用300行代码手写SpringBoot核心原理

一夜孤行 發表於 2026-4-8 09:00:00

本文将带你深入了解SpringBoot框架的核心原理，通过300行代码的迷你版本来展示SpringBoot核心注解的作用及特性，在学习本篇文章时，可以同时学习：深度揭秘SpringBoot自动装配的实现原理，相信大家会对本文中的各个功能会有更加深刻的理解
本文内容：
<ol>
<li>手写模拟SpringBoot启动过程</li>
<li>手写模拟SpringBoot条件注解功能</li>
<li>手写模拟SpringBoot自动配置功能</li>
<li>SpringBoot整合Tomcat底层源码分析</li>
<li>spring.factories文件解析源码分析</li>
<li>SpringBoot自动配置类加载过程源码分析</li>
</ol>
<h2 id="依赖">依赖</h2>
因为我们模拟实现的是SpringBoot，而不是SpringMVC，所以我直接在user包下定义了UserController和UserService，最终我们希望能运行MyApplication中的main方法，就直接启动了项目，并能在浏览器中正常的访问到UserController中的某个方法。
首先，SpringBoot是基于的Spring，所以我们要依赖Spring，然后我希望我们模拟出来的SpringBoot也支持Spring MVC的那一套功能，所以也要依赖Spring MVC，包括Tomcat等，所以在SpringBoot模块中要添加以下依赖：
<pre><code class="language-xml"><dependencies>
<dependency>
 <groupId>org.springframework</groupId>
 <artifactId>spring-context</artifactId>
 <version>5.3.18</version>
</dependency>
<dependency>
 <groupId>org.springframework</groupId>
 <artifactId>spring-web</artifactId>
 <version>5.3.18</version>
</dependency>
<dependency>
 <groupId>org.springframework</groupId>
 <artifactId>spring-webmvc</artifactId>
 <version>5.3.18</version>
</dependency>
<dependency>
 <groupId>javax.servlet</groupId>
 <artifactId>javax.servlet-api</artifactId>
 <version>4.0.1</version>
</dependency>
<dependency>
 <groupId>org.apache.tomcat.embed</groupId>
 <artifactId>tomcat-embed-core</artifactId>
 <version>9.0.60</version>
</dependency>
</dependencies>
</code></pre>
在User模块下我们进行正常的开发就行了，比如先添加SpringBoot依赖：
<pre><code class="language-xml"><dependencies>
<dependency>
 <groupId>com.seven</groupId>
 <artifactId>springboot</artifactId>
 <version>1.0-SNAPSHOT</version>
</dependency>
</dependencies>
</code></pre>
然后定义相关的Controller和Service：
<img src="https://seven97-blog.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/imgs/202602281907313.png" alt="" loading="lazy">
<pre><code class="language-java">@RestController
public class UserController {

@Autowired
private UserService userService;

@GetMapping("test")
public String test(){
 return userService.test();
}
}
</code></pre>
<h2 id="核心注解和核心类">核心注解和核心类</h2>
我们在真正使用SpringBoot时，核心会用到SpringBoot一个类和注解：
<ol>
<li>@SpringBootApplication，这个注解是加在应用启动类上的，也就是main方法所在的类</li>
<li>SpringApplication，这个类中有个run()方法，用来启动SpringBoot应用的</li>
</ol>
所以我们也来模拟实现他们。
一个@SevenSpringBootApplication注解：
<pre><code class="language-java">@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Configuration
@ComponentScan
public @interface SevenSpringBootApplication {
}
</code></pre>
一个用来实现启动逻辑的SevenSpringApplication类
<pre><code class="language-java">public class SevenSpringApplication {

public static void run(Class clazz){

}
}
</code></pre>
注意run方法需要接收一个Class类型的参数，这个class是用来干嘛的，等会就知道了。
有了以上两者，我们就可以在User的MyApplication中来使用了，比如：
<pre><code class="language-java">@SevenSpringBootApplication
public class MyApplication { // spring.factories

