Spring容器启动源码分析

1.　前言

　　最近搭建的工程都是基于SpringBoot，简化配置的感觉真爽。但有个以前的项目还是用SpringMvc写的，看到满满的配置xml文件，却有一种想去深入了解的冲动。折腾了好几天，决心去写这篇关于Spring启动的博客，自己是个刚入职的小白，技术水平有限，也是硬着头皮看源码去Debug，很多不懂的地方还请谅解！

2.　概述

　　先给出几个让我头皮发麻的概念：web容器，Spring容器，SpringMvc容器

　　容器就是管理对象的地方，例如web容器就是管理servlet的地方，Spring容器就是管理Service,dao等Bean的地方，SpringMvc就是管理Controller等bean的地方(下文会做解释)。一个SpringMvc项目的启动离不开上述三个容器。所以这就是这篇文章的讲点，各个容器的启动过程解析。

3.　Web容器初始化过程

　　官方文档是对于Web容器初始化时是这样描述的（英文不懂，已翻译成中文）

　　1.　部署描述文件（web.xml）中的<listener>标记的监听器会被创建和初始化

　　2.　对于实现了ServletContextListener的监听器，会执行它的初始化方法 contextInitialized()

　　3.　部署描述文件中的<filter>标记的过滤器会被创建和初始化，调用其init()方法

　　4.　部署描述文件中的<servlet>标记的servlet会根据<load-on-startup>中的序号创建和初始化，调用init()方法

　　大致流程了解之后，结合自己的SpringMvc项目一步步深入，先贴一下基本的web.xml文件

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<web-app xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xmlns:web="http://java.sun.com/xml/ns/javaee" xmlns="http://java.sun.com/xml/ns/javaee" xsi:schemaLocation="http://java.sun.com/xml/ns/javaee http://java.sun.com/xml/ns/javaee/web-app_2_5.xsd" id="WebApp_ID" version="2.5">
  <display-name>dmpserver</display-name>
  <welcome-file-list>
    <welcome-file>login.jsp</welcome-file>
  </welcome-file-list>
  <context-param>
    <param-name>contextConfigLocation</param-name>
    <param-value>classpath:spring.xml</param-value>
  </context-param>
  <context-param>
    <param-name>log4jConfigLocation</param-name>
    <param-value>classpath:log4jConfig.xml</param-value>
  </context-param>

  <filter>
    <filter-name>encodingFilter</filter-name>
    <filter-class>org.springframework.web.filter.CharacterEncodingFilter</filter-class>
    <init-param>
      <param-name>encoding</param-name>
      <param-value>utf-8</param-value>
    </init-param>
  </filter>
  <filter-mapping>
    <filter-name>encodingFilter</filter-name>
    <url-pattern>/*</url-pattern>
  </filter-mapping>  
  <listener>
    <listener-class>org.springframework.web.context.ContextLoaderListener</listener-class>
  </listener>
   <listener>
    <listener-class>org.springframework.web.util.Log4jConfigListener</listener-class>
  </listener>
  <servlet>
    <description>spring mvc servlet</description>
    <servlet-name>rest</servlet-name>
    <servlet-class>org.springframework.web.servlet.DispatcherServlet</servlet-class>
    <init-param>
        <param-name>contextConfigLocation</param-name>
        <param-value>
            classpath:spring-mvc.xml
        </param-value>
    </init-param>
    <load-on-startup>1</load-on-startup>
  </servlet>
 
</web-app>

　　1.　容器会先解析<context-param>中的键值对（上述代码重点关注Spring配置文件Spring.xml）

　　2.　容器创建一个application内置对象servletContext（可以理解为servlet上下文或web容器），用于全局变量共享

　　3.　将解析的<context-param>键值对存放在application即servletContext中

　　4.　读取<listener>中的监听器，一般会使用ContextLoaderListener类，调用其contextInitialized方法，创建IOC容器（Spring容器）webApplicationContext。将webApplication容器放入application（servlet上下文）中作为根IOC容器，键名为WebApplicationContext.ROOT_WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE 注意的是，webApplicationContext是全局唯一的，一个web应用只能有一个根IOC容器。因为这个根IOC容器是读取<context-param>配置的键值对来创建Bean，这个根IOC容器只能访问spring.xml中配置的Bean，我们在Spring.xml中一般配置的是service，dao等Bean。所以根IOC容器（Spring容器）只能管理service，dao等Bean

