【Java Web 快速入門】十一、Spring Boot 原理

Spring Boot 原理
- 配置優先級
- Bean 管理
- - 獲取 Bean
  - Bean 的作用域
  - 第三方 Bean
- Spring Boot 底層原理
- - 起步依賴
  - 自動配置
  - - 核心原理
    - 實例說明
    - - 例 1：自定義一個 “日志 starter”
      - 例 2：SpringBoot 自帶的 spring-boot-starter-web
    - 關鍵總結

Spring Boot 原理

配置優先級

Spring Boot 中支持三種格式的配置文件：

application.properties
```
server.port=8081
```
application.yml
```
server:port: 8082
```
application.yaml
```
server:port: 8083
```

在代碼中配置這三個文件，運行程序的結果如下；

在這里插入圖片描述

Tomcat 服務器在 8081 端口運行

如果只配置 application.yml 和 application.yaml，程序運行結果如下：

在這里插入圖片描述
Tomcat 服務器在 8082 端口運行

通過測試同一屬性在三個文件中的配置，得出優先級：properties 最高，yml 次之，yaml 最低。

Spring Boot 除了支持配置文件屬性配置，還支持 Java 系統屬性和命令行參數的方式進行屬性配置

Java系統屬性：-Dserver.port=9000
命令行參數：--server.port=9001

命令行參數優先級高于 Java 系統屬性。

在 Spring Boot 項目打包后，若需配置屬性（如端口號等），可通過 Java 系統屬性和命令行參數兩種方式進行，具體操作如下：

項目打包前提
- 打包需執行 Maven 的package生命周期，生成可運行的 jar 包。
- 注意：Spring Boot 項目打包必須依賴spring-boot-maven-plugin插件，基于官方骨架創建的項目會自動引入該插件，無需手動添加。
運行打包后的 jar 包
- 基本命令：
```
java -jar 項目名.jar
```
- （例如：java -jar spring-boot-web-config.jar，可通過tab鍵自動補全 jar 包名稱）
配置 Java 系統屬性
- 格式：在java命令后、-jar之前，使用-Dkey=value格式配置。
- 示例：配置 Tomcat 端口號為 9000
```
java -Dserver.port=9000 -jar spring-boot-web-config.jar
```
配置命令行參數
- 格式：在 jar 包名稱之后，使用--key=value格式配置。
- 示例：配置 Tomcat 端口號為 10010
```
java -jar spring-boot-web-config.jar --server.port=10010
```

五種配置方式的優先級：從高到低依次為命令行參數、Java 系統屬性、properties 配置文件、yml 配置文件、yaml 配置文件。

Bean 管理

獲取 Bean

默認情況下，Spring 項目啟動時，會把 Bean 都創建好放在 IOC 容器中，如果想要主動獲取這些 Bean，可以通過以下方式：

根據 name 獲取 Bean：Object getBean(String name)
根據類型獲取 Bean：<T> T getBean(Class<T> requiredType)
根據 name 獲取 Bean（帶類型轉換）：<T> T getBean(String name, Class<T> requiredType)

在測試類中加入以下代碼進行獲取 Bean 的測試：

@Autowired
// 獲取ApplicationContext對象
private ApplicationContext applicationContext;
@Test
public void testGetBean(){// 根據Bean的名稱獲取DeptController bean1 = (DeptController) applicationContext.getBean("deptController");System.out.println(bean1);// 根據Bean的類型獲取DeptController bean2 = applicationContext.getBean(DeptController.class);System.out.println(bean2);// 根據Bean的名稱和類型獲取DeptController bean3 = applicationContext.getBean("deptController", DeptController.class);System.out.println(bean3);
}

測試運行結果如下：

在這里插入圖片描述

三次調用 getBean 方法獲取同一 bean 對象，其地址值相同，說明默認情況下 bean 是單例的。

Spring 項目啟動時創建所有 bean 對象并放在 IOC 容器中，這僅針對默認情況下單例且非延遲加載的 bean，bean 的創建時間還受作用域和延遲初始化影響

Bean 的作用域

bean 是單例還是多例取決于其作用域，Spring 中 bean 支持五種作用域，重點關注前兩種，后三種在 web 環境生效：

作用域	說明
singleton	在整個 Spring 容器中，同名稱的 bean 對象只有一個實例，即單例，是作用域的默認值
prototype	代表非單例，每一次使用該 bean 對象時，都會創建一個新的實例對象
request	代表每一次請求對應一個實例對象
session	代表每一次會話對應一個新的實例對象
application	代表每一個應用對應一個實例對象