public static void main(String[] args) {
 SevenSpringApplication.run(MyApplication.class);
}
}
</code></pre>
现在用来是有模有样了，但中看不中用，所以我们要来好好实现以下run方法中的逻辑了。
<h2 id="run方法">run方法</h2>
run方法中需要实现什么具体的逻辑呢？
首先，我们希望run方法一旦执行完，我们就能在浏览器中访问到UserController，那势必在run方法中要启动Tomcat，通过Tomcat就能接收到请求了。
大家如果学过Spring MVC的底层原理就会知道，在SpringMVC中有一个Servlet非常核心，那就是DispatcherServlet，这个DispatcherServlet需要绑定一个Spring容器，因为DispatcherServlet接收到请求后，就会从所绑定的Spring容器中找到所匹配的Controller，并执行所匹配的方法。
所以，在run方法中，我们要实现的逻辑如下：
<ol>
<li>创建一个Spring容器</li>
<li>创建Tomcat对象</li>
<li>生成DispatcherServlet对象，并且和前面创建出来的Spring容器进行绑定</li>
<li>将DispatcherServlet添加到Tomcat中</li>
<li>启动Tomcat</li>
</ol>
<h3 id="创建一个容器">创建一个容器</h3>
这个步骤比较简单，代码如下：
<pre><code class="language-java">public class SevenSpringApplication {

public static void run(Class clazz){

 // Spring容器
 AnnotationConfigWebApplicationContext applicationContext = new AnnotationConfigWebApplicationContext();
 applicationContext.register(clazz);
 applicationContext.refresh();

}
</code></pre>
我们创建的是一个AnnotationConfigWebApplicationContext容器，并且把run方法传入进来的class作为容器的配置类，比如在MyApplication的run方法中，我们就是把MyApplication.class传入到了run方法中，最终MyApplication就是所创建出来的Spring容器的配置类，并且由于MyApplication类上有@SevenSpringBootApplication注解，而@SevenSpringBootApplication注解的定义上又存在@ComponentScan注解，所以AnnotationConfigWebApplicationContext容器在执行refresh时，就会解析MyApplication这个配置类，从而发现定义了@ComponentScan注解，也就知道了要进行扫描，只不过扫描路径为空，而AnnotationConfigWebApplicationContext容器会处理这种情况，如果扫描路径会空，则会将MyApplication所在的包路径做为扫描路径，从而就会扫描到UserService和UserController。
所以Spring容器创建完之后，容器内部就拥有了UserService和UserController这两个Bean。
<h3 id="启动tomcat">启动Tomcat</h3>
我们用的是Embed-Tomcat，也就是内嵌的Tomcat，真正的SpringBoot中也用的是内嵌的Tomcat，而对于启动内嵌的Tomcat，也并不麻烦，代码如下：
<pre><code class="language-java">public static void startTomcat(WebApplicationContext applicationContext){

Tomcat tomcat = new Tomcat();
Server server = tomcat.getServer();
Service service = server.findService("Tomcat");
Connector connector = new Connector();
connector.setPort(8081);
Engine engine = new StandardEngine();
engine.setDefaultHost("localhost");
Host host = new StandardHost();
host.setName("localhost");
String contextPath = "";
Context context = new StandardContext();
context.setPath(contextPath);
context.addLifecycleListener(new Tomcat.FixContextListener());
host.addChild(context);
engine.addChild(host);
service.setContainer(engine);
service.addConnector(connector);
tomcat.addServlet(contextPath, "dispatcher", new DispatcherServlet(applicationContext));
context.addServletMappingDecoded("/*", "dispatcher");

try {
tomcat.start();
} catch (LifecycleException e) {
e.printStackTrace();
}

}
</code></pre>
代码虽然看上去比较多，但是逻辑并不复杂，比如配置了Tomcat绑定的端口为8081，后面向当前Tomcat中添加了DispatcherServlet，并设置了一个Mapping关系，最后启动，其他代码则不用太过关心。
而且在构造DispatcherServlet对象时，传入了一个ApplicationContext对象，也就是一个Spring容器，就是我们前文说的，DispatcherServlet对象和一个Spring容器进行绑定。
接下来，我们只需要在run方法中，调用startTomcat即可：
<pre><code class="language-java">public static void run(Class clazz){

// Spring容器
AnnotationConfigWebApplicationContext applicationContext = new AnnotationConfigWebApplicationContext();
applicationContext.register(clazz);
applicationContext.refresh();

startTomcat(applicationContext);