　　5.　listener加载完毕后，加载filter过滤器

　　6.　加载servlet，一般springMvc项目中会优先加载 DispatcherServlet（现在开始加载SpringMvc容器了）

　　7.　DispatcherServlet的父类FrameworkServlet重写了其父类的initServletBean()方法，在初始化时调用initWebApplicationContext()方法和onRefresh()方法

　　8.　initWebApplicationContext()方法会在servletContext（即当前servlet上下文）创建一个子IOC容器（即SpringMvc容器），如果存在上述的根IOC容器，就设置根IOC容器作为父容器，如果不存在，就将父容器设置为NULL

　　9.　读取<servlet>标签的<init-param>配置的xml文件并加载相关Bean。此时加载的是Spring-mvc.xml配置文件，管理的是Controller等Bean

　 10. onRefresh()加载其他组件

4.　启动过程分析

4.1　listener初始化Spring容器

　　tomcat启动后，<context-param>标签的内容读取后会被放进application中，做为Web应用的全局变量使用，接下来创建listener时会使用到这个全局变量，因此，Web应用在容器中部署后，进行初始化时会先读取这个全局变量，之后再进行上述讲解的初始化启动过程。

　　查看ContextLoaderListener源码

public class ContextLoaderListener extends ContextLoader implements ServletContextListener {
    public ContextLoaderListener() {
    }

    public ContextLoaderListener(WebApplicationContext context) {
        super(context);
    }

    public void contextInitialized(ServletContextEvent event) {
        this.initWebApplicationContext(event.getServletContext());
    }

    public void contextDestroyed(ServletContextEvent event) {
        this.closeWebApplicationContext(event.getServletContext());
        ContextCleanupListener.cleanupAttributes(event.getServletContext());
    }
}

　　据官方文档说明，实现ServletContextListener接口，执行contextInitialized()，进入initWebApplicationContext方法。contextInitialized()和contextDestroyed()方法会在web容器启动或销毁时执行。网上查了下此处设计模式用到的是观察者模式和代理模式，自己也不懂就不做详解了

　　查看ContextLoader.class中的initWebApplicationContext方法

public WebApplicationContext initWebApplicationContext(ServletContext servletContext) {
        /*
        首先通过WebApplicationContext.ROOT_WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE
        这个String类型的静态变量获取一个根IoC容器，根IoC容器作为全局变量
        存储在application对象中，如果存在则有且只能有一个
        如果在初始化根WebApplicationContext即根IoC容器时发现已经存在
        则直接抛出异常，因此web.xml中只允许存在一个ContextLoader类或其子类的对象
        */
        if (servletContext.getAttribute(WebApplicationContext.ROOT_WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE) != null) {
            throw new IllegalStateException("Cannot initialize context because there is already a root application context present - check whether you have multiple ContextLoader* definitions in your web.xml!");
        } else {
            Log logger = LogFactory.getLog(ContextLoader.class);
            servletContext.log("Initializing Spring root WebApplicationContext");
            if (logger.isInfoEnabled()) {
                logger.info("Root WebApplicationContext: initialization started");
            }

            long startTime = System.currentTimeMillis();

            try {
                if (this.context == null) {
                    // 创建一个根IOC容器
                    this.context = this.createWebApplicationContext(servletContext);
                }

                if (this.context instanceof ConfigurableWebApplicationContext) {
                    ConfigurableWebApplicationContext cwac = (ConfigurableWebApplicationContext)this.context;
                    if (!cwac.isActive()) {
                        if (cwac.getParent() == null) {
                            // 为根IOC容器设置一个父容器
                            ApplicationContext parent = this.loadParentContext(servletContext);
                            cwac.setParent(parent);
                        }

