深入理解 Spring Web 应用程序初始化流程

前言

在构建基于 Spring 的 Web 应用程序时，了解初始化流程是至关重要的。本文将详细介绍 Servlet 容器的初始化过程，并重点探讨 Spring 框架在其中的作用，特别是 ServletContainerInitializer、SpringServletContainerInitializer 和 WebApplicationInitializer 这些关键机制。

一、Servlet 容器初始化过程

在理解 Spring 框架在 Web 应用程序初始化中的作用之前，首先需要了解 Servlet 容器的初始化过程。Servlet 容器负责加载和初始化 Web 应用程序中的 Servlet、Filter 和 Listener，并在应用程序启动时执行一系列初始化操作。

Servlet 容器启动：当启动 Web 应用程序时，Servlet容器（如 Tomcat、Jetty 等）会启动并开始初始化。
扫描部署描述符：Servlet 容器会扫描部署描述符（web.xml 文件），了解 Web 应用程序中的Servlet、Filter 和 Listener 配置。
初始化 Servlet：Servlet 容器根据 web.xml 中的配置，初始化 Servlet，并调用其 init() 方法。
初始化 Filter：类似地，Servlet 容器也会初始化在 web.xml 中配置的 Filter，并调用其 init() 方法。
初始化 Listener：容器会初始化在 web.xml 中配置的 Listener，并调用其相应的初始化方法。
执行 ServletContext 监听器：容器还会触发 ServletContext 监听器的初始化方法，这些监听器通常由 Servlet 容器提供，用于处理全局的 ServletContext 级别的初始化逻辑。
应用程序启动完成：一旦所有 Servlet、Filter 和 Listener 都被初始化，并且 ServletContext 监听器也执行完毕，Web 应用程序就完成了启动过程。

二、ServletContainerInitializer 接口

ServletContainerInitializer 是 Servlet 3.0 规范中引入的一个接口，它允许框架和库在 Servlet 容器启动时动态注册 Servlet、Filter、Listener 等组件，而无需在 web.xml 中进行显式的配置。

Servlet 容器在启动时会扫描类路径上所有的 JAR 文件和类，查找实现了 ServletContainerInitializer 接口的类，并调用其 onStartup 方法。开发者可以在这个方法中进行一些初始化工作，比如动态注册 Servlet、Filter、Listener 等组件，设置 Servlet 容器的上下文参数等。

public interface ServletContainerInitializer {void onStartup(Set<Class<?>> c, ServletContext ctx) throws ServletException;
}

如下所示，我们创建了一个名为 MyServletContainerInitializer 的类，并实现了 ServletContainerInitializer 接口。ServletContainerInitializer 接口通过 @HandlesTypes 注解指定 Servlet 容器要扫描的类。（当 Servlet 容器启动时，会扫描类路径下所有的类，并将实现了 @HandlesTypes 注解中指定类型的类传递给对应的 ServletContainerInitializer 实现类）在 onStartup 方法中，我们遍历了所有实现了 MyServlet 接口的类，并将其实例化后添加到 ServletContext 中。

// 使用 @HandlesTypes 注解指定需要处理的类，即实现了 MyServlet 接口的类
@HandlesTypes(MyServlet.class)
public class MyServletContainerInitializer implements ServletContainerInitializer {@Override// Servlet 容器启动时会调用 onStartup 方法public void onStartup(Set<Class<?>> c, ServletContext servletContext) throws ServletException {if (c != null) {// 如果传入的类集合不为空for (Class<?> clazz : c) {// 遍历传入的类集合if (MyServlet.class.isAssignableFrom(clazz)) {// 如果类是 MyServlet 接口的实现类try {// 尝试实例化该类MyServlet servlet = (MyServlet) clazz.newInstance();// 创建该类的实例// 将 Servlet 实例注册到 ServletContextservletContext.addServlet("MyServlet", servlet);// 并映射到指定路径servletContext.getServletRegistration("MyServlet").addMapping("/myservlet");} catch (InstantiationException | IllegalAccessException e) {// 捕获实例化异常// 抛出 ServletExceptionthrow new ServletException(e);}}}}}
}

三、SpringServletContainerInitializer

Spring 框架为 Servlet 容器初始化过程提供了强大的支持。SpringServletContainerInitializer 类实现了 ServletContainerInitializer 接口，用于在 Servlet 容器启动时触发 Spring 应用程序上下文的初始化。这使得 Spring 能够以自动化的方式完成配置和初始化。

