SpringBoot:快速入门

什么是Spring

Spring是一个开源框架,2003 年兴起的一个轻量级的Java 开发框架,作者:Rod Johnson 。

Spring是为了解决企业级应用开发的复杂性而创建的,简化开发。

Spring是如何简化Java开发的

为了降低Java开发的复杂性,Spring采用了以下4种关键策略:

1、基于POJO的轻量级和最小侵入性编程;

2、通过IOC,依赖注入(DI)和面向接口实现松耦合;

3、基于切面(AOP)和惯例进行声明式编程;

4、通过切面和模版减少样式代码;

什么是SpringBoot

学过javaweb的同学就知道,开发一个web应用,从最初开始接触Servlet结合Tomcat, 跑出一个Hello Wolrld程序,是要经历特别多的步骤; 后来就用了框架Struts,再后来是SpringMVC,到了现在的SpringBoot,过一两年又会有其他web框架出现;不知道你们有没经历过框架不断的演进,然后自己开发项目所有的技术也再不断的变化、改造,反正我是都经历过了,哈哈。言归正传,什么是SpringBoot呢,就是一个javaweb的开发框架,和SpringMVC类似,对比其他javaweb框架的好处,官方说是简化开发,约定大于配置, you can "just run",能迅速的开发web应用,几行代码开发一个http接口。

所有的技术框架的发展似乎都遵循了一条主线规律:从一个复杂应用场景 衍生 一种规范框架,人们只需要进行各种配置而不需要自己去实现它,这时候强大的配置功能成了优点;发展到一定程度之后,人们根据实际生产应用情况,选取其中实用功能和设计精华,重构出一些轻量级的框架;之后为了提高开发效率,嫌弃原先的各类配置过于麻烦,于是开始提倡“约定大于配置”,进而衍生出一些一站式的解决方案。

是的这就是Java企业级应用->J2EE->spring->springboot的过程。

​随着 Spring 不断的发展,涉及的领域越来越多,项目整合开发需要配合各种各样的文件,慢慢变得不那么易用简单,违背了最初的理念,甚至人称配置地狱。Spring Boot 正是在这样的一个背景下被抽象出来的开发框架,目的为了让大家更容易的使用 Spring 、更容易的集成各种常用的中间件、开源软件;

Spring Boot 基于 Spring 开发,Spirng Boot 本身并不提供 Spring 框架的核心特性以及扩展功能,只是用于快速、敏捷地开发新一代基于 Spring 框架的应用程序。也就是说,它并不是用来替代 Spring 的解决方案,而是和 Spring 框架紧密结合用于提升 Spring 开发者体验的工具。Spring Boot 以约定大于配置的核心思想,默认帮我们进行了很多设置,多数 Spring Boot 应用只需要很少的 Spring 配置。同时它集成了大量常用的第三方库配置(例如 Redis、MongoDB、Jpa、RabbitMQ、Quartz 等等),Spring Boot 应用中这些第三方库几乎可以零配置的开箱即用,

​简单来说就是SpringBoot其实不是什么新的框架,它默认配置了很多框架的使用方式,就像maven整合了所有的jar包,spring boot整合了所有的框架 。

Spring Boot 出生名门,从一开始就站在一个比较高的起点,又经过这几年的发展,生态足够完善,Spring Boot 已经当之无愧成为 Java 领域最热门的技术。

Spring Boot的主要优点:

  • 为所有Spring开发者更快的入门
  • 开箱即用,提供各种默认配置来简化项目配置
  • 内嵌式容器简化Web项目
  • 没有冗余代码生成和XML配置的要求

使用 Spring Boot 到底有多爽,用下面这幅图来表达

1569859952418.png

微服务

什么是微服务?

