SpringBoot自动配置原理

 　　在微服务概念兴起的今天，很多公司转型使用微服务作为架构。在技术选型上Spring Cloud 是非常好的选择，它提供了一站式的分布式系统解决方案，而Spring Cloud中的每个组件都是基于Spring Boot构建的，Spring Boot提供J2EE一站式解决方案，具有以下优点：

  • 快速创建独立运行的Spring项目以及与主流框架集成
  • 使用嵌入式的Servlet容器，应用无需打成WAR包
  • starters自动依赖与版本控制
  • 大量的自动配置，简化开发，也可修改默认值
  • 无需配置XML，无代码生成，开箱即用
  • 准生产环境的运行时应用监控
  • 与云计算的天然集成

一、Spring Boot的核心组件模块

模块java文件数
spring-boot 551
spring-boot-actuator 423
spring-boot-autoconfigure 783
spring-boot-devtools 169
spring-boot-cli 180
spring-boot-tools 355

从上面的java文件数量大致可以看出，SpringBoot技术框架的核心组成部分：
spring-boot-autoconfigure
spring-boot
spring-boot-tools

我们把SpringBoot源码导入IntelliJ IDEA，查看artifact的全部依赖关系。
IDEA有个Maven Projects窗口，一般在右侧能够找到，如果没有可以从菜单栏打开：View>Tool Windows>Maven Projects;
选择要分析的maven module(idea的module相当于eclipse的project),右击show dependencies,会出来该module的全部依赖关系图，非常清晰细致。
例如，spring-boot-starter-freemarker的依赖图分析如下：

在spring-boot-build 的pom中，我们可以看到：

<modules>
    <module>spring-boot-dependencies</module>
    <module>spring-boot-parent</module>
    <module>spring-boot-tools</module>
    <module>spring-boot</module>
    <module>spring-boot-test</module>
    <module>spring-boot-autoconfigure</module>
    <module>spring-boot-test-autoconfigure</module>
    <module>spring-boot-actuator</module>
    <module>spring-boot-devtools</module>
    <module>spring-boot-docs</module>
    <module>spring-boot-starters</module>
    <module>spring-boot-actuator-docs</module>
    <module>spring-boot-cli</module>
</modules>

其中，在spring-boot-dependencies中，SpringBoot项目维护了一份庞大依赖。这些依赖的版本都是经过实践，测试通过，不会发生依赖冲突的。就这样一个事情，就大大减少了Spring开发过程中，出现jar包冲突的概率。spring-boot-parent依赖spring-boot-dependencies。

下面我们简要介绍一下SpringBoot子modules。

  • spring-boot:SpringBoot核心工程。
  • spring-boot-starters:是SpringBoot的启动服务工程。
  • spring-boot-autoconfigure:是SpringBoot实现自动配置的核心工程。
  • spring-boot-actuator:提供SpringBoot应用的外围支撑性功能。

　　比如：

  1. Endpoints，SpringBoot应用状态监控管理
  2. HealthIndicator，SpringBoot应用健康指示表
  3. 提供metrics支持
  4. 提供远程shell支持
  • spring-boot-tools:提供了SpringBoot开发者的常用工具集。诸如，spring-boot-gradle-plugin，spring-boot-maven-plugin就是这个工程里面的。
  • spring-boot-cli:是Spring Boot命令行交互工具，可用于使用Spring进行快速原型搭建。你可以用它直接运行Groovy脚本。如果你不喜欢Maven或Gradle，Spring提供了CLI（Command Line Interface）来开发运行Spring应用程序。你可以使用它来运行Groovy脚本，甚至编写自定义命令。