// 使用 @HandlesTypes 注解指定需要处理的类，即实现了 WebApplicationInitializer 接口的类
@HandlesTypes(WebApplicationInitializer.class)
public class SpringServletContainerInitializer implements ServletContainerInitializer {// 当 Servlet 容器启动时调用的方法@Overridepublic void onStartup(@Nullable Set<Class<?>> webAppInitializerClasses, ServletContext servletContext)throws ServletException {// 创建一个空的 WebApplicationInitializer 列表List<WebApplicationInitializer> initializers = Collections.emptyList();// 如果传入的 webAppInitializerClasses 不为空if (webAppInitializerClasses != null) {// 创建一个新的 ArrayList 以存储初始化器initializers = new ArrayList<>(webAppInitializerClasses.size());// 遍历传入的类集合for (Class<?> waiClass : webAppInitializerClasses) {// 确保类不是接口、不是抽象类，并且实现了 WebApplicationInitializer 接口if (!waiClass.isInterface() && !Modifier.isAbstract(waiClass.getModifiers()) &&WebApplicationInitializer.class.isAssignableFrom(waiClass)) {// 使用反射实例化类，并将其添加到初始化器列表中try {initializers.add((WebApplicationInitializer)ReflectionUtils.accessibleConstructor(waiClass).newInstance());} catch (Throwable ex) {// 如果实例化失败，则抛出 ServletExceptionthrow new ServletException("Failed to instantiate WebApplicationInitializer class", ex);}}}}// 如果初始化器列表为空if (initializers.isEmpty()) {servletContext.log("No Spring WebApplicationInitializer types detected on classpath");// 记录日志，表示未检测到任何 Spring WebApplicationInitializer 类return;// 返回，结束方法}// 记录日志，表示检测到了多少个 Spring WebApplicationInitializer 类servletContext.log(initializers.size() + " Spring WebApplicationInitializers detected on classpath");// 对初始化器列表进行排序AnnotationAwareOrderComparator.sort(initializers);// 遍历初始化器列表，调用每个初始化器的 onStartup 方法，传入 ServletContextfor (WebApplicationInitializer initializer : initializers) {initializer.onStartup(servletContext);}}
}

四、WebApplicationInitializer 接口

WebApplicationInitializer 接口是 Spring 提供的另一个重要机制，用于配置和初始化 Spring Web 应用程序。通过实现这个接口，开发者可以以编程方式配置 Servlet、Filter、Listener 等组件，并设置它们的初始化参数、映射等信息。

public interface WebApplicationInitializer {void onStartup(ServletContext servletContext) throws ServletException;}

以下是一个简单的示例，展示了如何在 Spring MVC 中使用 WebApplicationInitializer

public class MyWebAppInitializer extends AbstractAnnotationConfigDispatcherServletInitializer {@Overrideprotected Class<?>[] getRootConfigClasses() {return new Class<?>[] { RootConfig.class };}@Overrideprotected Class<?>[] getServletConfigClasses() {return new Class<?>[] { ServletConfig.class };}@Overrideprotected String[] getServletMappings() {return new String[] { "/**" };}
}

在这个示例中，我们创建了一个名为 MyWebAppInitializer 的类，并继承了 AbstractAnnotationConfigDispatcherServletInitializer。

AbstractAnnotationConfigDispatcherServletInitializer.png

这个抽象类是 WebApplicationInitializer 接口的便捷实现，它简化了配置 Spring MVC 应用程序的步骤。

我们需要实现三个方法：

getRootConfigClasses() 方法：用于指定 Spring 根上下文的配置类。在这里，我们可以配置 Spring 应用程序中的服务层、数据访问层等。
getServletConfigClasses() 方法：用于指定 Spring MVC 的配置类。在这里，我们可以配置 Spring MVC 相关的内容，如控制器、视图解析器等。
getServletMappings() 方法：用于指定 DispatcherServlet 的映射路径。在这里，我们可以配置 DispatcherServlet 监听的请求路径。

以上的简单示例，展示了如何在 Spring MVC 中使用 WebApplicationInitializer 进行应用程序的初始化配置。通过这种方式，我们可以以编程方式配置 Spring MVC 应用程序，而不需要使用传统的 web.xml 文件。

五、小结

在构建基于 Spring 的 Web 应用程序时，深入了解 Servlet 容器的初始化流程及 Spring 框架在其中的作用是至关重要的。通过了解 ServletContainerInitializer、SpringServletContainerInitializer 和 WebApplicationInitializer 等关键机制，开发者可以更好地理解和掌握应用程序的初始化过程，从而更加灵活地管理和配置自己的应用程序。