SpringBoot源码解析(二)：启动流程之引导上下文DefaultBootstrapContext

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SpringBoot源码解析(一)：启动流程之SpringApplication构造方法

SpringBoot源码解析(二)：启动流程之引导上下文DefaultBootstrapContext

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前言

  前文深入解析SpringApplication构造方法，而接下来的几篇文章将重点介绍run方法的执行逻辑。

SpringBoot版本2.7.18的SpringApplication的run方法的执行逻辑如下，本文将详细介绍第一小节：创建引导上下文

// SpringApplication类方法
public ConfigurableApplicationContext run(String... args) {// 记录应用启动的开始时间long startTime = System.nanoTime();// 1.创建引导上下文，用于管理应用启动时的依赖和资源DefaultBootstrapContext bootstrapContext = createBootstrapContext();ConfigurableApplicationContext context = null;// 配置无头模式属性，以支持在无图形环境下运行// 将系统属性 java.awt.headless 设置为 trueconfigureHeadlessProperty();// 2.获取Spring应用启动监听器，用于在应用启动的各个阶段执行自定义逻辑SpringApplicationRunListeners listeners = getRunListeners(args);// 3.发布开始事件、通知ApplicationListener监听器listeners.starting(bootstrapContext, this.mainApplicationClass);try {// 4.解析应用参数ApplicationArguments applicationArguments = new DefaultApplicationArguments(args);// 5.准备应用环境，包括读取配置文件和设置环境变量ConfigurableEnvironment environment = prepareEnvironment(listeners, bootstrapContext, applicationArguments);// 配置是否忽略 BeanInfo，以加快启动速度configureIgnoreBeanInfo(environment);// 6.打印启动BannerBanner printedBanner = printBanner(environment);// 7.创建应用程序上下文context = createApplicationContext();// 设置应用启动的上下文，用于监控和管理启动过程context.setApplicationStartup(this.applicationStartup);// 8.准备应用上下文，包括加载配置、添加 Bean 等prepareContext(bootstrapContext, context, environment, listeners, applicationArguments, printedBanner);// 9.刷新上下文，完成 Bean 的加载和依赖注入refreshContext(context);// 10.刷新后的一些操作，如事件发布等afterRefresh(context, applicationArguments);// 计算启动应用程序的时间，并记录日志Duration timeTakenToStartup = Duration.ofNanos(System.nanoTime() - startTime);if (this.logStartupInfo) {new StartupInfoLogger(this.mainApplicationClass).logStarted(getApplicationLog(), timeTakenToStartup);}// 11.通知监听器应用启动完成listeners.started(context, timeTakenToStartup);// 12.调用应用程序中的 `CommandLineRunner` 或 `ApplicationRunner`，以便执行自定义的启动逻辑callRunners(context, applicationArguments);}catch (Throwable ex) {// 13.处理启动过程中发生的异常，并通知监听器handleRunFailure(context, ex, listeners);throw new IllegalStateException(ex);}try {// 14.计算应用启动完成至准备就绪的时间，并通知监听器Duration timeTakenToReady = Duration.ofNanos(System.nanoTime() - startTime);listeners.ready(context, timeTakenToReady);}catch (Throwable ex) {// 处理准备就绪过程中发生的异常handleRunFailure(context, ex, null);throw new IllegalStateException(ex);}// 返回已启动并准备就绪的应用上下文return context;
}

一、入口

// 1.创建引导上下文，用于管理应用启动时的依赖和资源
DefaultBootstrapContext bootstrapContext = createBootstrapContext();

• bootstrapRegistryInitializers就是上一篇文章中在SpringApplication构造方法中创建的引导注册组件初始化器集合（查询spring.factories文件，没有找到BootstrapRegistryInitializer的实现类）
• 调用初始化器的initialize方法，参数为bootstrapContext，也就是说每个初始化器都会对bootstrapContext进行必要的设置和准备（启动时需要的资源和依赖）
• 本方法是在run方法最开始调用的，也就是说引导注册组件初始化器组件的执行时机最早了

  主要内容就是实例化DefaultBootstrapContext以及遍历BootstrapRegistryInitializer集合调用initialize，下面详细介绍下这两个类的作用。