二、Spring Boot Starters

　　Spring boot中的starter概念是非常重要的机制，能够抛弃以前繁杂的配置，统一集成进starter，应用者只需要引入starter jar包，spring boot就能自动扫描到要加载的信息。
　　starter让我们摆脱了各种依赖库的处理，需要配置各种信息的困扰。Spring Boot会自动通过classpath路径下的类发现需要的Bean，并织入bean。
　　例如，如果你想使用Spring和用JPA访问数据库，你只要依赖 spring-boot-starter-data-jpa 即可。
　　目前，github上spring-boot项目的最新的starter列表spring-boot/spring-boot-starters如下：

spring-boot-starter
spring-boot-starter-activemq
spring-boot-starter-actuator
spring-boot-starter-amqp
spring-boot-starter-aop
spring-boot-starter-artemis
spring-boot-starter-batch
spring-boot-starter-cache
spring-boot-starter-cloud-connectors
spring-boot-starter-data-cassandra
spring-boot-starter-data-couchbase
spring-boot-starter-data-elasticsearch
spring-boot-starter-data-jpa
spring-boot-starter-data-ldap
spring-boot-starter-data-mongodb
spring-boot-starter-data-mongodb-reactive
spring-boot-starter-data-neo4j
spring-boot-starter-data-redis
spring-boot-starter-data-rest
spring-boot-starter-data-solr
spring-boot-starter-freemarker
spring-boot-starter-groovy-templates
spring-boot-starter-hateoas
spring-boot-starter-integration
spring-boot-starter-jdbc
spring-boot-starter-jersey
spring-boot-starter-jetty
spring-boot-starter-jooq
spring-boot-starter-jta-atomikos
spring-boot-starter-jta-bitronix
spring-boot-starter-jta-narayana
spring-boot-starter-log4j2
spring-boot-starter-logging
spring-boot-starter-mail
spring-boot-starter-mobile
spring-boot-starter-mustache
spring-boot-starter-parent
spring-boot-starter-reactor-netty
spring-boot-starter-security
spring-boot-starter-social-facebook
spring-boot-starter-social-linkedin
spring-boot-starter-social-twitter
spring-boot-starter-test
spring-boot-starter-thymeleaf
spring-boot-starter-tomcat
spring-boot-starter-undertow
spring-boot-starter-validation
spring-boot-starter-web
spring-boot-starter-web-services
spring-boot-starter-webflux
spring-boot-starter-websocket

这是Spring Boot的核心启动器，包含了自动配置、日志和YAML。它的项目依赖图如下：

 

　　可以看出，这些starter只是配置，真正做自动化配置的代码的是在spring-boot-autoconfigure里面。同时spring-boot-autoconfigure依赖spring-boot工程，这个spring-boot工程是SpringBoot的核心。
　　SpringBoot会基于你的classpath中的jar包，试图猜测和配置您可能需要的bean。
　　例如，如果你的classpath中有tomcat-embedded.jar，你可能会想要一个TomcatEmbeddedServletContainerFactory Bean (SpringBoot通过获取EmbeddedServletContainerFactory来启动对应的web服务器。常用的两个实现类是TomcatEmbeddedServletContainerFactory和JettyEmbeddedServletContainerFactory)。
　　其他的所有基于Spring Boot的starter都依赖这个spring-boot-starter。比如说spring-boot-starter-actuator的依赖树，如下图：

三、SpringBoot 自动配置原理

SpringBoot 自动配置主要通过 @EnableAutoConfiguration, @Conditional, @EnableConfigurationProperties 或者 @ConfigurationProperties 等几个注解来进行自动配置完成的。
@EnableAutoConfiguration 开启自动配置，主要作用就是调用 Spring-Core 包里的 loadFactoryNames()，将 autoconfig 包里的已经写好的自动配置加载进来。
@Conditional 条件注解，通过判断类路径下有没有相应配置的 jar 包来确定是否加载和自动配置这个类。
@EnableConfigurationProperties的作用就是，给自动配置提供具体的配置参数，只需要写在application.properties 中，就可以通过映射写入配置类的 POJO 属性中。

1、SpringBoot启动主程序类

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

每次我们直接直接启动这个启动类，SpringBoot就启动成功了，并且帮我们配置了好多自动配置类。其中最重要是 @SpringBootApplication 这个注解，我们点进去看一下。

2、@SpringBootApplication注解

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
@SpringBootConfiguration
@EnableAutoConfiguration
@ComponentScan(excludeFilters = {
        @Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = TypeExcludeFilter.class),
        @Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = AutoConfigurationExcludeFilter.class) })
public @interface SpringBootApplication {

