Spring Boot这只怪物到底是如何跑起来的?

作者：钱文品 |《Redis 深度历险：核心原理与应用实践》作者

微信公众号：码洞（ID：codehole）

不得不说 SpringBoot 太复杂了，我本来只想研究一下 SpringBoot 最简单的 HelloWorld 程序是如何从 main 方法一步一步跑起来的，但是这却是一个相当深的坑。你可以试着沿着调用栈代码一层一层的深入进去，如果你不打断点，你根本不知道接下来程序会往哪里流动。这个不同于我研究过去的 Go 语言、Python 语言框架，它们通常都非常直接了当，设计上清晰易懂，代码写起来简单，里面的实现同样也很简单。但是 SpringBoot 不是，它的外表轻巧简单，但是它的里面就像一只巨大的怪兽，这只怪兽有千百只脚把自己缠绕在一起，把爱研究源码的读者绕的晕头转向。但是这 Java 编程的世界 SpringBoot 就是老大哥，你却不得不服。即使你的心中有千万头草泥马在奔跑，但是它就是天下第一。如果你是一个学院派的程序员，看到这种现象你会怀疑人生，你不得不接受一个规则 —— 受市场最欢迎的未必就是设计的最好的，里面夹杂着太多其它的非理性因素。

经过了一番痛苦的折磨，我还是把 SpringBoot 的运行原理摸清楚了，这里分享给大家。

一、Hello World

首先我们看看 SpringBoot 简单的 Hello World 代码，就两个文件 HelloControll.java 和 Application.java，运行 Application.java 就可以跑起来一个简单的 RESTFul Web 服务器了。

当我打开浏览器看到服务器正常地将输出呈现在浏览器的时候，我不禁大呼 —— SpringBoot 真他妈太简单了。

但是问题来了，在 Application 的 main 方法里我压根没有任何地方引用 HelloController 类，那么它的代码又是如何被服务器调用起来的呢？这就需要深入到 SpringApplication.run() 方法中看个究竟了。不过即使不看代码，我们也很容易有这样的猜想，SpringBoot 肯定是在某个地方扫描了当前的 package，将带有 RestController 注解的类作为 MVC 层的 Controller 自动注册进了 Tomcat Server。

还有一个让人不爽的地方是 SpringBoot 启动太慢了，一个简单的 Hello World 启动居然还需要长达 5 秒，要是再复杂一些的项目这样龟漫的启动速度那真是不好想象了。

再抱怨一下，这个简单的 HelloWorld 虽然 pom 里只配置了一个 maven 依赖，但是传递下去，它一共依赖了 36 个 jar 包，其中以 spring 开头的 jar 包有 15 个。说这是依赖地狱真一点不为过。

批评到这里就差不多了，下面就要正是进入主题了，看看 SpringBoot 的 main 方法到底是如何跑起来的。

二、SpringBoot 的堆栈

了解 SpringBoot 运行的最简单的方法就是看它的调用堆栈，下面这个启动调用堆栈还不是太深，我没什么可抱怨的。

接下来再看看运行时堆栈，看看一个 HTTP 请求的调用栈有多深。不看不知道一看吓了一大跳！

我通过将 IDE 窗口全屏化，并将其它的控制台窗口源码窗口统统最小化，总算勉强一个屏幕装下了整个调用堆栈。

不过转念一想，这也不怪 SpringBoot，绝大多数都是 Tomcat 的调用堆栈，跟 SpringBoot 相关的只有不到 10 层。

三、探索 ClassLoader

SpringBoot 还有一个特色的地方在于打包时它使用了 FatJar 技术将所有的依赖 jar 包一起放进了最终的 jar 包中的 BOOT-INF/lib 目录中，当前项目的 class 被统一放到了 BOOT-INF/classes 目录中。

这不同于我们平时经常使用的 maven shade 插件，将所有的依赖 jar 包中的 class 文件解包出来后再密密麻麻的塞进统一的 jar 包中。下面我们将 springboot 打包的 jar 包解压出来看看它的目录结构。

这种打包方式的优势在于最终的 jar 包结构很清晰，所有的依赖一目了然。如果使用 maven shade 会将所有的 class 文件混乱堆积在一起，是无法看清其中的依赖。而最终生成的 jar 包在体积上两也者几乎是相等的。

