SpringBoot源码篇：深度分析SpringBoot如何省去web.xml

一、前言

　　从本博文开始，正式开启Spring及SpringBoot源码分析之旅。这可能是一个漫长的过程，因为本人之前阅读源码都是很片面的，对Spring源码没有一个系统的认识。从本文开始我会持续更新，争取在系列文章更完之后，也能让自己对Spring源码有一个系统的认识。

　　在此立下一个flag，希望自己能够坚持下去。如果有幸让您能从系列文章中学到丁点的知识，还请评论，关注，或推荐。如有错误还请在评论区指出，一起讨论共同成长。

二、SpringBoot诞生的历史背景

 　　随着使用 Spring 进行开发的个人和企业越来越多，Spring 也慢慢从一个单一简洁的小框架变成一个大而全的开源软件，Spring 的边界不断的进行扩充，到了后来 Spring 几乎可以做任何事情了，市面上主流的开源软件、中间件都有 Spring 对应组件支持，人们在享用 Spring 的这种便利之后，也遇到了一些问题。Spring 每集成一个开源软件，就需要增加一些基础配置，慢慢的随着人们开发的项目越来越庞大，往往需要集成很多开源软件，因此后期使用 Spirng 开发大型项目需要引入很多配置文件，太多的配置非常难以理解，并容易配置出错，到了后来人们甚至称 Spring 为配置地狱。

　　Spring 似乎也意识到了这些问题，急需有这么一套软件可以解决这些问题，这个时候微服务的概念也慢慢兴起，快速开发微小独立的应用变得更为急迫，Spring 刚好处在这么一个交叉点上，于 2013 年初开始的 Spring Boot 项目的研发，2014年4月，Spring Boot 1.0.0 发布。

　　Spring Boot 诞生之初，就受到开源社区的持续关注，陆续有一些个人和企业尝试着使用了 Spring Boot，并迅速喜欢上了这款开源软件。直到2016年，在国内 Spring Boot 才被正真使用了起来，期间很多研究 Spring Boot 的开发者在网上写了大量关于 Spring Boot 的文章，同时有一些公司在企业内部进行了小规模的使用，并将使用经验分享了出来。从2016年到2018年，使用 Spring Boot 的企业和个人开发者越来越多。2018年SpringBoot2.0的发布，更是将SpringBoot的热度推向了一个前所未有的高度。

三、SpringBoot诞生的技术基础

　1、Spring的发展历史

（1）spring1.0时代

 　　Spring的诞生大大促进了JAVA的发展。也降低了企业java应用开发的技术和时间成本。

（2）spring2.0时代
　　对spring1.0在繁杂的xml配置文件上做了一定的优化,让配置看起来越来越简单,但是并没语完全解决xml冗余的问题。

（3）spring3.0时代
　　可以使用spring提供的java注解来取代曾经xml配置上的问题,似乎我们曾经忘记了发生什么,spring变得前所未有的简单。Spring3.0奠定了SpringBoot自动装配的基础。3.0提供的java注解使得我们可以通过注解的方式来配置spring容器。省去了使用类似于spring-context.xml的配置文件。

　　同年，Servlet3.0规范的诞生为SpringBoot彻底去掉xml（web.xml）奠定了了理论基础（对于servlet3.0来说，web.xml不再是必需品。但是Servlet3.0规范还是建议保留web.xml）。

（4）spring4.0时代
　　4.0 时代我们甚至连xml配置文件都不需要了完全使用java源码级别的配置与spring提供的注解就能快速的开发spring应用程序,但仍然无法改变Java Web应用程序的运行模式,我们仍然需要将war部署到Web Server 上，才能对外提供服务。

　　4.0开始全面支持java8.0

　　同年，Servlet3.1规范诞生（tomcat8开始采用Servlet3.1规范）。

 　2、Servlet3.0奠定了SpringBoot 零xml配置的基础

 　　分析SpringBoot如何省去web.xml还得从Servlet3.0的规范说起。Servlet3.0规范规定如下（摘自穆茂强 张开涛翻译的Servlet3.1规范，3.0和3.1在这一点上只有一些细节上的变换，在此不做过多介绍）：

