Spring Boot 基本原理

一、内容简介

​ 通过《Spring Boot 体验》介绍了Spring Boot 可以干什么,这篇文章主要来解析它各个功能点的基本实现思路,从而对Spring Boot有个整体的理性认知。

  • 依赖管理:Spring Boot做了大量的starter,而starter只是帮我们导入依赖项的一个入口,简化项目依赖管理

  • 自动配置:Spring Boot基于Spring代码配置提供了很多常用组件和框架的配置类,从而简化项目配置

  • 内嵌容器:集成Java的常见Web容器,简化开发环境搭建,而且是打包插件打包web应用为可执行文件的基础

  • Maven插件:用于打包可直接运行的jar文件或war文件,为项目的开箱即用提供支持,当然还有辅助开发的一些小功能

  • 热启动:减少开发过程中反复启动容器的次数,提高开发效率

  • 应用监控:为应用审计、健康监控、度量数据收集提供基本服务

  • CLI(命令行工具):进行快速原型搭建,没有必要使用

二、起步依赖:starter

​ 在常规的Maven工程中,如果要使用某个框架或者组件,需要导入大量的依赖,而且得注意依赖的版本匹配等问题,在Spring Boot中提供了大量的starter,这样的starter会借助Maven的依赖传递帮我们导入相关的依赖。比如以下的pom文件,它会添加web相关的依赖项,包括Spring Web、Spring MVC等:

    .......
    <dependencies>
        <!--Web应用程序的典型依赖项-->
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
            <version>2.1.1.RELEASE</version>
        </dependency>

    </dependencies>
    .......

原理:我们只是导入了一个依赖项<spring-boot-starter>,但是该依赖项借助Maven的依赖传递帮我们导入了大量web开发要使用的包,如果解压该依赖对应的<spring-boot-starter-web-2.1.1.RELEASE.jar>文件,我们发现该jar文件中其实是没有什么实质性内容的,因为它只是一个pom项目,实质性内容在该包对应的<spring-boot-starter-web-2.1.1.RELEASE.pom>文件中,该文件由mavne在下载jar文件时下载,在该文件中声明了很多依赖项,如:spring-webmvc、spring-web等。

简而言之,我们的项目如果依赖了某个starter,那么该starter又会依赖很多其他依赖项,而Maven的依赖传递会把starter依赖的依赖项添加到我们的项目中。starter只是做为了一个我们项目依赖项的导入中介。

有关maven的依赖传递可以参阅相关资料,简单描述如下:

项目A依赖于B,B又依赖于C。项目A只需要声明依赖于B,不需要声明依赖于C, Maven自动管理这种依赖的传递。

二、自动配置:AutoConfiguration

​ Spring Boot会按照某些条件使用默认值自动配置相关的组件或框架,从而大幅减少项目的配置文件,它在Spring自动扫描和基于代码配置的基础上加入了自己的处理流程。以下内容先简单介绍Spring基于代码配置,然后介绍Spring Boot做了什么。

(一)、Spring基于代码配置

  1. 在Spring3以前,使用Spring上下文的方式一般是如下的:
  • Spring 配置文件

    <!-- 数据源 -->
    <bean id="dataSource" class="org.springframework.jdbc.datasource.DriverManagerDataSource">
     <property name="driverClassName" value="oracle.jdbc.driver.OracleDriver" />
     <property name="url" value="jdbc:oracle:thin:@localhost:1521:xe" />
     <property name="username" value="hr" />
     <property name="password" value="hr" />
    </bean>
    
    <!--组件扫描-->
    <context:component-scan base-package="com.demo.spring.sample.step03.?rvic?" />
    

  • 业务代码

    package com.demo.spring.sample.step03.service.impl;
    .......
    @Service("userService")
    public class UserService implements IUserService {   
       @Autowired
       private IUserDAO userDAO = null;
    }
    

  • 创建Spring上下文

    ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("applicationContext.xml");
    

    总结:

​ 通过component-scan告诉Spring去扫描类路径下加入了@Component、 @Repository、@Service、 @Controlle注解的类,Spring 实例化这些类,并且把实例注册到Spring上下文中,但是数据源、属性文件等第三方的bean还是采用XML文件来配置,如果要完全消除XML配置文件,还是不太可行的,如果一定要做,相对比较麻烦。

​ 使用 XML配置文件有利有弊,其中一个弊端是无法过多的定制bean的实例化过程,比如以上的dataSource,如果想要在类路径下有oracle的jdbc驱动时才去实例化,这是无法完成的。还有一个弊端是代码逻辑分散,因为有一部分的逻辑是在XML中配置的;当然好处就是配置集中化,而且方便配置切换。

  1. 在Spring3以后,可以通过如下的方式使用Spring容器:
  • Spring 配置类

    @Configuration // 表明当前类提供Spring配置文件的作用,Spring上下文会从当前类的注解中提取配置信息
    @ComponentScan(basePackages = "com.demo.spring.sample.step08") // 开启组件扫描
    public class AppConfig {
        @Bean // 表示这个方法实例化一个bean,id=dataSource
        public DataSource dataSource() {
            DriverManagerDataSource dataSource = new DriverManagerDataSource();
            dataSource.setDriverClassName(driverClassName);
            dataSource.setUrl(url);
            dataSource.setUsername(userName);
            dataSource.setPassword(password);
            return dataSource;
        }
    }
    
  • 业务代码

    package com.demo.spring.sample.step03.service.impl;
    .......
    @Service("userService")
    public class UserService implements IUserService {   
       @Autowired
       private IUserDAO userDAO = null;
    }
    