@SpringBootApplication声明时，引用了三个重要的注解：

  • @SpringBootConfiguration : SpringBoot的配置类，标注在某个类上，表示这是一个Spring Boot的配置类
  • @EnableAutoConfiguration: 开启自动配置类，SpringBoot的精华所在。
  • @ComponentScan包扫描

以前我们需要配置的东西，Spring Boot帮我们自动配置；@EnableAutoConfiguration告诉SpringBoot开启自动配置功能；这样自动配置才能生效；

  • @EnableAutoConfiguration注解

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
@AutoConfigurationPackage
@Import(AutoConfigurationImportSelector.class)
public @interface EnableAutoConfiguration {}

@EnableAutoConfiguration声明时，引用了两个重要的注解：

  • @AutoConfigurationPackage：自动配置包
  • @Import: 导入自动配置的组件
  • @AutoConfigurationPackage注解
　　　　　static class Registrar implements ImportBeanDefinitionRegistrar, DeterminableImports {
        @Override
        public void registerBeanDefinitions(AnnotationMetadata metadata,BeanDefinitionRegistry registry) {
            register(registry, new PackageImport(metadata).getPackageName());
        }

它其实是注册了一个Bean的定义。
new PackageImport(metadata).getPackageName()，它其实返回了当前主程序类的同级以及子级的包组件。

以上图为例，DemoApplication是和demo包同级，但是demo2这个类是DemoApplication的父级，和example包同级
也就是说，DemoApplication启动加载的Bean中，并不会加载demo2，这也就是为什么，我们要把DemoApplication放在项目的最高级中。

  • @Import(AutoConfigurationImportSelector.class)注解

可以从图中看出AutoConfigurationImportSelector 继承了 DeferredImportSelector继承了ImportSelector,ImportSelector有一个方法为：selectImports。

　　@Override
    public String[] selectImports(AnnotationMetadata annotationMetadata) {
        if (!isEnabled(annotationMetadata)) {
            return NO_IMPORTS;
        }
        AutoConfigurationMetadata autoConfigurationMetadata = AutoConfigurationMetadataLoader.loadMetadata(this.beanClassLoader);
        AnnotationAttributes attributes = getAttributes(annotationMetadata);
        List<String> configurations = getCandidateConfigurations(annotationMetadata,attributes);
        configurations = removeDuplicates(configurations);
        Set<String> exclusions = getExclusions(annotationMetadata, attributes);
        checkExcludedClasses(configurations, exclusions);
        configurations.removeAll(exclusions);
        configurations = filter(configurations, autoConfigurationMetadata);
        fireAutoConfigurationImportEvents(configurations, exclusions);
        return StringUtils.toStringArray(configurations);
    }

可以看到第九行，它其实是去加载public static final String FACTORIES_RESOURCE_LOCATION = "META-INF/spring.factories";外部文件。这个外部文件，有很多自动配置的

类。如下：

3、如何自定义自己的Bean

我们以RedisTemplate为例：

@Configuration
@ConditionalOnClass(RedisOperations.class)
@EnableConfigurationProperties(RedisProperties.class)
@Import({ LettuceConnectionConfiguration.class, JedisConnectionConfiguration.class })
public class RedisAutoConfiguration {
    @Bean
    @ConditionalOnMissingBean(name = "redisTemplate")
    public RedisTemplate<Object, Object> redisTemplate(RedisConnectionFactory redisConnectionFactory) throws UnknownHostException {
        RedisTemplate<Object, Object> template = new RedisTemplate<>();
        template.setConnectionFactory(redisConnectionFactory);
        return template;
    }

    @Bean
    @ConditionalOnMissingBean
    public StringRedisTemplate stringRedisTemplate(RedisConnectionFactory redisConnectionFactory) throws UnknownHostException {
        StringRedisTemplate template = new StringRedisTemplate();
        template.setConnectionFactory(redisConnectionFactory);
        return template;
    }
}