　　ServletContainerInitializer类通过jar services API查找。对于每一个应用，应用启动时，由容器创建一个ServletContainerInitializer 实例。 框架提供的ServletContainerInitializer实现必须绑定在 jar 包 的META-INF/services 目录中的一个叫做 javax.servlet.ServletContainerInitializer 的文件，根据 jar services API，指定 ServletContainerInitializer 的实现。除 ServletContainerInitializer 外，我们还有一个注解@HandlesTypes。在 ServletContainerInitializer 实现上的@HandlesTypes注解用于表示感兴趣的一些类，它们可能指定了 HandlesTypes 的 value 中的注解（类型、方法或自动级别的注解），或者是其类型的超类继承/实现了这些类之一。无论是否设置了 metadata-complete，@HandlesTypes 注解将应用。当检测一个应用的类看是否它们匹配 ServletContainerInitializer 的 HandlesTypes 指定的条件时，如果应用的一个或多个可选的 JAR 包缺失，容器可能遇到类装载问题。由于容器不能决定是否这些类型的类装载失败将阻止应用正常工作，它必须忽略它们，同时也提供一个将记录它们的配置选项。如果ServletContainerInitializer 实现没有@HandlesTypes 注解，或如果没有匹配任何指定的@HandlesType，那么它会为每个应用使用 null 值的集合调用一次。这将允许 initializer 基于应用中可用的资源决定是否需要初始化 Servlet/Filter。在任何 Servlet Listener 的事件被触发之前，当应用正在启动时，ServletContainerInitializer 的 onStartup 方法将被调用。ServletContainerInitializer’s 的onStartup 得到一个类的 Set，其或者继承/实现 initializer 表示感兴趣的类，或者它是使用指定在@HandlesTypes 注解中的任意类注解的。

　　这个规范如何理解呢？

　　简单来说，当实现了Servlet3.0规范的容器（比如tomcat7及以上版本）启动时，通过SPI扩展机制自动扫描所有已添加的jar包下的META-INF/services/javax.servlet.ServletContainerInitializer中指定的全路径的类，并实例化该类，然后回调META-INF/services/javax.servlet.ServletContainerInitializer文件中指定的ServletContainerInitializer的实现类的onStartup方法。 如果该类存在@HandlesTypes注解，并且在@HandlesTypes注解中指定了我们感兴趣的类，所有实现了这个类的onStartup方法将会被调用。

　　再直白一点来说，存在web.xml的时候，Servlet容器会根据web.xml中的配置初始化我们的jar包（也可以说web.xml是我们的jar包和Servlet联系的中介）。而在Servlet3.0容器初始化时会调用jar包META-INF/services/javax.servlet.ServletContainerInitializer中指定的类的实现（javax.servlet.ServletContainerInitializer中的实现替代了web.xml的作用，而所谓的在@HandlesTypes注解中指定的感兴趣的类，可以理解为具体实现了web.xml的功能，当然也可以有其他的用途）。

四、从Spring源码中分析SpringBoot如何省去web.xml

1、META-INF/services/javax.servlet.ServletContainerInitializer

上一节中我们介绍了SpringBoot诞生的技术基础和Servlet3.0规范。这一章节，我们通过Spring源码来分析，Spring是如何实现省去web.xml的。

如下图所示，在org.springframework:spring-web工程下，META-INF/services/javax.servlet.ServletContainerInitializer文件中，指定了将会被Servlet容器启动时回调的类。

2、SpringServletContainerInitializer 

查看 SpringServletContainerInitializer  类的源码，发现确实如如上文所说，实现了 ServletContainerInitializer  ，并且也在 @HandlesTypes 注解中指定了，感兴趣的类 WebApplicationInitializer 

可以看到onStartup方法上有一大段注释，翻译一下大致意思：

servlet 3.0+容器启动时将自动扫描类路径以查找实现Spring的webapplicationinitializer接口的所有实现，将其放进一个Set集合中，提供给 SpringServletContainerInitializer  onStartup的第一个参数（翻译结束）。

在Servlet容器初始化的时候会调用 SpringServletContainerInitializer  的onStartup方法，继续看onStartup方法的代码逻辑，在该onStartup方法中利用逐个调用webapplicationinitializer所有实现类中的onStartup方法。

@HandlesTypes(WebApplicationInitializer.class)
public class SpringServletContainerInitializer implements ServletContainerInitializer {