// SpringApplication类属性方法// 引导注册初始化器
private List<BootstrapRegistryInitializer> bootstrapRegistryInitializers;private DefaultBootstrapContext createBootstrapContext() {// 创建一个 DefaultBootstrapContext 实例，用于管理应用启动时的资源和依赖DefaultBootstrapContext bootstrapContext = new DefaultBootstrapContext();// 遍历 bootstrapRegistryInitializers 集合中的每个 initializer，// 并调用它们的 initialize 方法，将 bootstrapContext 作为参数传入。// 这一步确保每个 initializer 都可以对 bootstrapContext 进行相应的配置，// 为应用程序的启动过程准备所需的资源。this.bootstrapRegistryInitializers.forEach((initializer) -> initializer.initialize(bootstrapContext));// 返回已完成初始化的 DefaultBootstrapContext 对象return bootstrapContext;
}

二、DefaultBootstrapContext

  DefaultBootstrapContext作为SpringBoot启动过程中的核心组件，负责环境配置、资源管理和生命周期管理，确保应用程序的顺利启动和运行。理解其作用有助于开发者更好地掌握SpringBoot的内部机制。

类图如下：

1、BootstrapRegistry接口

  一个简单的对象注册表，在启动和处理环境配置期间可用，直到ApplicationContext准备好为止。提供对单例的惰性访问，这些单例的创建成本可能很高，或者需要在ApplicationContext可用之前共享。

  注册表使用Class作为键，这意味着只能存储给定类型的单个实例。

  addCloseListener(ApplicationListener)方法可用于添加监听器，当BootstrapContext关闭且ApplicationContext已准备好时，该监听器可以执行某些操作。例如，实例可以选择将自身注册为常规SpringBean，以便可供应用程序使用。

public interface BootstrapRegistry {// 注册特定类型到注册表。如果指定的类型已注册且未以单例形式获取，则将替换。<T> void register(Class<T> type, InstanceSupplier<T> instanceSupplier);// 如果尚未存在，则注册特定类型到注册表。<T> void registerIfAbsent(Class<T> type, InstanceSupplier<T> instanceSupplier);// 返回给定类型是否已经注册。<T> boolean isRegistered(Class<T> type);// 返回给定类型的已注册 {@link InstanceSupplier}，如果没有则返回 null。<T> InstanceSupplier<T> getRegisteredInstanceSupplier(Class<T> type);// 添加 {@link ApplicationListener}，当 {@link BootstrapContext} 关闭且// {@link ApplicationContext} 准备就绪时，将调用该监听器，并传递 {@link BootstrapContextClosedEvent}。void addCloseListener(ApplicationListener<BootstrapContextClosedEvent> listener);// 提供所需时创建实际实例的供应者。@FunctionalInterfaceinterface InstanceSupplier<T> {// 工厂方法，在需要时创建实例。T get(BootstrapContext context);// 返回所提供实例的作用域。default Scope getScope() {return Scope.SINGLETON;}// 返回一个具有更新 {@link Scope} 的新 {@link InstanceSupplier}。default InstanceSupplier<T> withScope(Scope scope) {Assert.notNull(scope, "Scope must not be null");InstanceSupplier<T> parent = this;return new InstanceSupplier<T>() {@Overridepublic T get(BootstrapContext context) {return parent.get(context);}@Overridepublic Scope getScope() {return scope;}};}// 工厂方法，用于为给定实例创建 {@link InstanceSupplier}。static <T> InstanceSupplier<T> of(T instance) {return (registry) -> instance;}// 工厂方法，用于从 {@link Supplier} 创建 {@link InstanceSupplier}。static <T> InstanceSupplier<T> from(Supplier<T> supplier) {return (registry) -> (supplier != null) ? supplier.get() : null;}}// 实例的作用域。enum Scope {// 单例实例。 {@link InstanceSupplier} 将仅被调用一次，并且每次都将返回相同的实例。SINGLETON,// 原型实例。 {@link InstanceSupplier} 将在每次需要实例时调用。PROTOTYPE}
}