微服务是一种架构风格,它要求我们在开发一个应用的时候,这个应用必须构建成一系列小服务的组合;可以通过http的方式进行互通。要说微服务架构,先得说说过去我们的单体应用架构。

单体应用架构

所谓单体应用架构(all in one)是指,我们将一个应用的中的所有应用服务都封装在一个应用中。

无论是ERP、CRM或是其他什么系统,你都把数据库访问,web访问,等等各个功能放到一个war包内。

  • 这样做的好处是,易于开发和测试;也十分方便部署;当需要扩展时,只需要将war复制多份,然后放到多个服务器上,再做个负载均衡就可以了。
  • 单体应用架构的缺点是,哪怕我要修改一个非常小的地方,我都需要停掉整个服务,重新打包、部署这个应用war包。特别是对于一个大型应用,我们不可能吧所有内容都放在一个应用里面,我们如何维护、如何分工合作都是问题。

微服务架构

all in one的架构方式,我们把所有的功能单元放在一个应用里面。然后我们把整个应用部署到服务器上。如果负载能力不行,我们将整个应用进行水平复制,进行扩展,然后在负载均衡。

所谓微服务架构,就是打破之前all in one的架构方式,把每个功能元素独立出来。把独立出来的功能元素的动态组合,需要的功能元素才去拿来组合,需要多一些时可以整合多个功能元素。所以微服务架构是对功能元素进行复制,而没有对整个应用进行复制。

这样做的好处是:

  1. 节省了调用资源。
  2. 每个功能元素的服务都是一个可替换的、可独立升级的软件代码。

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Martin Flower 于 2014 年 3 月 25 日写的《Microservices》,详细的阐述了什么是微服务。

如何构建微服务

一个大型系统的微服务架构,就像一个复杂交织的神经网络,每一个神经元就是一个功能元素,它们各自完成自己的功能,然后通过http相互请求调用。比如一个电商系统,查缓存、连数据库、浏览页面、结账、支付等服务都是一个个独立的功能服务,都被微化了,它们作为一个个微服务共同构建了一个庞大的系统。如果修改其中的一个功能,只需要更新升级其中一个功能服务单元即可。

​但是这种庞大的系统架构给部署和运维带来很大的难度。于是,spring为我们带来了构建大型分布式微服务的全套、全程产品:

  • 构建一个个功能独立的微服务应用单元,可以使用springboot,可以帮我们快速构建一个应用;
  • 大型分布式网络服务的调用,这部分由spring cloud来完成,实现分布式;
  • 在分布式中间,进行流式数据计算、批处理,我们有spring cloud data flow。
  • spring为我们想清楚了整个从开始构建应用到大型分布式应用全流程方案。

1569860149218.png

HelloWorld

准备工作

我们将学习如何快速的创建一个Spring Boot应用,并且实现一个简单的Http请求处理。通过这个例子对Spring Boot有一个初步的了解,并体验其结构简单、开发快速的特性。

我的环境准备:

  • java version "1.8.0_181"
  • Maven-3.6.1
  • SpringBoot 2.x 最新版

开发工具:

  • IDEA

创建基础项目

Spring官方提供了非常方便的工具

Spring Initializr:https://start.spring.io/ 来帮助我们创建Spring Boot应用。

【目标一:使用Spring Initializr页面创建项目

步骤:

  1. 打开 https://start.spring.io/
  2. 填写项目信息
  3. 点击”Generate Project“按钮生成项目;下载此项目
    1570257132310.png
  4. 解压项目包,并用编译器以Maven项目导入,以IntelliJ IDEA为例:
  5. 导入这个Maven项目,一路下一步即可,直到项目导入完毕。如果是第一次使用,可能速度会比较慢,需要耐心等待一切就绪
    1570257159884.png

项目结构分析

通过上面步骤完成了基础项目的创建。就会自动生成以下文件。

  • 程序的主程序类
  • 一个 application.properties 配置文件
  • 一个测试类

生成的DemoApplication和测试包下的DemoApplicationTests类都可以直接运行来启动当前创建的项目,由于目前该项目未配合任何数据访问或Web模块,程序会在加载完Spring之后结束运行。

