芋道 Spring Boot 自动配置原理

转载自  芋道 Spring Boot 自动配置原理

1. 概述

友情提示：因为本文是分享 Spring Boot 自动配置的原理，所以需要胖友有使用过 Spring Boot 的经验。如果还没使用过的胖友，不用慌，先跳转到《芋道 Spring Boot SpringMVC 入门》文章，将前两节阅读完，感受下 Spring Boot 的魅力。

Spring Boot 自动配置，顾名思义，是希望能够自动配置，将我们从配置的苦海中解脱出来。那么既然要自动配置，它需要解三个问题：

  • 满足什么样的条件？

  • 创建哪些 Bean？

  • 创建的 Bean 的属性？

我们来举个示例，对照下这三个问题。在我们引入 spring-boot-starter-web 依赖，会创建一个 8080 端口的内嵌 Tomcat，同时可以通过 application.yaml 配置文件中的 server.port 配置项自定义端口。那么这三个问题的答案如下：

友情提示：为了更易懂，这里的答案暂时是表象的，不绝对精准。

  • 满足什么样的条件？因为我们引入了 spring-boot-starter-web 依赖。

  • 创建哪些 Bean？创建了一个内嵌的 Tomcat Bean，并进行启动。

  • 创建的 Bean 的属性？通过 application.yaml 配置文件的 server.port 配置项，定义 Tomcat Bean 的启动端口属性，并且默认值为 8080。

壮着胆子，我们来看看 Spring Boot 提供的 EmbeddedWebServerFactoryCustomizerAutoConfiguration 类，负责创建内嵌的 Tomcat、Jetty 等等 Web 服务器的配置类。代码如下：

@Configuration // <1.1>
@ConditionalOnWebApplication // <2.1>
@EnableConfigurationProperties(ServerProperties.class) // <3.1>
public class  EmbeddedWebServerFactoryCustomizerAutoConfiguration {/*** Nested configuration if Tomcat is being used.*/@Configuration // <1.2>@ConditionalOnClass({ Tomcat.class, UpgradeProtocol.class })public static class TomcatWebServerFactoryCustomizerConfiguration {@Beanpublic TomcatWebServerFactoryCustomizer tomcatWebServerFactoryCustomizer(Environment environment, ServerProperties serverProperties) {// <3.2>return new TomcatWebServerFactoryCustomizer(environment, serverProperties);}}/*** Nested configuration if Jetty is being used.*/@Configuration // <1.3>@ConditionalOnClass({ Server.class, Loader.class, WebAppContext.class })public static class JettyWebServerFactoryCustomizerConfiguration {@Beanpublic JettyWebServerFactoryCustomizer jettyWebServerFactoryCustomizer(Environment environment, ServerProperties serverProperties) {// <3.3>return new JettyWebServerFactoryCustomizer(environment, serverProperties);}}/*** Nested configuration if Undertow is being used.*/// ... 省略 UndertowWebServerFactoryCustomizerConfiguration 代码/*** Nested configuration if Netty is being used.*/// ... 省略 NettyWebServerFactoryCustomizerConfiguration 代码}

在开始看代码之前，我们先来简单科普下 Spring JavaConfig 的小知识。在 Spring3.0 开始，Spring 提供了 JavaConfig 的方式，允许我们使用 Java 代码的方式，进行 Spring Bean 的创建。示例代码如下：

@Configuration
public class DemoConfiguration {@Beanpublic void object() {return new Obejct();}}

  • 通过在类上添加 @Configuration 注解，声明这是一个 Spring 配置类。

  • 通过在方法上添加 @Bean 注解，声明该方法创建一个 Spring Bean。

OK，现在我们在回过头看看 EmbeddedWebServerFactoryCustomizerAutoConfiguration 的代码，我们分成三块内容来讲，刚好解决我们上面说的三个问题：

  • ① 配置类

  • ② 条件注解

  • ③ 配置属性

① 配置类

<1.1> 处，在类上添加了 @Configuration 注解，声明这是一个配置类。因为它的目的是自动配置，所以类名以 AutoConfiguration 作为后缀。