    /**
     * Delegate the {@code ServletContext} to any {@link WebApplicationInitializer}
     * implementations present on the application classpath.
     * <p>Because this class declares @{@code HandlesTypes(WebApplicationInitializer.class)},
     * Servlet 3.0+ containers will automatically scan the classpath for implementations
     * of Spring's {@code WebApplicationInitializer} interface and provide the set of all
     * such types to the {@code webAppInitializerClasses} parameter of this method.
     * <p>If no {@code WebApplicationInitializer} implementations are found on the classpath,
     * this method is effectively a no-op. An INFO-level log message will be issued notifying
     * the user that the {@code ServletContainerInitializer} has indeed been invoked but that
     * no {@code WebApplicationInitializer} implementations were found.
     * <p>Assuming that one or more {@code WebApplicationInitializer} types are detected,
     * they will be instantiated (and <em>sorted</em> if the @{@link
     * org.springframework.core.annotation.Order @Order} annotation is present or
     * the {@link org.springframework.core.Ordered Ordered} interface has been
     * implemented). Then the {@link WebApplicationInitializer#onStartup(ServletContext)}
     * method will be invoked on each instance, delegating the {@code ServletContext} such
     * that each instance may register and configure servlets such as Spring's
     * {@code DispatcherServlet}, listeners such as Spring's {@code ContextLoaderListener},
     * or any other Servlet API componentry such as filters.
     * @param webAppInitializerClasses all implementations of
     * {@link WebApplicationInitializer} found on the application classpath
     * @param servletContext the servlet context to be initialized
     * @see WebApplicationInitializer#onStartup(ServletContext)
     * @see AnnotationAwareOrderComparator
     */
    @Override
    public void onStartup(@Nullable Set<Class<?>> webAppInitializerClasses, ServletContext servletContext)
            throws ServletException {

        List<WebApplicationInitializer> initializers = new LinkedList<>();

        if (webAppInitializerClasses != null) {
            for (Class<?> waiClass : webAppInitializerClasses) {
                // Be defensive: Some servlet containers provide us with invalid classes,
                // no matter what @HandlesTypes says...
                if (!waiClass.isInterface() && !Modifier.isAbstract(waiClass.getModifiers()) &&
                        WebApplicationInitializer.class.isAssignableFrom(waiClass)) {
                    try {
                        initializers.add((WebApplicationInitializer)
                                ReflectionUtils.accessibleConstructor(waiClass).newInstance());
                    }
                    catch (Throwable ex) {
                        throw new ServletException("Failed to instantiate WebApplicationInitializer class", ex);
                    }
                }
            }
        }

        if (initializers.isEmpty()) {
            servletContext.log("No Spring WebApplicationInitializer types detected on classpath");
            return;
        }

        servletContext.log(initializers.size() + " Spring WebApplicationInitializers detected on classpath");
        AnnotationAwareOrderComparator.sort(initializers);
        for (WebApplicationInitializer initializer : initializers) {
            initializer.onStartup(servletContext);
        }
    }

}

 3、WebApplicationInitializer 

查看 WebApplicationInitializer  接口，这个接口也就是上文中所说的Servlet3.0规范中 @HandlesTypes(WebApplicationInitializer.class) 注解中所指定的感兴趣的类。

截取一段很重要的注释。这段注释告诉我们实现该接口的类主要需要实现的功能就是web.xml中配置文件中配置的内容。

/*
 * <servlet>
 *   <servlet-name>dispatcher</servlet-name>
 *   <servlet-class>
 *     org.springframework.web.servlet.DispatcherServlet
 *   </servlet-class>
 *   <init-param>
 *     <param-name>contextConfigLocation</param-name>
 *     <param-value>/WEB-INF/spring/dispatcher-config.xml</param-value>
 *   </init-param>
 *   <load-on-startup>1</load-on-startup>
 * </servlet>
 *
 * <servlet-mapping>
 *   <servlet-name>dispatcher</servlet-name>
 *   <url-pattern>/</url-pattern>
 * </servlet-mapping>}</pre>
 *
 */
public interface WebApplicationInitializer {
    void onStartup(ServletContext servletContext) throws ServletException;
}

4、SpringBoot的 WebApplicationInitializer 的实现

查看SpringBoot  SpringBootServletInitializer 源码，该类在spring-boot依赖包中。

仔细看下面的标蓝的代码。不难发现这正是Servlet容器（tomcat）如何找到SpringBoot并启动它的。

package org.springframework.boot.web.support;

import javax.servlet.Filter;
import javax.servlet.Servlet;
import javax.servlet.ServletContext;
import javax.servlet.ServletContextEvent;
import javax.servlet.ServletException;

import org.apache.commons.logging.Log;
import org.apache.commons.logging.LogFactory;

import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.builder.ParentContextApplicationContextInitializer;
import org.springframework.boot.builder.SpringApplicationBuilder;
import org.springframework.boot.context.embedded.AnnotationConfigEmbeddedWebApplicationContext;
import org.springframework.boot.web.servlet.ServletContextInitializer;
import org.springframework.context.ApplicationContext;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.core.annotation.AnnotationUtils;
import org.springframework.util.Assert;
import org.springframework.web.WebApplicationInitializer;
import org.springframework.web.context.ContextLoaderListener;
import org.springframework.web.context.WebApplicationContext;
import org.springframework.web.context.support.StandardServletEnvironment;