1570257265158.png

pom.xml 分析

打开pom.xml,看看Spring Boot项目的依赖:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
    xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 https://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
    <parent>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
        <version>2.1.9.RELEASE</version>
        <relativePath/> <!-- lookup parent from repository -->
    </parent>
    <groupId>com.kuang</groupId>
    <artifactId>springboot-01-helloworld</artifactId>
    <version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
    <name>springboot-01-helloworld</name>
    <description>springboot-01-helloworld</description>

    <properties>
        <java.version>1.8</java.version>
    </properties>

    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter</artifactId>
        </dependency>

        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
            <scope>test</scope>
        </dependency>
    </dependencies>

    <build>
        <plugins>
            <plugin>
                <groupId>org.springframework.boot</groupId>
                <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
            </plugin>
        </plugins>
    </build>

</project>

如上所示,主要有四个部分:

  • 项目元数据信息:创建时候输入的Project Metadata部分,也就是Maven项目的基本元素,包括:groupId、artifactId、version、name、description等
  • parent:继承spring-boot-starter-parent的依赖管理,控制版本与打包等内容
  • dependencies:项目具体依赖,这里包含了spring-boot-starter-web用于实现HTTP接口(该依赖中包含了Spring MVC),官网对它的描述是:使用Spring MVC构建Web(包括RESTful)应用程序的入门者,使用Tomcat作为默认嵌入式容器。;spring-boot-starter-test用于编写单元测试的依赖包。更多功能模块的使用我们将在后面逐步展开。
  • build:构建配置部分。默认使用了spring-boot-maven-plugin,配合spring-boot-starter-parent就可以把Spring Boot应用打包成JAR来直接运行。

编写HTTP接口

  1. 在主程序的同级目录下,新建一个controller包【一定要在同级目录下,否则识别不到】
    1570257676939.png
  2. 在包中新建一个Controller类

    package com.kuang.springboot.controller;
    
    import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
    import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
    
    @RestController
    public class HelloController {
    
        @RequestMapping("/hello")
        public String hello() {
            return "Hello World";
        }
        
    }
  3. 编写完毕后,从主程序启动项目,浏览器发起请求,看页面返回;

    • 控制台输出了SpringBoot 的 banner
    • 控制条输出了 Tomcat 访问的端口号!
    • 访问 hello 请求,字符串成功返回!
      1570257840889.png
  4. 将项目打成jar包
    1570258568981.png
  5. 打成了jar包后,就可以在任何地方运行了!OK

小结

  • 简单几步,就完成了一个web接口的开发,SpringBoot就是这么简单。所以我们常用它来建立我们的微服务项目!

彩蛋

如何更改启动时显示的字符拼成的字母,SpringBoot呢?

点击这个链接 ,直接输入要生成的字母,系统会自动转换,然后复制下面转换好的字符;

到项目下的 resources 目录下新建一个txt文件就可以,banner.txt

 /\/\/\                            /  \                   
| \  / |                         /      \                 
|  \/  |                       /          \               
|  /\  |----------------------|     /\     |              
| /  \ |                      |    /  \    |              
|/    \|                      |   /    \   |              
|\    /|                      |  | (  ) |  |              
| \  / |                      |  | (  ) |  |              
|  \/  |                 /\   |  |      |  |   /\         
|  /\  |                /  \  |  |      |  |  /  \        
| /  \ |               |----| |  |      |  | |----|       
|/    \|---------------|    | | /|   .  |\ | |    |       
|\    /|               |    | /  |   .  |  \ |    |       
| \  / |               |    /    |   .  |    \    |       
|  \/  |               |  /      |   .  |      \  |       
|  /\  |---------------|/        |   .  |        \|       
| /  \ |              /   NASA   |   .  |  NASA    \      
|/    \|              (          |      |           )     
|/\/\/\|               |    | |--|      |--| |    |       
------------------------/  \-----/  \/  \-----/  \--------
                        \\//     \\//\\//     \\//        
                         \/       \/  \/       \/      

然后重启试试吧!