}
</code></pre>
实际上代码写到这，一个极度精简版的SpringBoot就写出来了，比如现在运行MyApplication，就能正常的启动项目，并能接收请求。
此时，你可以继续去写其他的Controller和Service了，照样能正常访问到，而我们的业务代码中仍然只用到了SevenSpringApplication类和@SevenSpringBootApplication注解。
<h2 id="实现tomcat和jetty的切换">实现Tomcat和Jetty的切换</h2>
虽然我们前面已经实现了一个比较简单的SpringBoot，不过我们可以继续来扩充它的功能，比如现在我有这么一个需求，这个需求就是我现在不想使用Tomcat了，而是想要用Jetty，那该怎么办？
我们前面代码中默认启动的是Tomcat，那我现在想改成这样子：
<ol>
<li>如果项目中有Tomcat的依赖，那就启动Tomcat</li>
<li>如果项目中有Jetty的依赖就启动Jetty</li>
<li>如果两者都没有则报错</li>
<li>如果两者都有也报错</li>
</ol>
这个逻辑希望SpringBoot自动帮我实现，对于程序员用户而言，只要在Pom文件中添加相关依赖就可以了，想用Tomcat就加Tomcat依赖，想用Jetty就加Jetty依赖。
那SpringBoot该如何实现呢？
我们知道，不管是Tomcat还是Jetty，它们都是应用服务器，或者是Servlet容器，所以我们可以定义接口来表示它们，这个接口叫做WebServer（别问我为什么叫这个，因为真正的SpringBoot源码中也叫这个）。
并且在这个接口中定义一个start方法：
<pre><code class="language-java">public interface WebServer {

public void start();
}
</code></pre>
有了WebServer接口之后，就针对Tomcat和Jetty提供两个实现类：
<pre><code class="language-java">public class TomcatWebServer implements WebServer{
@Override
public void start() {
 System.out.println("启动Tomcat");
}
}

public class JettyWebServer implements WebServer{
@Override
public void start() {
 System.out.println("启动Jetty");
}
}
</code></pre>
而在SevenSpringApplication中的run方法中，我们就要去获取对应的WebServer，然后启动对应的webServer，代码为：
<pre><code class="language-java">public class SevenSpringApplication {

public static void run(Class clazz){

 // Spring容器
 AnnotationConfigWebApplicationContext applicationContext = new AnnotationConfigWebApplicationContext();
 applicationContext.register(clazz);
 applicationContext.refresh();

 WebServer webServer = getWebServer(applicationContext);
 webServer.start();

}

public static WebServer getWebServer(WebApplicationContext applicationContext){
 return null;
}
}
</code></pre>
这样，我们就只需要在getWebServer方法中去判断到底该返回TomcatWebServer还是JettyWebServer。
前面提到过，我们希望根据项目中的依赖情况，来决定到底用哪个WebServer，我就直接用SpringBoot中的源码实现方式来模拟了。
<h3 id="模拟实现条件注解">模拟实现条件注解</h3>
首先我们得实现一个条件注解@SevenConditionalOnClass，对应代码如下：
<pre><code class="language-java">@Target({ ElementType.TYPE, ElementType.METHOD })
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Conditional(SevenCondition.class)
public @interface SevenConditionalOnClass {

String value();
}
</code></pre>
注意核心为@Conditional(SevenCondition.class)中的SevenCondition，因为它才是真正得条件逻辑：
<pre><code class="language-java">public class SevenCondition implements Condition {
@Override
public boolean matches(ConditionContext context, AnnotatedTypeMetadata metadata) {

 Map<String, Object> annotationAttributes = metadata.getAnnotationAttributes(SevenConditionalOnClass.class.getName());
 String className = (String) annotationAttributes.get("value");

 try {
 context.getClassLoader().loadClass(className);
 return true;
 } catch (ClassNotFoundException e) {
 return false;
 }

}
}
</code></pre>
具体逻辑为，拿到@SevenConditionalOnClass中的value属性，然后用类加载器进行加载，如果加载到了所指定的这个类，那就表示符合条件，如果加载不到，则表示不符合条件。
<h3 id="模拟实现自动配置类">模拟实现自动配置类</h3>
有了条件注解，我们就可以来使用它了，那如何实现呢？
这里就要用到自动配置类的概念，我们先看代码：
<pre><code class="language-java">@Configuration
public class WebServerAutoConfiguration {

@Bean
@SevenConditionalOnClass("org.apache.catalina.startup.Tomcat")
public TomcatWebServer tomcatWebServer(){
 return new TomcatWebServer();
}