/**
 * An opinionated {@link WebApplicationInitializer} to run a {@link SpringApplication}
 * from a traditional WAR deployment. Binds {@link Servlet}, {@link Filter} and
 * {@link ServletContextInitializer} beans from the application context to the servlet
 * container.
 * <p>
 * To configure the application either override the
 * {@link #configure(SpringApplicationBuilder)} method (calling
 * {@link SpringApplicationBuilder#sources(Object...)}) or make the initializer itself a
 * {@code @Configuration}. If you are using {@link SpringBootServletInitializer} in
 * combination with other {@link WebApplicationInitializer WebApplicationInitializers} you
 * might also want to add an {@code @Ordered} annotation to configure a specific startup
 * order.
 * <p>
 * Note that a WebApplicationInitializer is only needed if you are building a war file and
 * deploying it. If you prefer to run an embedded container then you won't need this at
 * all.
 *
 * @author Dave Syer
 * @author Phillip Webb
 * @author Andy Wilkinson
 * @since 1.4.0
 * @see #configure(SpringApplicationBuilder)
 */
public abstract class SpringBootServletInitializer implements WebApplicationInitializer {

    protected Log logger; // Don't initialize early

    private boolean registerErrorPageFilter = true;

    /**
     * Set if the {@link ErrorPageFilter} should be registered. Set to {@code false} if
     * error page mappings should be handled via the Servlet container and not Spring
     * Boot.
     * @param registerErrorPageFilter if the {@link ErrorPageFilter} should be registered.
     */
    protected final void setRegisterErrorPageFilter(boolean registerErrorPageFilter) {
        this.registerErrorPageFilter = registerErrorPageFilter;
    }

    @Override
    public void onStartup(ServletContext servletContext) throws ServletException {
        // Logger initialization is deferred in case a ordered
        // LogServletContextInitializer is being used
        this.logger = LogFactory.getLog(getClass());
        WebApplicationContext rootAppContext = createRootApplicationContext(
                servletContext);
        if (rootAppContext != null) {
            servletContext.addListener(new ContextLoaderListener(rootAppContext) {
                @Override
                public void contextInitialized(ServletContextEvent event) {
                    // no-op because the application context is already initialized
                }
            });
        }
        else {
            this.logger.debug("No ContextLoaderListener registered, as "
                    + "createRootApplicationContext() did not "
                    + "return an application context");
        }
    }

    protected WebApplicationContext createRootApplicationContext(
            ServletContext servletContext) {
        SpringApplicationBuilder builder = createSpringApplicationBuilder();
        StandardServletEnvironment environment = new StandardServletEnvironment();
        environment.initPropertySources(servletContext, null);
        builder.environment(environment);
        builder.main(getClass());
        ApplicationContext parent = getExistingRootWebApplicationContext(servletContext);
        if (parent != null) {
            this.logger.info("Root context already created (using as parent).");
            servletContext.setAttribute(
                    WebApplicationContext.ROOT_WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE, null);
            builder.initializers(new ParentContextApplicationContextInitializer(parent));
        }
        builder.initializers(
                new ServletContextApplicationContextInitializer(servletContext));
        builder.contextClass(AnnotationConfigEmbeddedWebApplicationContext.class);
        builder = configure(builder);
        SpringApplication application = builder.build();
        if (application.getSources().isEmpty() && AnnotationUtils
                .findAnnotation(getClass(), Configuration.class) != null) {
            application.getSources().add(getClass());
        }
        Assert.state(!application.getSources().isEmpty(),
                "No SpringApplication sources have been defined. Either override the "
                        + "configure method or add an @Configuration annotation");
        // Ensure error pages are registered
        if (this.registerErrorPageFilter) {
            application.getSources().add(ErrorPageFilterConfiguration.class);
        }
        return run(application);
    }

    /**
     * Returns the {@code SpringApplicationBuilder} that is used to configure and create
     * the {@link SpringApplication}. The default implementation returns a new
     * {@code SpringApplicationBuilder} in its default state.
     * @return the {@code SpringApplicationBuilder}.
     * @since 1.3.0
     */
    protected SpringApplicationBuilder createSpringApplicationBuilder() {
        return new SpringApplicationBuilder();
    }