在运行机制上，使用 FatJar 技术运行程序是需要对 jar 包进行改造的，它还需要自定义自己的 ClassLoader 来加载 jar 包里面 lib 目录中嵌套的 jar 包中的类。我们可以对比一下两者的 MANIFEST 文件就可以看出明显差异：

SpringBoot 将 jar 包中的 Main-Class 进行了替换，换成了 JarLauncher。还增加了一个 Start-Class 参数，这个参数对应的类才是真正的业务 main 方法入口。我们再看看这个 JarLaucher 具体干了什么：

从源码中可以看出 JarLaucher 创建了一个特殊的 ClassLoader，然后由这个 ClassLoader 来另启一个单独的线程来加载 MainClass 并运行。

又一个问题来了，当 JVM 遇到一个不认识的类，BOOT-INF/lib 目录里又有那么多 jar 包，它是如何知道去哪个 jar 包里加载呢？我们继续看这个特别的 ClassLoader 的源码：

这里的 rootClassLoader 就是双亲委派模型里的 ExtensionClassLoader ，JVM 内置的类会优先使用它来加载。如果不是内置的就去查找这个类对应的 Package。

ClassLoader 会在本地缓存包名和 jar包路径的映射关系，如果缓存中找不到对应的包名，就必须去 jar 包中挨个遍历搜寻，这个就比较缓慢了。不过同一个包名只会搜寻一次，下一次就可以直接从缓存中得到对应的内嵌 jar 包路径。

深层 jar 包的内嵌 class 的 URL 路径长下面这样，使用感叹号 ! 分割：

jar:file:/workspace/springboot-demo/target/application.jar!/BOOT-INF/lib/snakeyaml-1.19.jar!/org/yaml/snakeyaml/Yaml.class

不过这个定制的 ClassLoader 只会用于打包运行时，在 IDE 开发环境中 main 方法还是直接使用系统类加载器加载运行的。

不得不说，SpringbootLoader 的设计还是很有意思的，它本身很轻量级，代码逻辑很独立没有其它依赖，它也是 SpringBoot 值得欣赏的点之一。

四、HelloController 自动注册

还剩下最后一个问题，那就是 HelloController 没有被代码引用，它是如何注册到 Tomcat 服务中去的？它靠的是注解传递机制。

SpringBoot 深度依赖注解来完成配置的自动装配工作，它自己发明了几十个注解，确实严重增加了开发者的心智负担，你需要仔细阅读文档才能知道它是用来干嘛的。Java 注解的形式和功能是分离的，它不同于 Python 的装饰器是功能性的，Java 的注解就好比代码注释，本身只有属性，没有逻辑，注解相应的功能由散落在其它地方的代码来完成，需要分析被注解的类结构才可以得到相应注解的属性。

那注解是又是如何传递的呢？

首先 main 方法可以看到的注解是 SpringBootApplication，这个注解又是由ComponentScan 注解来定义的，ComponentScan 注解会定义一个被扫描的包名称，如果没有显示定义那就是当前的包路径。SpringBoot 在遇到 ComponentScan 注解时会扫描对应包路径下面的所有 Class，根据这些 Class 上标注的其它注解继续进行后续处理。当它扫到 HelloController 类时发现它标注了 RestController 注解。

而 RestController 注解又标注了 Controller 注解。SpringBoot 对 Controller 注解进行了特殊处理，它会将 Controller 注解的类当成 URL 处理器注册到 Servlet 的请求处理器中，在创建 Tomcat Server 时，会将请求处理器传递进去。HelloController 就是如此被自动装配进 Tomcat 的。

扫描处理注解是一个非常繁琐肮脏的活计，特别是这种用注解来注解注解（绕口）的高级使用方法，这种方法要少用慎用。SpringBoot 中有大量的注解相关代码，企图理解这些代码是乏味无趣的没有必要的，它只会把你的本来清醒的脑袋搞晕。SpringBoot 对于习惯使用的同学来说它是非常方便的，但是其内部实现代码不要轻易模仿，那绝对算不上模范 Java 代码。

最后老钱表示自己真的很讨厌 SpringBoot 这只怪兽，但是很无奈，这个世界人人都在使用它。这就好比老人们常常告诫年轻人的那句话：如果你改变不了世界，那就先适应这个世界吧！

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