我们每次在Spring中使用Redis，都会使用到RedisTemplate这个工具类，但是他默认给我们返回的这个工具类，可能不是很符合我们的要求。比如：我们想要开启事务，或者想要改变它默认的序列化。

  • 这时候该如何去做呢？

根据前面的分析，只要我们在容器中放入一个RedisTemplate Bean即可。

 1     @Bean("redisTemplate")
 2     public RedisTemplate<Object, Object> myRedisTemplate(RedisConnectionFactory redisConnectionFactory) {
 3         RedisTemplate<Object, Object> template = new RedisTemplate<>();
 4         template.setConnectionFactory(redisConnectionFactory);
 5         // 修改序列化为Jackson
 6         template.setDefaultSerializer(new GenericJackson2JsonRedisSerializer());
 7         // 开启事务
 8         template.setEnableTransactionSupport(true);
 9         return template;
10     }

我们自己定义我们的RedisTemplate模板，修改序列化，开启事务等操作。
我们将我们自己的Bean加入到IoC容器中以后，他就会默认的覆盖掉原来的RedisTemplate，达到定制的效果。
我们在以Kafka为例：

假设我们想要消费的对象不是字符串，而是一个对象呢？比如Person对象，或者其他Object类呢？

  1. 我们首先去查找KafkaAutoConfiguration（xxxAutoConfiguration），看看是否有关于Serializer属性的配置
  2. 假设没有我们就去KafkaProperties文件查找是否有Serializer的配置

然后直接在application.properties修改默认序列化就好，连Bean都不需要自己重写。
类似这种，可以使用Spring提供的Json序列化，也可以自动使用第三方框架提供的序列化，比如Avro, Protobuff等

spring.kafka.producer.key-serializer=org.springframework.kafka.support.serializer.JsonSerializer
spring.kafka.producer.value-serializer=org.springframework.kafka.support.serializer.JsonSerializer
spring.kafka.consumer.key-deserializer=com.example.common.MyJson
spring.kafka.consumer.value-deserializer=com.example.common.MyJson

  • HttpEncodingAutoConfiguration

在这么多xxxxAutoConfiguration中，我们以HttpEncodingAutoConfiguration（Http自动编码）为例

 1 @Configuration    
 2 //表示这是一个配置类，以前编写的配置文件一样，也可以给容器中添加组件
 3 
 4 @EnableConfigurationProperties(HttpEncodingProperties.class)
 5 //启动指定类的ConfigurationProperties功能；将配置文件中对应的值和HttpEncodingProperties绑定起来；并把HttpEncodingProperties加入到ioc容器中
 6 
 7 @ConditionalOnWebApplication
 8 //Spring底层@Conditional注解（Spring注解版），根据不同的条件，如果满足指定的条件，整个配置类里面的配置就会生效；这里是判断当前应用是否是web应用，如果是，当前配置类生效
 9 
10 @ConditionalOnClass(CharacterEncodingFilter.class)
11 //判断当前项目有没有这个类CharacterEncodingFilter；SpringMVC中进行乱码解决的过滤器；
12 
13 @ConditionalOnProperty(prefix = "spring.http.encoding", value = "enabled", matchIfMissing = true)
14 //判断配置文件中是否存在某个配置 spring.http.encoding.enabled；如果不存在，判断也是成立的
15 //即使我们配置文件中不配置pring.http.encoding.enabled=true，也是默认生效的；
16 
17 public class HttpEncodingAutoConfiguration {
18 
19     //他已经和SpringBoot的配置文件映射了
20     private final HttpEncodingProperties properties;
21 
22     //只有一个有参构造器的情况下，参数的值就会从容器中拿
23     public HttpEncodingAutoConfiguration(HttpEncodingProperties properties) {
24         this.properties = properties;
25     }
26 
27     @Bean
28     //给容器中添加一个组件，这个组件的某些值需要从properties中获取
29     @ConditionalOnMissingBean(CharacterEncodingFilter.class)
30     //判断容器没有这个组件
31     public CharacterEncodingFilter characterEncodingFilter() {
32         CharacterEncodingFilter filter = new OrderedCharacterEncodingFilter();
33         filter.setEncoding(this.properties.getCharset().name());
34         filter.setForceRequestEncoding(this.properties.shouldForce(Type.REQUEST));
35         filter.setForceResponseEncoding(this.properties.shouldForce(Type.RESPONSE));
36         return filter;
37     }
38     }
39     .......
40 }