总结：用于注册引导阶段的组件，在应用启动时通过register方法动态添加对象

2、BootstrapContext接口

  一个简单的引导上下文，在启动和处理环境配置期间可用，直到ApplicationContext准备好为止。提供对单例的惰性访问，这些单例的创建成本可能很高，或者需要在ApplicationContext可用之前共享。

public interface BootstrapContext {// 如果类型已注册，则从上下文中返回实例。如果之前未访问过该实例，则会创建该实例<T> T get(Class<T> type) throws IllegalStateException;// 如果类型已注册，则返回上下文中的实例。如果尚未访问该实例，则将创建它。// 如果类型未注册，则返回指定的替代实例。<T> T getOrElse(Class<T> type, T other);// 如果类型已注册，则返回上下文中的实例。如果尚未访问该实例，则将创建它。// 如果类型未注册，则使用指定的供应者提供的实例。<T> T getOrElseSupply(Class<T> type, Supplier<T> other);// 如果类型已注册，则返回上下文中的实例。如果尚未访问该实例，则将创建它。// 如果类型未注册，则抛出由供应者提供的异常。<T, X extends Throwable> T getOrElseThrow(Class<T> type, Supplier<? extends X> exceptionSupplier) throws X;// 返回给定类型是否存在注册<T> boolean isRegistered(Class<T> type);}

总结：用于提供对引导阶段注册组件的只读访问，一旦BootstrapRegistry注册完成并构建成BootstrapContext，所有组件可以通过get方法被安全地访问，直到应用启动完成。

3、DefaultBootstrapContext实现类

• ConfigurableBootstrapContext是一个空接口，所以直接看核心内容DefaultBootstrapContext

public interface ConfigurableBootstrapContext extends BootstrapRegistry, BootstrapContext {
}

  DefaultBootstrapContext是一个实现了ConfigurableBootstrapContext接口的类，主要用于管理应用启动过程中的实例供应者和实例，提供了注册、获取、关闭监听等功能。以下是主要功能的总结：

1. 实例供应者管理：
   • 使用Map<Class<?>, InstanceSupplier<?>> instanceSuppliers来存储类型到实例供应者的映射，可以通过register和registerIfAbsent方法来注册实例供应者
   • register方法支持覆盖现有的实例供应者，而registerIfAbsent则仅在类型未注册的情况下注册实例供应者
2. 实例管理：
   • 使用Map<Class<?>, Object> instances存储已创建的实例
   • 提供get、getOrElse、getOrElseSupply等方法来获取实例。如果实例尚未创建，则调用相应的实例供应者来创建实例，并在单例作用域下将其存储
3. 事件管理(后面文章调用时候细讲)：
   • 使用ApplicationEventMulticaster来管理事件的发布和监听
   • 提供addCloseListener方法添加关闭监听器，并在close方法中发布BootstrapContextClosedEvent事件