<1.2>、<1.3> 处，分别是用于初始化 Tomcat、Jetty 相关 Bean 的配置类。

  • TomcatWebServerFactoryCustomizerConfiguration 配置类，负责创建 TomcatWebServerFactoryCustomizer Bean，从而初始化内嵌的 Tomcat 并进行启动。

  • JettyWebServerFactoryCustomizer 配置类，负责创建 JettyWebServerFactoryCustomizer Bean，从而初始化内嵌的 Jetty 并进行启动。

如此，我们可以得到结论一，通过 @Configuration 注解的配置类，可以解决“创建哪些 Bean”的问题。

实际上，Spring Boot 的 spring-boot-autoconfigure 项目，提供了大量框架的自动配置类，稍后我们在「2. 自动配置类」小节详细展开。

② 条件注解

<2> 处，在类上添加了 @ConditionalOnWebApplication 条件注解，表示当前配置类需要在当前项目是 Web 项目的条件下，才能生效。在 Spring Boot 项目中，会将项目类型分成 Web 项目（使用 SpringMVC 或者 WebFlux）和非 Web 项目。这样我们就很容易理解，为什么 EmbeddedWebServerFactoryCustomizerAutoConfiguration 配置类会要求在项目类型是 Web 项目，只有 Web 项目才有必要创建内嵌的 Web 服务器呀。

<2.1>、<2.2> 处，在类上添加了 @ConditionalOnClass 条件注解，表示当前配置类需要在当前项目有指定类的条件下，才能生效。

  • TomcatWebServerFactoryCustomizerConfiguration 配置类，需要有 tomcat-embed-core 依赖提供的 Tomcat、UpgradeProtocol 依赖类，才能创建内嵌的 Tomcat 服务器。

  • JettyWebServerFactoryCustomizer 配置类，需要有 jetty-server 依赖提供的 Server、Loader、WebAppContext 类，才能创建内嵌的 Jetty 服务器。

如此，我们可以得到结论二，通过条件注解，可以解决“满足什么样的条件？”的问题。

实际上，Spring Boot 的 condition 包下，提供了大量的条件注解，稍后我们在「2. 条件注解」小节详细展开。

③ 配置属性

<3.1> 处，使用 @EnableConfigurationProperties 注解，让 ServerProperties 配置属性类生效。在 Spring Boot 定义了 @ConfigurationProperties 注解，用于声明配置属性类，将指定前缀的配置项批量注入到该类中。例如 ServerProperties 代码如下：

@ConfigurationProperties(prefix = "server", ignoreUnknownFields = true)
public class ServerPropertiesimplements EmbeddedServletContainerCustomizer, EnvironmentAware, Ordered {/*** Server HTTP port.*/private Integer port;/*** Context path of the application.*/private String contextPath;// ... 省略其它属性}

  • 通过 @ConfigurationProperties 注解，声明将 server 前缀的配置项，设置到 ServerProperties 配置属性类中。

<3.2>、<3.3> 处，在创建 TomcatWebServerFactoryCustomizer 和 JettyWebServerFactoryCustomizer 对象时，都会将 ServerProperties 传入其中，作为后续创建的 Web 服务器的配置。也就是说，我们通过修改在配置文件的配置项，就可以自定义 Web 服务器的配置。

如此，我们可以得到结论三，通过配置属性，可以解决“创建的 Bean 的属性？”的问题。

🐶 至此，我们已经比较清晰的理解 Spring Boot 是怎么解决我们上面提出的三个问题，但是这样还是无法实现自动配置。例如说，我们引入的 spring-boot-starter-web 等依赖，Spring Boot 是怎么知道要扫码哪些配置类的。下面，继续我们的旅途，继续抽丝剥茧。