　　通过上面的类的注解可以看到，通过使用@EnableConfigurationProperties，可以把配置文件中的属性与HttpEncodingProperties类绑定起来并且加入到IOC容器中，进入HttpEncodingProperties类，可以看到他是通过@ConfigurationProperties 注解把配置文件中的spring.http.encoding值与该类的属性绑定起来的。

@ConfigurationProperties(prefix = "spring.http.encoding")
public class HttpEncodingProperties

同时我们可以注意到上面的类中使用了@ConditionalOnClass与@ConditionalOnWebApplication注解，这两个都是@Conditional的派生注解，作用是必须是@Conditional指定的条件成立，才给容器中添加组件，配置里的内容才会生效

  • Conditional注解

下面我们以@ConditionalOnClass为例，来分析一下他的源代码。

@Conditional(OnClassCondition.class)
public @interface ConditionalOnClass {

进入OnClassCondition类，查看他的类继承信息，可以看到他继承SpringBootCondition类，SpringBootCondition又实现了Condition接口

OnClassCondition又override了SpringBootCondition的getMatchOutcome方法，该方法会返回条件匹配结果。
getMatchOutcome方法源代码如下：

public ConditionOutcome getMatchOutcome(ConditionContext context,
         .....
List<String> missing = getMatches(onClasses, MatchType.MISSING, classLoader);
       ......
List<String> present = getMatches(onMissingClasses, MatchType.PRESENT, classLoader);
    }

可以看到getMatchOutcome中主要调用了getMatches方法
进入getMatches方法

private List<String> getMatches(Collection<String> candidates, MatchType matchType,
            ClassLoader classLoader) {
        List<String> matches = new ArrayList<String>(candidates.size());
        for (String candidate : candidates) {
            if (matchType.matches(candidate, classLoader)) {
                matches.add(candidate);
            }
        }
        return matches;
    }

getMatches又调用了MatchType的matches方法。

 private enum MatchType {

        PRESENT {

            @Override
            public boolean matches(String className, ClassLoader classLoader) {
                return isPresent(className, classLoader);
            }

        },

        MISSING {

            @Override
            public boolean matches(String className, ClassLoader classLoader) {
                return !isPresent(className, classLoader);
            }

        };

        private static boolean isPresent(String className, ClassLoader classLoader) {
            if (classLoader == null) {
                classLoader = ClassUtils.getDefaultClassLoader();
            }
            try {
                forName(className, classLoader);
                return true;
            }
            catch (Throwable ex) {
                return false;
            }
        }

        private static Class<?> forName(String className, ClassLoader classLoader)
                throws ClassNotFoundException {
            if (classLoader != null) {
                return classLoader.loadClass(className);
            }
            return Class.forName(className);
        }

        public abstract boolean matches(String className, ClassLoader classLoader);

    }

进入MatchType类中，可以看到他有两个枚举类，进一步看枚举类中的matches的源代码可以发现最终是利用loadClass以及forName 方法，判断类路径下有没有这个指定的类。
下面列举出的是Spring Boot对@Conditional的扩展注解。

用好SpringBoot只要把握这几点：

  • SpringBoot启动会加载大量的自动配置类
  • 所要做的就是我们需要的功能SpringBoot有没有帮我们写好的自动配置类：
  • 如果有就再来看这个自动配置类中到底配置了哪些组件，Springboot自动配置类里边只要我们要用的组件有，我们就不需要再来配置了，但是如果说没有我们所需要的组件，那么我们就需要自己来写一个配置类来把我们相应的组件配置起来。
  • 给容器中自动配置类添加组件的时候，会从properties类中获取某些属性，而这些属性我们就可以在配置文件指定这些属性
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