默認情況下，未設置作用域的 bean 是單例的，在 Spring 項目啟動、IOC 容器創建時就會實例化并放到容器中，多次獲取的是同一個對象。

設置 bean 作用域的方式：可以借助 Spring 中的 @Scope 注解來配置 bean 的作用域。

在要獲取 Bean 的類上添加 @Scope("prototype")，運行前面的測試代碼，結果如下：

在這里插入圖片描述

延遲初始化注解 @lazy：在類上添加 @lazy 注解后，bean 會延遲初始化，延遲到第一次使用的時候實例化。

注意事項：

默認作用域為 singleton，默認單例 bean 在容器啟動時創建，可通過 @lazy 延遲到第一次使用時創建
prototype 非單例 bean 每次使用都會創建新實例

第三方 Bean

第三方 Bean 配置的必要性：項目中引入的第三方依賴提供的類（如 dom4j 中的 SAXReader），若每次使用都新建對象會耗費資源，需交給 Spring 的 IOC 容器管理，通過依賴注入使用。

第三方 Bean 配置的特殊之處：第三方類是只讀的，無法直接在類上添加 @Component 及其衍生注解聲明為 bean，需使用 @Bean 注解。

@Bean 注解的使用方法：在方法上添加 @Bean 注解，方法返回值為要管理的第三方 Bean 對象，Spring 會將方法返回值交給 IOC 容器管理，后續可通過 @Autowired 注入使用。

第三方 Bean 配置的位置：建議單獨定義配置類（用 @Configuration 標識），在配置類中集中配置第三方 bean。

第三方 Bean 的名稱規則：可通過 @Bean 的 name 或 value 屬性指定名稱，二者互為別名；未指定時，默認名稱為方法名。
第三方 Bean 聲明時的依賴注入：在定義第三方 bean 的方法中聲明對應類型的形參，Spring 容器會根據類型自動裝配 IOC 容器中的對應 Bean 對象。

Spring Boot 底層原理

Spring Boot 簡化開發的原因：底層提供起步依賴和自動配置兩個重要功能。起步依賴簡化 pom 文件依賴配置，解決 Spring 框架依賴配置繁瑣問題；自動配置簡化框架使用時 Bean 的聲明和配置，引入起步依賴后常見配置已存在，可直接使用。

起步依賴

以 Web 程序開發為例，使用 Spring 框架需引入多個依賴且版本需匹配，而使用 Spring Boot 只需引入對應的起步依賴（如 web 開發的 spring-boot-starter-web，aop 開發的 spring-boot-starter-aop）。其原理是 Maven 的依賴傳遞，起步依賴集成了開發所需的常見依賴，引入一個起步依賴后，其他依賴會通過依賴傳遞自動引入（若 A 依賴 B，B 依賴 C，C 依賴 D，引入 A 則 B、C、D 也會被引入）。

自動配置

自動配置的定義：指 Spring Boot 項目啟動時，除了用戶自己定義的 Bean 對象外，Spring Boot 會自動創建一些內置的配置類及 Bean 對象并放入 IOC 容器，使用戶在開發時無需手動聲明即可直接使用，簡化開發，省去繁瑣配置。

通過啟動 Spring Boot 工程，在控制臺的 Bean 中可查看所有 Bean 對象及配置類，包括用戶自己定義的和 Spring Boot 自動加載的配置類及其生成的 Bean 對象

在這里插入圖片描述

核心原理

自動配置的實現依賴 3 個關鍵機制：@EnableAutoConfiguration 注解、SPI 機制（META-INF/spring.factories）、條件注解（@Conditional）。三者協同工作，流程如下：

觸發點：@SpringBootApplication 注解

SpringBoot 項目的啟動類通常標注@SpringBootApplication，它是一個組合注解，包含 3 個核心注解：

@SpringBootConfiguration：標記當前類為配置類（類似@Configuration）。
@ComponentScan：默認掃描啟動類所在包及其子包（但自動配置不依賴它，而是通過其他機制加載外部包的 Bean）。
@EnableAutoConfiguration：自動配置的 “開關”，正是這個注解觸發了后續的自動配置流程。

核心：@EnableAutoConfiguration 的作用

@EnableAutoConfiguration通過@Import(AutoConfigurationImportSelector.class)導入了AutoConfigurationImportSelector類，這個類是自動配置的 “核心執行者”，主要做兩件事：

加載候選配置類：掃描類路徑下所有META-INF/spring.factories文件，讀取其中org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration對應的配置類全類名（這些是 “候選自動配置類”）。
篩選有效配置類：通過spring.factories加載的候選配置類會經過條件注解（如@ConditionalOnClass）的篩選，只有滿足條件的配置類才會被真正加載到 IOC 容器。

SPI 機制：META-INF/spring.factories 的作用

META-INF/spring.factories是 Java 的 SPI（Service Provider Interface）機制在 SpringBoot 中的應用，用于聲明 “自動配置類” 的位置。
格式如下（key 固定為org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration，value 為自動配置類的全類名列表）：

org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration=\
com.example.MyAutoConfiguration,\
com.example.OtherAutoConfiguration