@Bean
@SevenConditionalOnClass("org.eclipse.jetty.server.Server")
public JettyWebServer jettyWebServer(){
 return new JettyWebServer();
}
}
</code></pre>
这个代码还是比较简单的，通过一个WebServiceAutoConfiguration的Spring配置类，在里面定义了两个Bean，一个TomcatWebServer，一个JettyWebServer，不过这两个要生效的前提是符合当前所指定的条件，比如：
<ol>
<li>只有存在"org.apache.catalina.startup.Tomcat"类，那么才有TomcatWebServer这个Bean</li>
<li>只有存在"org.eclipse.jetty.server.Server"类，那么才有TomcatWebServer这个Bean</li>
</ol>
并且我们只需要在SevenSpringApplication中getWebServer方法，如此实现：
<pre><code class="language-java">public static WebServer getWebServer(WebApplicationContext applicationContext){
Map<String, WebServer> beansOfType = applicationContext.getBeansOfType(WebServer.class);

if (beansOfType.isEmpty()) {
 throw new NullPointerException();
}

if (beansOfType.size() > 1) {
 throw new IllegalStateException();
}

return beansOfType.values().stream().findFirst().get();
}
</code></pre>
这样整体SpringBoot启动逻辑就是这样的：
<ol>
<li>创建一个AnnotationConfigWebApplicationContext容器</li>
<li>解析MyApplication类，然后进行扫描</li>
<li>通过getWebServer方法从Spring容器中获取WebServer类型的Bean</li>
<li>调用WebServer对象的start方法</li>
</ol>
有了以上步骤，我们还差了一个关键步骤，就是Spring要能解析到WebServiceAutoConfiguration这个自动配置类，因为不管这个类里写了什么代码，Spring不去解析它，那都是没用的，此时我们需要SpringBoot在run方法中，能找到WebServiceAutoConfiguration这个配置类并添加到Spring容器中。
MyApplication是Spring的一个配置类，但是MyApplication是我们传递给SpringBoot，从而添加到Spring容器中去的，而WebServiceAutoConfiguration就需要SpringBoot去自动发现，而不需要程序员做任何配置才能把它添加到Spring容器中去，而且要注意的是，Spring容器扫描也是扫描不到WebServiceAutoConfiguration这个类的，因为我们的扫描路径是"com.seven.user"，而WebServiceAutoConfiguration所在的包路径为"com.seven.springboot"。
那SpringBoot中是如何实现的呢？通过SPI，当然SpringBoot中自己实现了一套SPI机制，也就是我们熟知的spring.factories文件，那么我们模拟就不搞复杂了，就直接用JDK自带的SPI机制。
<h3 id="发现自动配置类">发现自动配置类</h3>
为了实现这个功能，以及为了最后的效果演示，我们需要把springboot源码和业务代码源码拆分两个maven模块，也就相当于两个项目，最后的源码结构为：
<img src="https://seven97-blog.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/imgs/202602281934126.png" alt="" loading="lazy">
现在我们只需要在springboot项目中的resources目录下添加如下目录（META-INF/services）和文件：
<img src="https://seven97-blog.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/imgs/202602281935507.png" alt="" loading="lazy">
SPI的配置就完成了，相当于通过com.seven.springboot.AutoConfiguration文件配置了springboot中所提供的配置类。
并且提供一个接口：
<pre><code class="language-java">public interface AutoConfiguration {
}
</code></pre>
并且WebServiceAutoConfiguration实现该接口：
<pre><code class="language-java">@Configuration
public class WebServerAutoConfiguration implements AutoConfiguration {

@Bean
@SevenConditionalOnClass("org.apache.catalina.startup.Tomcat")
public TomcatWebServer tomcatWebServer(){
 return new TomcatWebServer();
}

@Bean
@SevenConditionalOnClass("org.eclipse.jetty.server.Server")
public JettyWebServer jettyWebServer(){
 return new JettyWebServer();
}
}
</code></pre>
然后我们再利用spring中的@Import技术来导入这些配置类，我们在@SevenSpringBootApplication的定义上增加如下代码：
<pre><code class="language-java">@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Configuration
@ComponentScan
@Import(SevenImportSeclet.class)
public @interface SevenSpringBootApplication {
}
</code></pre>
SevenImportSeclet类为：
<pre><code class="language-java">public class SevenImportSeclet implements DeferredImportSelector {

@Override
public String[] selectImports(AnnotationMetadata importingClassMetadata) {

 // 自动配置

 ServiceLoader<AutoConfiguration> loader = ServiceLoader.load(AutoConfiguration.class);

 List<String> list = new ArrayList<>();

 for (AutoConfiguration configuration : loader) {
 list.add(configuration.getClass().getName());
 }

 return list.toArray(new String);
}
}
</code></pre>
这就完成了从com.seven.springboot.AutoConfiguration文件中获取自动配置类的名字，并导入到Spring容器中，从而Spring容器就知道了这些配置类的存在，而对于user项目而言，是不需要修改代码的。
此时运行MyApplication，就能看到启动了Tomcat
<h2 id="总结">总结</h2>
到此，我们实现了一个简单版本的SpringBoot，因为SpringBoot首先是基于Spring的，提供的功能也更加强大

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