1570258914089.png

使用IDEA快速构建项目

之前,我们在官网上直接快速构建了一个springboot项目,IDEA也可以做到,我们来看下具体步骤:

  1. 创建一个新项目
  2. 选择spring initalizr , 可以看到默认就是去官网的快速构建工具那里实现
  3. 填写项目信息
  4. 选择初始化的组件
  5. 填写项目路径
  6. 等待项目构建成功
  7. 我们在SpringBootApplication的同路径下,建一个包 controller ,建立一个类HelloSpringBoot
  8. 编写代码

    //@RestController 的意思就是 Controller 里面的方法都以 json 格式输出
    @RestController
    public class HelloSpringBoot {
    
        @RequestMapping("/hello")
        public String hello(){
            return "Hello,SpringBoot!";
        }
    }
  9. 启动主程序,打开浏览器访问 http://localhost:8080/hello,就可以看到效果了!
    1570259079467.png

我们在之后的学习中,直接使用IDEA创建项目即可,方便快捷!这么简单的东西背后一定有故事,我们之后去进行一波源码分析!

运行原理探究

pom.xml

我们之前写的HelloSpringBoot,到底是怎么运行的呢,我们来看pom.xml文件

其中它主要是依赖一个父项目

<parent>
   <groupId>org.springframework.boot</groupId>
   <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
   <version>2.1.9.RELEASE</version>
   <relativePath/> <!-- lookup parent from repository -->
</parent>

进入父项目

<parent>
  <groupId>org.springframework.boot</groupId>
  <artifactId>spring-boot-dependencies</artifactId>
  <version>2.1.9.RELEASE</version>
  <relativePath>../../spring-boot-dependencies</relativePath>
</parent>

这里才是真正管理SpringBoot应用里面所有依赖版本的地方,SpringBoot的版本控制中心;

以后我们导入依赖默认是不需要写版本;但是如果导入的包没有在依赖中管理着就需要手动配置版本了;

启动器

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
</dependency>

springboot-boot-starter:就是spring-boot的场景启动器

spring-boot-starter-web 帮我们导入了web模块正常运行所依赖的组件;

SpringBoot将所有的功能场景都抽取出来,做成一个个的starter (启动器),只需要在项目中引入这些starter即可,所有相关的依赖都会导入进来 , 我们要用什么功能就导入什么样的场景启动器即可 ;

主程序

//@SpringBootApplication 来标注一个主程序类 , 说明这是一个Spring Boot应用
@SpringBootApplication
public class Springboot01HelloworldApplication {

   public static void main(String[] args) {
     //将SpringBoot应用启动起来
      SpringApplication.run(Springboot01HelloworldApplication.class, args);
   }

}

但是一个简单的启动类并不简单!我们来分析一下这些注解都干了什么

1、@SpringBootApplication

意义:SpringBoot应用标注在某个类上说明这个类是SpringBoot的主配置类 , SpringBoot就应该运行这个类的main方法来启动SpringBoot应用;

进入这个注解:可以看到上面还有很多其他注解!

@SpringBootConfiguration
@EnableAutoConfiguration
@ComponentScan(
    excludeFilters = {@Filter(
    type = FilterType.CUSTOM,
    classes = {TypeExcludeFilter.class}
), @Filter(
    type = FilterType.CUSTOM,
    classes = {AutoConfigurationExcludeFilter.class}
)}
)
public @interface SpringBootApplication {
    //.....
}

2、@ComponentScan

​ 这个注解在Spring中很重要 , 它对应XML配置中的元素。@ComponentScan的功能就是自动扫描并加载符合条件的组件或者bean , 将这个bean定义加载到IOC容器中 ;

3、@SpringBootConfiguration

意义:SpringBoot的配置类 ;标注在某个类上 , 表示这是一个SpringBoot的配置类;

我们继续进去这个注解查看

@Configuration //点进去得到下面的 @Component
public @interface SpringBootConfiguration {
}
@Component
public @interface Configuration {
}

@Configuration:配置类上来标注这个注解,说明这是一个配置类 ,配置类---即----配置文件;

我们继续点进去,发现配置类也是容器中的一个组件。@Component 。这就说明,启动类本身也是Spring中的一个组件而已,负责启动应用!