2. 自动配置类

在 Spring Boot 的 spring-boot-autoconfigure 项目，提供了大量框架的自动配置，如下图所示：

在我们通过 SpringApplication#run(Class<?> primarySource, String... args) 方法，启动 Spring Boot 应用的时候，有个非常重要的组件 SpringFactoriesLoader 类，会读取 META-INF 目录下的 spring.factories 文件，获得每个框架定义的需要自动配置的配置类。

我们以 spring-boot-autoconfigure 项目的 Spring Boot spring.factories 文件来举个例子，如下图所示：

如此，原先 @Configuration 注解的配置类，就升级成类自动配置类。这样，Spring Boot 在获取到需要自动配置的配置类后，就可以自动创建相应的 Bean，完成自动配置的功能。

旁白君：这里其实还有一个非常有意思的话题，作为拓展知识，胖友可以后续去看看。实际上，我们可以把 spring.factories 理解成 Spring Boot 自己的 SPI 机制。感兴趣的胖友，可以看看如下的文章：

  • 《Spring Boot 的 SPI 机制》

  • 《Java 的 SPI 机制》

  • 《Dubbo 的 SPI 机制》

实际上，自动配置只是 Spring Boot 基于 spring.factories 的一个拓展点 EnableAutoConfiguration。我们从上图中，还可以看到如下的拓展点：

  • ApplicationContextInitializer

  • ApplicationListener

  • AutoConfigurationImportListener

  • AutoConfigurationImportFilter

  • FailureAnalyzer

  • TemplateAvailabilityProvider

因为 spring-boot-autoconfigure 项目提供的是它选择的主流框架的自动配置，所以其它框架需要自己实现。例如说，Dubbo 通过 dubbo-spring-boot-project 项目，提供 Dubbo 的自动配置。如下图所示：

3. 条件注解

条件注解并不是 Spring Boot 所独有，而是在 Spring3.1 版本时，为了满足不同环境注册不同的 Bean ，引入了 @Profile 注解。示例代码如下：

@Configuration
public class DataSourceConfiguration {@Bean@Profile("DEV")public DataSource devDataSource() {// ... 单机 MySQL}@Bean@Profile("PROD")public DataSource prodDataSource() {// ... 集群 MySQL}}

  • 在测试环境下，我们注册单机 MySQL 的 DataSource Bean。

  • 在生产环境下，我们注册集群 MySQL 的 DataSource Bean。

在 Spring4 版本时，提供了 @Conditional 注解，用于声明在配置类或者创建 Bean 的方法上，表示需要满足指定条件才能生效。示例代码如下：

@Configuration
public class TestConfiguration {@Bean@Conditional(XXXCondition.class)public Object xxxObject() {return new Object();}}

  • 其中，XXXCondition 需要我们自己实现 Condition 接口，提供具体的条件实现。

显然，Spring4 提交的 @Conditional 注解非常不方便，需要我们自己去拓展。因此，Spring Boot 进一步增强，提供了常用的条件注解：

  • @ConditionalOnBean：当容器里有指定 Bean 的条件下

  • @ConditionalOnMissingBean：当容器里没有指定 Bean 的情况下

  • @ConditionalOnSingleCandidate：当指定 Bean 在容器中只有一个，或者虽然有多个但是指定首选 Bean

  • @ConditionalOnClass：当类路径下有指定类的条件下

  • @ConditionalOnMissingClass：当类路径下没有指定类的条件下

  • @ConditionalOnProperty：指定的属性是否有指定的值

  • @ConditionalOnResource：类路径是否有指定的值

  • @ConditionalOnExpression：基于 SpEL 表达式作为判断条件

  • @ConditionalOnJava：基于 Java 版本作为判断条件

  • @ConditionalOnJndi：在 JNDI 存在的条件下差在指定的位置

  • @ConditionalOnNotWebApplication：当前项目不是 Web 项目的条件下

  • @ConditionalOnWebApplication：当前项目是 Web项 目的条件下

4. 配置属性

Spring Boot 约定读取 application.yaml、application.properties 等配置文件，从而实现创建 Bean 的自定义属性配置，甚至可以搭配 @ConditionalOnProperty 注解来取消 Bean 的创建。