public class DefaultBootstrapContext implements ConfigurableBootstrapContext {// 存储实例供应者的映射private final Map<Class<?>, InstanceSupplier<?>> instanceSuppliers = new HashMap<>();// 存储已创建实例的映射private final Map<Class<?>, Object> instances = new HashMap<>();// 事件广播器，用于发布应用事件private final ApplicationEventMulticaster events = new SimpleApplicationEventMulticaster();@Overridepublic <T> void register(Class<T> type, InstanceSupplier<T> instanceSupplier) {// 注册特定类型的实例供应者register(type, instanceSupplier, true);}@Overridepublic <T> void registerIfAbsent(Class<T> type, InstanceSupplier<T> instanceSupplier) {// 如果尚未注册，则注册特定类型的实例供应者register(type, instanceSupplier, false);}private <T> void register(Class<T> type, InstanceSupplier<T> instanceSupplier, boolean replaceExisting) {// 检查类型和实例供应者是否为空Assert.notNull(type, "Type must not be null");Assert.notNull(instanceSupplier, "InstanceSupplier must not be null");synchronized (this.instanceSuppliers) {// 检查类型是否已注册boolean alreadyRegistered = this.instanceSuppliers.containsKey(type);if (replaceExisting || !alreadyRegistered) {// 确保实例尚未创建Assert.state(!this.instances.containsKey(type), () -> type.getName() + " has already been created");// 注册实例供应者this.instanceSuppliers.put(type, instanceSupplier);}}}@Overridepublic <T> boolean isRegistered(Class<T> type) {// 检查给定类型是否已注册synchronized (this.instanceSuppliers) {return this.instanceSuppliers.containsKey(type);}}@Override@SuppressWarnings("unchecked")public <T> InstanceSupplier<T> getRegisteredInstanceSupplier(Class<T> type) {// 返回已注册的实例供应者synchronized (this.instanceSuppliers) {return (InstanceSupplier<T>) this.instanceSuppliers.get(type);}}@Overridepublic <T> T get(Class<T> type) throws IllegalStateException {// 获取指定类型的实例，如果未注册则抛出异常return getOrElseThrow(type, () -> new IllegalStateException(type.getName() + " has not been registered"));}@Overridepublic <T> T getOrElse(Class<T> type, T other) {// 获取指定类型的实例，如果未注册则返回其他提供的实例return getOrElseSupply(type, () -> other);}@Overridepublic <T> T getOrElseSupply(Class<T> type, Supplier<T> other) {// 尝试获取指定类型的实例，如果未注册则调用其他供应者synchronized (this.instanceSuppliers) {InstanceSupplier<?> instanceSupplier = this.instanceSuppliers.get(type);return (instanceSupplier != null) ? getInstance(type, instanceSupplier) : other.get();}}@Overridepublic <T, X extends Throwable> T getOrElseThrow(Class<T> type, Supplier<? extends X> exceptionSupplier) throws X {// 尝试获取指定类型的实例，如果未注册则抛出由供应者提供的异常synchronized (this.instanceSuppliers) {InstanceSupplier<?> instanceSupplier = this.instanceSuppliers.get(type);if (instanceSupplier == null) {throw exceptionSupplier.get();}return getInstance(type, instanceSupplier);}}@SuppressWarnings("unchecked")private <T> T getInstance(Class<T> type, InstanceSupplier<?> instanceSupplier) {// 获取实例，如果尚未创建则调用实例供应者T instance = (T) this.instances.get(type);if (instance == null) {instance = (T) instanceSupplier.get(this);// 如果作用域为单例，则存储该实例if (instanceSupplier.getScope() == Scope.SINGLETON) {this.instances.put(type, instance);}}return instance;}@Overridepublic void addCloseListener(ApplicationListener<BootstrapContextClosedEvent> listener) {// 添加关闭监听器，当 BootstrapContext 关闭时触发this.events.addApplicationListener(listener);}/*** 当 {@link BootstrapContext} 关闭且 {@link ApplicationContext} 已准备好时调用的方法。* @param applicationContext 已准备好的上下文*/public void close(ConfigurableApplicationContext applicationContext) {// 发布 BootstrapContext 关闭事件this.events.multicastEvent(new BootstrapContextClosedEvent(this, applicationContext));}
}

三、BootstrapRegistryInitializer

1、作用及触发时机

• 回调接口，用于在BootstrapRegistry(对象注册表)使用之前进行初始化
• 作用：应用程序启动的早期阶段进行必要的初始化和配置

@FunctionalInterface
public interface BootstrapRegistryInitializer {// 此方法在应用启动过程中被调用，允许实现者向注册表注册必要的组件或服务。// 注册的组件随后可以在应用上下文中访问。实现者应仅注册应用所需的类型。void initialize(BootstrapRegistry registry);
}

  引导注册组件初始化器BootstrapRegistryInitializer在SpringApplication的构造方法中通过查找META-INF/spring.factories文件进行加载，然后在引导上下文实例创建完成后，遍历并调用所有BootstrapRegistryInitializer#initialize方法。

普通SpringBoot项目没有其实现，找了个SpringCloud项目看了下，有两个

2、示例

自定义BootstrapRegistryInitializer

public class MyBootstrapRegistryInitializer implements BootstrapRegistryInitializer {@Overridepublic void initialize(BootstrapRegistry registry) {// 注册一个自定义服务registry.register(MyCustomService.class, context -> new MyCustomService());System.out.println("MyBootstrapRegistryInitializer已注册");}
}
class MyCustomService {
}

在META-INF/spring.factories文件中添加对自定义初始化器的配置

org.springframework.boot.BootstrapRegistryInitializer=com.xc.config.MyBootstrapRegistryInitializer

启动服务

ps：BootstrapRegistryInitializer是SpringBoot第一个扩展点（注册组件）

总结

• 引导上下文DefaultBootstrapContext创建：在run方法的最初阶段被实例化，并通过BootstrapRegistryInitializer(第一个注册组件扩展点)进行必要的初始化，确保应用启动时所需的资源和依赖得到妥善管理
• BootstrapRegistry的作用：该接口作为对象注册表，允许在应用启动早期阶段进行组件的注册和管理，提供了对高成本实例的惰性访问
• BootstrapContext的角色：作为引导上下文的只读访问接口，它确保注册的组件能够安全、可靠地在应用上下文准备好之前被访问