4、@EnableAutoConfiguration

我们回到 SpringBootApplication 注解中继续看。

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@EnableAutoConfiguration :开启自动配置功能

​ 以前我们需要自己配置的东西,而现在SpringBoot可以自动帮我们配置 ; @EnableAutoConfiguration告诉SpringBoot开启自动配置功能,这样自动配置才能生效;

我们点击去查看发现注解@AutoConfigurationPackage : 自动配置包

@AutoConfigurationPackage //自动配置包
@Import({AutoConfigurationImportSelector.class}) //导入哪些组件的选择器
public @interface EnableAutoConfiguration {
}

再点进去看到一个 @Import({Registrar.class})

@Import({Registrar.class})
public @interface AutoConfigurationPackage {
}

@import :Spring底层注解@import , 给容器中导入一个组件

Registrar.class 将主配置类 【即@SpringBootApplication标注的类】的所在包及包下面所有子包里面的所有组件扫描到Spring容器 ;

退到上一步,继续看:@Import({AutoConfigurationImportSelector.class}) :给容器导入组件 ;

AutoConfigurationImportSelector : 自动配置导入选择器,那么它会导入哪些组件的选择器呢? ;

我们点击去这个类看源码:

  1. 这个类中有一个这样的方法

    // 获得候选的配置
    protected List<String> getCandidateConfigurations(AnnotationMetadata metadata, AnnotationAttributes attributes) {
        //这里的getSpringFactoriesLoaderFactoryClass()方法
        //返回的就是我们最开始看的启动自动导入配置文件的注解类;EnableAutoConfiguration
        List<String> configurations = SpringFactoriesLoader.loadFactoryNames(this.getSpringFactoriesLoaderFactoryClass(), this.getBeanClassLoader());
        Assert.notEmpty(configurations, "No auto configuration classes found in META-INF/spring.factories. If you are using a custom packaging, make sure that file is correct.");
        return configurations;
    }
  2. 这个方法又调用了 SpringFactoriesLoader 类的静态方法!我们进入SpringFactoriesLoader类loadFactoryNames() 方法

    public static List<String> loadFactoryNames(Class<?> factoryClass, @Nullable ClassLoader classLoader) {
        String factoryClassName = factoryClass.getName();
        //这里它又调用了 loadSpringFactories 方法
        return (List)loadSpringFactories(classLoader).getOrDefault(factoryClassName, Collections.emptyList());
    }
  3. 我们继续点击查看 loadSpringFactories 方法

    private static Map<String, List<String>> loadSpringFactories(@Nullable ClassLoader classLoader) {
        //获得classLoader , 我们返回可以看到这里得到的就是EnableAutoConfiguration标注的类本身
        MultiValueMap<String, String> result = (MultiValueMap)cache.get(classLoader);
        if (result != null) {
            return result;
        } else {
            try {
                //去获取一个资源 "META-INF/spring.factories"
                Enumeration<URL> urls = classLoader != null ? classLoader.getResources("META-INF/spring.factories") : ClassLoader.getSystemResources("META-INF/spring.factories");
                LinkedMultiValueMap result = new LinkedMultiValueMap();
    
                //将读取到的资源遍历,封装成为一个Properties
                while(urls.hasMoreElements()) {
                    URL url = (URL)urls.nextElement();
                    UrlResource resource = new UrlResource(url);
                    Properties properties = PropertiesLoaderUtils.loadProperties(resource);
                    Iterator var6 = properties.entrySet().iterator();
    
                    while(var6.hasNext()) {
                        Entry<?, ?> entry = (Entry)var6.next();
                        String factoryClassName = ((String)entry.getKey()).trim();
                        String[] var9 = StringUtils.commaDelimitedListToStringArray((String)entry.getValue());
                        int var10 = var9.length;
    