  • 创建Spring上下文

    ApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
    

    总结:

    ​ 创建Spring上下文时不再使用基于XML的配置,配置文件消失,由AppConfig这个类来代替,这个类需要加@Configuration注解,而且该类中可以有加@Bean注解的方法,容器会自动调用这样的方法来实例化Bean。

(二)、Spring Boot的自动配置

​ Spring Boot帮写了大量的加入了@Configuration注解的类,每个类提供一种组件或框架的配置,比如DataSourceConfiguration.java中的静态内部类Dbcp2,它提供DBCP数据源的配置:

//DBCP 数据源配置.
@Configuration //这个注解在实际代码中没有加,当前类被其它配置类Import
@ConditionalOnClass(org.apache.commons.dbcp2.BasicDataSource.class)
@ConditionalOnMissingBean(DataSource.class)
@ConditionalOnProperty(name = "spring.datasource.type",  matchIfMissing = true,havingValue = "org.apache.commons.dbcp2.BasicDataSource")
static class Dbcp2 {

   @Bean
   @ConfigurationProperties(prefix = "spring.datasource.dbcp2")
   public org.apache.commons.dbcp2.BasicDataSource dataSource(
         DataSourceProperties properties) {
      return createDataSource(properties,
            org.apache.commons.dbcp2.BasicDataSource.class);
   }

}

总结:

当Spring Boot启动的基本步骤走完后, 如果启用了自动配置,Spring Boot会加载<spring-boot-autoconfigure-2.1.1.RELEASE.jar>下的<\META-INF\spring.factories>文件中的内容,该文件中定义了有关自动配置的信息,其中EnableAutoConfiguration对应的每一个类中都加入了注解@Configuration,也就是说这样的每一个类都相当于Spring的一个或多个配置文件,而其中加注解@Bean的方法是bean的工厂方法,会由Spring上下文自动调用,并且将返回的对象注册到上下文中。

  • spring.factories文件中自动配置类的部分内容
org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration=\
......
org.springframework.boot.autoconfigure.jdbc.DataSourceAutoConfiguration,\
......

(三)、如何覆盖自动配置的属性

​ Spring Boot的自动配置会采用大量的默认值(约定由于配置),可以通过在类路径下提供application.properties或者application.yml配置文件来覆盖默认值,当然部分属性值必须通过该配置文件来提供,比如如果要使用Spring Boot对数据源的自动配置,则在配置文件中必须提供jdbc的url,否则会抛出异常。

三、集成内嵌容器 :main方法

​ Spring Boot支持的内嵌容器Tomcat、Jetty、Undertow本身就支持在Java中内嵌使用,因为这些容器本身就是使用Java编写的,只不过Spring Boot在main方法的调用链中根据自动配置嵌入了这样的容器。

不使用这样的内嵌容器也是可以的,在Maven中移除这样的依赖就可以,当然这个时候如果要通过Spring Boot使用Web相关框架,则需要打包为war包后独立部署,或者在开发过程中使用IDE环境的开发部署功能。

​ 不使用内嵌容器的Web应用在打包时需要对工程进行一定的修改。

四、打包可运行文件 :maven-plugin

​ Maven使用的默认打包工具支持打包jar文件或者war文件,但是打包后的jar文件中不能再嵌入jar文件,而打包后的war文件不能直接运行,为了把工程所有文件打包为一个可直接运行的jar文件或war文件,spring提供了一个maven插件来解决这样的问题。当然这个插件还提诸如spring-boot:run这样的开发功能

五、热启动 :devtools

​ 在开发过程中,当完成一个功能单元后,我们会启动程序查看运行效果,如果代码需要再次修改,则修改后需要关掉程序,然后重启程序,这个过程不断迭代,从而完成代码的编写、调试。

​ Spring Boot 热启动通过重写容器的类加载器,完成程序的部分重启,从而简化、加速程序的调试过程。spring-boot-devtools通过两个类加载器分别加载依赖库和项目代码,当spring-boot-devtools发现项目的编译输出路径下有变化时,通过其中的一个类加载器重新加载所有的项目自有代码,从而完成热启动。这样的热启动比冷启动(关闭、重启)要快很多,到底快多少取决于项目自有代码的数量。

​ 和热启动对应的还有一个热替换,是指单独地替换被修改的某一个class到jvm中,甚至可以单独替换class的某个方法,这种方式比热启动要快,通常使用 JavaAgent 拦截默认加载器的行为来实现,spring有个独立的项目Spring Loaded就是这么做的,但是项目已经被移到了 attic 了,也就是被Spring束之高阁,所以不建议使用。

六、应用监控:actuator

​ 如果类路径中有actuator这个组件的话,Spring Boot的自动配置会自动创建一些端点(端点:遵循Restful设计风格的资源,对应于Controller的某一个处理请求的方法),这些端点接受请求后返回有关应用的相关信息,比如:健康信息、线程信息等。返回的是json格式的数据,而使用 Spring Boot Admin 可以实现这些 JSON 数据的视图展现,当然也可以为其他应用监控系统监控当前系统提供服务。

七、问题:

  1. 为什么pom文件中要继承spring-boot-starter-parent?

    spring-boot-starter-parent是spring-boot提供的一个pom,在该pom中定义了很多属性,比如:java源文件的字符编码,编译级别等,还有依赖管理、资源定义的相关pom配置,项目的pom如果继承starter-parent,可以减少相关配置

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