咳咳咳，貌似这个小节没有太多可以分享的内容，更多胖友可以阅读《芋道 Spring Boot 配置文件入门》文章。

5. 内置 Starter

我们在使用 Spring Boot 时，并不会直接引入 spring-boot-autoconfigure 依赖，而是使用 Spring Boot 内置提供的 Starter 依赖。例如说，我们想要使用 SpringMVC 时，引入的是 spring-boot-starter-web 依赖。这是为什么呢？

因为 Spring Boot 提供的自动配置类，基本都有 @ConditionalOnClass 条件注解，判断我们项目中存在指定的类，才会创建对应的 Bean。而拥有指定类的前提，一般是需要我们引入对应框架的依赖。

因此，在我们引入 spring-boot-starter-web 依赖时，它会帮我们自动引入相关依赖，从而保证自动配置类能够生效，创建对应的 Bean。如下图所示：

Spring Boot 内置了非常多的 Starter，方便我们引入不同框架，并实现自动配置。如下图所示：

6. 自定义 Starter

在一些场景下，我们需要自己实现自定义 Starter 来达到自动配置的目的。例如说：

  • 三方框架并没有提供 Starter，比如说 Swagger、XXL-JOB 等。

  • Spring Boot 内置的 Starter 无法满足自己的需求，比如说 spring-boot-starter-jdbc 不提供多数据源的配置。

  • 随着项目越来越大，想要提供适合自己团队的 Starter 来方便配置项目，比如说永辉彩食鲜 csx-bsf-all 项目。

下面，我们一起来实现一个自定义 Starter，实现一个 Java 内置 HttpServer 服务器的自动化配置。最终项目如下图所示：

在开始示例之前，我们要了解下 Spring Boot Starter 的命名规则，显得我们更加专业（装逼）。命名规则如下：

场景命名规则示例
Spring Boot 内置 Starterspring-boot-starter-{框架}spring-boot-starter-web
框架 自定义 Starter{框架}-spring-boot-startermybatis-spring-boot-starter
公司 自定义 Starter{公司}-spring-boot-starter-{框架}暂无，艿艿自己的想法哈

6.1 yunai-server-spring-boot-starter 项目

创建 yunai-server-spring-boot-starter 项目，实现一个 Java 内置 HttpServer 服务器的自动化配置。考虑到示例比较简单，我们就不像 Spring Boot 拆分成 spring-boot-autoconfigure 和 spring-boot-starter-{框架} 两个项目。

6.1.1 引入依赖

在 pom.xml 文件中，引入相关依赖。

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd"><parent><artifactId>lab-47</artifactId><groupId>cn.iocoder.springboot.labs</groupId><version>1.0-SNAPSHOT</version></parent><modelVersion>4.0.0</modelVersion><artifactId>yunai-server-spring-boot-starter</artifactId><dependencies><!-- 引入 Spring Boot Starter 基础库 --><dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter</artifactId><version>2.2.2.RELEASE</version></dependency></dependencies></project>

6.1.2 YunaiServerProperties

在 cn.iocoder.springboot.lab47.yunaiserver.autoconfigure 包下，创建 YunaiServerProperties 配置属性类，读取 yunai.server 前缀的配置项。代码如下：

@ConfigurationProperties(prefix = "yunai.server")
public class YunaiServerProperties {/*** 默认端口*/private static final Integer DEFAULT_PORT = 8000;/*** 端口*/private Integer port = DEFAULT_PORT;public static Integer getDefaultPort() {return DEFAULT_PORT;}public Integer getPort() {return port;}public YunaiServerProperties setPort(Integer port) {this.port = port;return this;}}

6.1.3 YunaiServerAutoConfiguration

在 cn.iocoder.springboot.lab47.yunaiserver.autoconfigure 包下，创建 YunaiServerAutoConfiguration 自动配置类，在项目中存在 com.sun.net.httpserver.HttpServer 类时，创建 HttpServer Bean，并启动该服务器。代码如下：