                        for(int var11 = 0; var11 < var10; ++var11) {
                            String factoryName = var9[var11];
                            result.add(factoryClassName, factoryName.trim());
                        }
                    }
                }
    
                cache.put(classLoader, result);
                return result;
            } catch (IOException var13) {
                throw new IllegalArgumentException("Unable to load factories from location [META-INF/spring.factories]", var13);
            }
        }
    }
  4. 我们根据源头打开spring.factories的配置文件 , 看到了很多自动配置的文件;这就是自动配置根源所在!

1570276858427.png

WebMvcAutoConfiguration

我们在上面的自动配置类随便找一个打开看看,比如 : WebMvcAutoConfiguration

1570277345733.png

可以看到这些一个个的都是JavaConfig配置类,而且都注入了一些Bean,可以找一些自己认识的类,看着熟悉一下!

所以,自动配置真正实现是从classpath中搜寻所有的META-INF/spring.factories配置文件 ,并将其中对应的 org.springframework.boot.autoconfigure. 包下的配置项,通过反射实例化为对应标注了 @Configuration的JavaConfig形式的IOC容器配置类 , 然后将这些都汇总成为一个实例并加载到IOC容器中。

结论:

  1. SpringBoot在启动的时候从类路径下的META-INF/spring.factories中获取EnableAutoConfiguration指定的值
  2. 将这些值作为自动配置类导入容器 , 自动配置类就生效 , 帮我们进行自动配置工作;
  3. 以前我们需要自己配置的东西 , 自动配置类都帮我们解决了
  4. 整个J2EE的整体解决方案和自动配置都在springboot-autoconfigure的jar包中;
  5. 它将所有需要导入的组件以全类名的方式返回 , 这些组件就会被添加到容器中 ;
  6. 它会给容器中导入非常多的自动配置类 (xxxAutoConfiguration), 就是给容器中导入这个场景需要的所有组件 , 并配置好这些组件 ;
  7. 有了自动配置类 , 免去了我们手动编写配置注入功能组件等的工作;

Run

我最初以为就是运行了一个main方法,没想到却开启了一个服务;

@SpringBootApplication
public class SpringbootDemo02Application {

    public static void main(String[] args) {
        //该方法返回一个ConfigurableApplicationContext对象
        //参数一:应用入口的类     参数类:命令行参数
        SpringApplication.run(SpringbootDemo02Application.class, args);
    }

}

SpringApplication.run分析

分析该方法主要分两部分,一部分是SpringApplication的实例化,二是run方法的执行;

SpringApplication

这个类主要做了以下四件事情

  1. 推断应用的类型是普通的项目还是Web项目
  2. 查找并加载所有可用初始化器 , 设置到initializers属性中
  3. 找出所有的应用程序监听器,设置到listeners属性中
  4. 推断并设置main方法的定义类,找到运行的主类

查看构造器

public SpringApplication(ResourceLoader resourceLoader, Class... primarySources) {
    this.sources = new LinkedHashSet();
    this.bannerMode = Mode.CONSOLE;
    this.logStartupInfo = true;
    this.addCommandLineProperties = true;
    this.addConversionService = true;
    this.headless = true;
    this.registerShutdownHook = true;
    this.additionalProfiles = new HashSet();
    this.isCustomEnvironment = false;
    this.resourceLoader = resourceLoader;
    Assert.notNull(primarySources, "PrimarySources must not be null");
    this.primarySources = new LinkedHashSet(Arrays.asList(primarySources));
    this.webApplicationType = WebApplicationType.deduceFromClasspath();
    this.setInitializers(this.getSpringFactoriesInstances(ApplicationContextInitializer.class));
    this.setListeners(this.getSpringFactoriesInstances(ApplicationListener.class));
    this.mainApplicationClass = this.deduceMainApplicationClass();
}

run方法

1353149994.png

SpringBoot