當項目啟動時，AutoConfigurationImportSelector會讀取所有依賴中的spring.factories，收集所有聲明的自動配置類，作為候選者。

條件注解：篩選有效的配置類

候選配置類不會全部生效，需要通過條件注解判斷是否滿足生效條件。常見的條件注解有：

@ConditionalOnClass：類路徑下存在指定類時，配置類才生效（如引入spring-web依賴后，DispatcherServlet.class存在，Web 相關配置才生效）。
@ConditionalOnMissingBean：容器中不存在指定 Bean 時，配置類才生效（允許開發者自定義 Bean 覆蓋默認配置）。
@ConditionalOnProperty：配置文件中存在指定屬性時生效（如server.port配置觸發端口綁定）。

只有滿足所有條件的配置類，才會被 Spring 實例化，其內部定義的 Bean 才會被注冊到 IOC 容器。

總結流程：

啟動類標注@SpringBootApplication，觸發@EnableAutoConfiguration。
AutoConfigurationImportSelector掃描所有META-INF/spring.factories，收集候選自動配置類。
候選配置類通過條件注解篩選，保留有效配置類。
有效配置類被加載，其內部的 Bean（如DataSource、DispatcherServlet）被注冊到 IOC 容器。

實例說明

下面通過兩個例子（自定義 starter 和 SpringBoot 自帶 starter）直觀理解自動配置。

例 1：自定義一個 “日志 starter”

假設我們要開發一個my-log-starter，功能是：引入后自動配置一個LogServiceBean，用于打印日志。

步驟 1：定義核心 Bean 和配置類

LogService：需要被自動配置的 Bean。

public class LogService {public void log(String message) {System.out.println("[MyLog] " + message);}
}

LogAutoConfiguration：自動配置類，負責注冊LogService。

@Configuration  // 標記為配置類
@ConditionalOnClass(LogService.class)  // 類路徑存在LogService時生效
public class LogAutoConfiguration {// 注冊LogService到IOC容器@Bean@ConditionalOnMissingBean  // 若用戶自定義了LogService，則不使用默認的public LogService logService() {return new LogService();}
}

步驟 2：通過 spring.factories 聲明自動配置類

在src/main/resources下創建META-INF/spring.factories，聲明LogAutoConfiguration為候選配置類：

org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration=\
com.example.log.LogAutoConfiguration

步驟 3：使用 starter

其他項目引入
```
my-log-starter
```
依賴后，啟動項目時：
1. AutoConfigurationImportSelector讀取spring.factories，發現LogAutoConfiguration。
2. 檢查到類路徑存在LogService.class（依賴已引入），且容器中沒有自定義的LogService，滿足條件。
3. LogAutoConfiguration生效，logService()方法被執行，LogServiceBean 被注冊到 IOC 容器。

開發者可直接注入使用：

@RestController
public class TestController {@Autowiredprivate LogService logService;  // 直接使用自動配置的Bean@GetMapping("/test")public String test() {logService.log("測試日志");  // 輸出：[MyLog] 測試日志return "ok";}
}

例 2：SpringBoot 自帶的 spring-boot-starter-web

引入spring-boot-starter-web后，SpringBoot 會自動配置 Web 開發所需的核心組件（如 Tomcat、DispatcherServlet），原理如下：

依賴引入：starter-web包含spring-web、spring-webmvc、tomcat-embed-core等依賴。
自動配置類：spring-boot-autoconfigure包的META-INF/spring.factories中聲明了DispatcherServletAutoConfiguration、TomcatAutoConfiguration等配置類。
條件判斷：
- TomcatAutoConfiguration通過@ConditionalOnClass(Tomcat.class)判斷：因引入了tomcat-embed-core，Tomcat 類存在，配置生效，自動啟動內嵌 Tomcat。
- DispatcherServletAutoConfiguration通過@ConditionalOnClass(DispatcherServlet.class)判斷：因引入spring-webmvc，DispatcherServlet 類存在，配置生效，注冊DispatcherServlet到容器。
最終效果：開發者無需手動配置 Tomcat 和 DispatcherServlet，引入依賴即可開發 Web 接口。

關鍵總結

自動配置的核心是：通過 @EnableAutoConfiguration 觸發，SPI 機制加載候選配置類，條件注解篩選有效配置類。
開發者可通過自定義 starter（含spring.factories和自動配置類）實現自動配置，也可通過@ConditionalOnMissingBean等注解覆蓋默認配置。
SpringBoot 的 starter（如web、data-jpa）都是基于此原理實現，極大簡化了配置流程。