                        this.configureAndRefreshWebApplicationContext(cwac, servletContext);
                    }
                }
                //将创建好的IoC容器放入到application对象中，并设置key为WebApplicationContext.ROOT_WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE
                servletContext.setAttribute(WebApplicationContext.ROOT_WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE, this.context);
                ClassLoader ccl = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
                if (ccl == ContextLoader.class.getClassLoader()) {
                    currentContext = this.context;
                } else if (ccl != null) {
                    currentContextPerThread.put(ccl, this.context);
                }

                if (logger.isDebugEnabled()) {
                    logger.debug("Published root WebApplicationContext as ServletContext attribute with name [" + WebApplicationContext.ROOT_WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE + "]");
                }

                if (logger.isInfoEnabled()) {
                    long elapsedTime = System.currentTimeMillis() - startTime;
                    logger.info("Root WebApplicationContext: initialization completed in " + elapsedTime + " ms");
                }

                return this.context;
            } catch (RuntimeException var8) {
                logger.error("Context initialization failed", var8);
                servletContext.setAttribute(WebApplicationContext.ROOT_WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE, var8);
                throw var8;
            } catch (Error var9) {
                logger.error("Context initialization failed", var9);
                servletContext.setAttribute(WebApplicationContext.ROOT_WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE, var9);
                throw var9;
            }
        }
    }

　　initWebApplicationContext方法的主要目的是创建一个根IOC容器，并放入servlet上下文中。看上述源码可知，根IOC容器只能仅有一个，作为全局变量存储在servletContext中。将根IoC容器放入到application对象之前进行了IoC容器的配置和刷新操作，调用了configureAndRefreshWebApplicationContext()方法，该方法源码如下:

protected void configureAndRefreshWebApplicationContext(ConfigurableWebApplicationContext wac, ServletContext sc) {
        String configLocationParam;
        if (ObjectUtils.identityToString(wac).equals(wac.getId())) {
            configLocationParam = sc.getInitParameter("contextId");
            if (configLocationParam != null) {
                wac.setId(configLocationParam);
            } else {
                wac.setId(ConfigurableWebApplicationContext.APPLICATION_CONTEXT_ID_PREFIX + ObjectUtils.getDisplayString(sc.getContextPath()));
            }
        }

        wac.setServletContext(sc);
        /*
            在容器启动时，会把<context-param>中的内容放入servlet上下文的全局变量中，
            此时获取key为contextConfigLocation的变量，及Spring.xml配置文件
            将其放入到webApplicationContext中
        */
        configLocationParam = sc.getInitParameter("contextConfigLocation");
        if (configLocationParam != null) {
            wac.setConfigLocation(configLocationParam);
        }

        ConfigurableEnvironment env = wac.getEnvironment();
        if (env instanceof ConfigurableWebEnvironment) {
            ((ConfigurableWebEnvironment)env).initPropertySources(sc, (ServletConfig)null);
        }

        this.customizeContext(sc, wac);
        wac.refresh();
    }

　　configureAndRefreshWebApplicationContext方法比较重要的是把配置文件信息放入根IOC容器中。方法最后调用了refresh()方法，对配置文件信息（Bean）进行加载。因为refresh()这是个ConfigurableApplication-Context接口方法，想到了它的常用实现类ClassPathXmlApplicationContext，一层层进去找到了Abstract-ApplicationContext，实现了refresh()，见如下源码：

public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
        Object var1 = this.startupShutdownMonitor;
        synchronized(this.startupShutdownMonitor) {
            this.prepareRefresh();
            ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = this.obtainFreshBeanFactory();
            this.prepareBeanFactory(beanFactory);

            try {
                this.postProcessBeanFactory(beanFactory);
                this.invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);
                this.registerBeanPostProcessors(beanFactory);
                this.initMessageSource();
                this.initApplicationEventMulticaster();
                this.onRefresh();
                this.registerListeners();
                this.finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);
                this.finishRefresh();
            } catch (BeansException var9) {
                if (this.logger.isWarnEnabled()) {
                    this.logger.warn("Exception encountered during context initialization - cancelling refresh attempt: " + var9);
                }

                this.destroyBeans();
                this.cancelRefresh(var9);
                throw var9;
            } finally {
                this.resetCommonCaches();
            }

        }
    }

　　该方法主要用于创建并初始化contextConfigLocation类配置的xml文件中的Bean，因此，如果我们在配置Bean时出错，在Web应用启动时就会抛出异常，而不是等到运行时才抛出异常。因为技术能力有限加上此处方法太多，就不在一一解析了。到此为止，整个Spring容器加载完毕，下面开始加载SpringMVC容器