

我们刚开始，是在启动类中import了我们需要的自动配置@Import(WebServerAutoConfiguration.class)：

@TigerSpringBootApplication
@Import(WebServerAutoConfiguration.class)
public class MyApplication
{public static void main( String[] args ){TigerSpringApplication.run(MyApplication.class);}
}

那如我想导入更多的自动配置，全部都直接在上面添加@Import(xxxx)注解，那这个类就得膨胀了：

image-20230729081555295

所以引入一个自定义类：TigerImportSelector.class

public class TigerImportSelector implements DeferredImportSelector {@Overridepublic String[] selectImports(AnnotationMetadata importingClassMetadata) {ServiceLoader<AutoConfiguration> loader = ServiceLoader.load(AutoConfiguration.class);List<String> list = new ArrayList<>();for (AutoConfiguration configuration : loader) {list.add(configuration.getClass().getName());}return list.toArray(new String[0]);}
}

selectImports方法返回的是一个数组 String[]，我们可以把上面多个自动配置类的类名直接通过方法selectImports返回，这样启动类就不用import很多的配置类了。

发现自动配置类

虽然启动类是少了注解,这种做法也是不太优雅的，我们看看springboot是怎么实现的。这个时候就用到了spi机制。

​ 创建一个接口：AutoConfiguration，里面什么 都不用实现

public interface AutoConfiguration {
}

然后我们的自动配置类，都要实现这个接口：

public class WebServerAutoConfiguration implements AutoConfiguration

然后我们在resource目录下新建文件夹META-INF、services以及文件org.example.AutoConfiguration：

image-20230729090145905

文件是接口的名字：org.example.AutoConfiguration，文件的内容是需要自动生效的配置类全限定类名。

配置好之后，我们就可以从代码中去到上面的这些配置信息（通过SPI机制）。在下面的类中，

public class TigerImportSelector implements DeferredImportSelector {@Overridepublic String[] selectImports(AnnotationMetadata importingClassMetadata) {ServiceLoader<AutoConfiguration> loader = ServiceLoader.load(AutoConfiguration.class);List<String> list = new ArrayList<>();for (AutoConfiguration configuration : loader) {list.add(configuration.getClass().getName());}return list.toArray(new String[0]);}
}

通过Java的SPI可以load 我们自定义的接口AutoConfiguration，底层会去目录META-INF/services/读org.example.AutoConfiguration文件，把文件内容读取出来，然后通过反射的方式，把这些全限定类名获取到的类，返回给loader这个变量接收。如果后面还想实现如aop的自动配置，那我们新建一个类，实现接口AutoConfiguration，然后 在META-INF下面的文件增加对应的全限定类名即可。

​ 这种spi的机制，主要是为了方便扩展。

比如像mybatis，spring官方就没提供自动配置的starter，就需要通过这种spi机制进行扩展。

配置类就是为了定义bean，然后把bean纳入容器中管理。配置类就像之前的xml配置文件一样，用来定义外部bean的。

SpringBoot 自动配置AOP

下面再写一个aop的自动配置例子。

案例目的：要在user模块中使用aop功能，只要在pom中添加依赖即可，无需配置。如果不想使用aop，则把依赖删除即可。

首先新增一个配置类：AopAutoConfiguration，我们主要是在这个配置类中开启aop配置

@Configuration
public class AopAutoConfiguration implements AutoConfiguration{@Configuration@EnableAspectJAutoProxy@ConditionalOnClass("org.aspectj.weaver.Advice")class AspectJConfiguration{}
}

@ConditionalOnClass(“org.aspectj.weaver.Advice”):表示pom中有这个依赖，项目中有这个bean，当前的类才生效

@EnableAspectJAutoProxy ：表示开启aop的功能

在User模块中使用AspectJ的时候，需要把它的jar包引入进来，这是程序员必须要做的：

        <dependency><groupId>org.aspectj</groupId><artifactId>aspectjrt</artifactId><version>1.9.7</version></dependency><dependency><groupId>org.aspectj</groupId><artifactId>aspectjweaver</artifactId><version>1.9.7</version></dependency>

引入上面的依赖之后，才能使用注解：@Aspect

然后在User模块配置一个切面：

@Component
@Aspect
public class TigerAspect {@Before("execution((public * org.example.service.UserService.test()))")public void tigerBefore(JoinPoint joinPoint){System.out.println("进入aop拦截的方法了");}
}

因为我们是为了验证http请求进来的时候，切面是否生效，而tomcat容器中，我们只简单的打印，所以需要修改一下：

image-20230729094454712

image-20230729094603230

把方法挪上去之后，发现缺少spring容器。

如何获取Spring容器？

只要让TomcatWebServer实现接口ApplicationContextAware，这样就能拿到spring容器

image-20230729095003117

定义变量：

private WebApplicationContext webApplicationContext;

然后实现接口ApplicationContextAware，并重写方法setApplicationContext，这样在方法里面就可以给成员变量：WebApplicationContext赋值了。

实现效果如下：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-I8iPnhPZ-1690601777928)(https://typora-chenhui-2021-08-03.oss-cn-shenzhen.aliyuncs.com/img/aop拦截.gif)]

在userService中，我们只添加了pom依赖，并没有在启动类增加开启aop的注解，就能在项目中使用aop功能。这是我们写的配置类：AopAutoConfiguration自动生效了。

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