@Configuration // 声明配置类
@EnableConfigurationProperties(YunaiServerProperties.class) // 使 YunaiServerProperties 配置属性类生效
public class YunaiServerAutoConfiguration {private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(YunaiServerAutoConfiguration.class);@Bean // 声明创建 Bean@ConditionalOnClass(HttpServer.class) // 需要项目中存在 com.sun.net.httpserver.HttpServer 类。该类为 JDK 自带，所以一定成立。public HttpServer httpServer(YunaiServerProperties serverProperties) throws IOException {// 创建 HttpServer 对象，并启动HttpServer server = HttpServer.create(new InetSocketAddress(serverProperties.getPort()), 0);server.start();logger.info("[httpServer][启动服务器成功，端口为:{}]", serverProperties.getPort());// 返回return server;}}

  • 代码比较简单，胖友看看艿艿在代码上添加的注释哟。

6.1.4 spring.factories

在 resources 目录下创建，创建 META-INF 目录，然后在该目录下创建 spring.factories 文件，添加自动化配置类为 YunaiServerAutoConfiguration。内容如下：

org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration=\
cn.iocoder.springboot.lab47.yunaiserver.autoconfigure.YunaiServerAutoConfiguration

至此，我们已经完成了一个自定义的 Starter。下面，我们在「6.2 lab-47-demo 项目」中引入，然后进行测试。

6.2 lab-47-demo 项目

创建 lab-47-demo 项目，引入我们自定义 Starter。

6.2.1 引入依赖

在 pom.xml 文件中，引入相关依赖。

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd"><parent><artifactId>lab-47</artifactId><groupId>cn.iocoder.springboot.labs</groupId><version>1.0-SNAPSHOT</version></parent><modelVersion>4.0.0</modelVersion><artifactId>lab-47-demo</artifactId><dependencies><!-- 引入自定义 Starter --><dependency><groupId>cn.iocoder.springboot.labs</groupId><artifactId>yunai-server-spring-boot-starter</artifactId><version>1.0-SNAPSHOT</version></dependency></dependencies></project>

6.2.2 配置文件

在 resource 目录下，创建 application.yaml 配置文件，设置 yunai.server.port 配置项来自定义 HttpServer 端口。配置如下：

yunai:server:port: 8888 # 自定义 HttpServer 端口

6.2.3 DemoApplication

创建 DemoApplication.java 类，配置 @SpringBootApplication 注解即可。代码如下：

@SpringBootApplication
public class DemoApplication {public static void main(String[] args) {SpringApplication.run(DemoApplication.class, args);}}

6.2.4 简单测试

执行 DemoApplication#main(String[] args) 方法，启动 Spring Boot 应用。打印日志如下：

2020-02-02 13:03:12.156  INFO 76469 --- [           main] c.i.s.lab47.demo.DemoApplication         : Starting DemoApplication on MacBook-Pro-8 with PID 76469 (/Users/yunai/Java/SpringBoot-Labs/lab-47/lab-47-demo/target/classes started by yunai in /Users/yunai/Java/SpringBoot-Labs)
2020-02-02 13:03:12.158  INFO 76469 --- [           main] c.i.s.lab47.demo.DemoApplication         : No active profile set, falling back to default profiles: default
2020-02-02 13:03:12.873  INFO 76469 --- [           main] c.i.s.l.y.a.YunaiServerAutoConfiguration : [httpServer][启动服务器成功，端口为:8888]
2020-02-02 13:03:12.927  INFO 76469 --- [           main] c.i.s.lab47.demo.DemoApplication         : Started DemoApplication in 1.053 seconds (JVM running for 1.47)

  • YunaiServerAutoConfiguration 成功自动配置 HttpServer Bean，并启动该服务器在 8888 端口。

此时，我们使用浏览器访问 http://127.0.0.1:8888/ 地址，返回结果为 404 Not Found。因为我们没有给 HttpServer 相应的 Handler。

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