    /**
     * Called to run a fully configured {@link SpringApplication}.
     * @param application the application to run
     * @return the {@link WebApplicationContext}
     */
    protected WebApplicationContext run(SpringApplication application) {
        return (WebApplicationContext) application.run();
    }

    private ApplicationContext getExistingRootWebApplicationContext(
            ServletContext servletContext) {
        Object context = servletContext.getAttribute(
                WebApplicationContext.ROOT_WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE);
        if (context instanceof ApplicationContext) {
            return (ApplicationContext) context;
        }
        return null;
    }

    /**
     * Configure the application. Normally all you would need to do is to add sources
     * (e.g. config classes) because other settings have sensible defaults. You might
     * choose (for instance) to add default command line arguments, or set an active
     * Spring profile.
     * @param builder a builder for the application context
     * @return the application builder
     * @see SpringApplicationBuilder
     */
    protected SpringApplicationBuilder configure(SpringApplicationBuilder builder) {
        return builder;
    }

}

 5、查看Spring官方文档

 查看Spring 5.0.14官方文档：https://docs.spring.io/spring/docs/5.0.14.RELEASE/spring-framework-reference/web.html#spring-web

文档中给出在传统的springMVC中在web.xml中的配置内容

<web-app>
    <!-- 初始化Spring上下文 -->
    <listener>
        <listener-class>org.springframework.web.context.ContextLoaderListener</listener-class>
    </listener>
    <!-- 指定Spring的配置文件 -->
    <context-param>
        <param-name>contextConfigLocation</param-name>
        <param-value>/WEB-INF/app-context.xml</param-value>
    </context-param>
    <!-- 初始化DispatcherServlet -->
    <servlet>
        <servlet-name>app</servlet-name>
        <servlet-class>org.springframework.web.servlet.DispatcherServlet</servlet-class>
        <init-param>
            <param-name>contextConfigLocation</param-name>
            <param-value></param-value>
        </init-param>
        <load-on-startup>1</load-on-startup>
    </servlet>
    <servlet-mapping>
        <servlet-name>app</servlet-name>
        <url-pattern>/app/*</url-pattern>
    </servlet-mapping>
</web-app>

文档中提供了一个如何使用基于java代码的方式配置Servlet容器example

public class MyWebApplicationInitializer implements WebApplicationInitializer {

    @Override
    public void onStartup(ServletContext servletCxt) {

        // Load Spring web application configuration
        //通过注解的方式初始化Spring的上下文
        AnnotationConfigWebApplicationContext ac = new AnnotationConfigWebApplicationContext();
        //注册spring的配置类（替代传统项目中xml的configuration）
        ac.register(AppConfig.class);
        ac.refresh();

        // Create and register the DispatcherServlet
        //基于java代码的方式初始化DispatcherServlet
        DispatcherServlet servlet = new DispatcherServlet(ac);
        ServletRegistration.Dynamic registration = servletCxt.addServlet("app", servlet);
        registration.setLoadOnStartup(1);
        registration.addMapping("/app/*");
    }
}

 对比官方文档给出的example，不难发现上面这段java代码就是SpringBoot省去web.xml的具体实现方法。上面  MyWebApplicationInitializer   正是 WebApplicationInitializer （ @HandlesTypes(WebApplicationInitializer.class) ）  接口的实现。

官方文档提供的 MyWebApplicationInitializer  类正是SpringBoot不依赖与web.xml的关键代码。

SpringBoot中具体实现web.xml中配置的代码没有官方文档中的example这么简单，SpringBoot中具体初始化 DispatcherServlet 的类是 DispatcherServletAutoConfiguration 。感兴趣的话可以断点调试一下。

五、总结

以上章节介绍了SpringBoot诞生的历史背景，每一个新技术的诞生，都是场景驱动的。然后介绍了SpringBoot能做到不依赖web.xml的技术条件。最后通过源码分析了SpringBoot中具体的实现。

下一篇博文将利用本文讲到的知识基于Spring springframework内置tomcat简单模拟SpringBoot的基本功能。简单说就是实现一个简易版的SpringBoot。

本文是笔者查阅大量资料，阅读大量Spring源码总结出来的，原创不易，转载请注明出处。

如有错误请在评论区留言指正。

 参考文献：

https://blog.csdn.net/adingyb/article/details/80707471

https://www.jianshu.com/p/c6f4df3d720c