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SpringBoot详解

2024.07.25 阅读量次

概览

SpringBoot是由Pivotal团队提供的全新框架，其设计目的是用来简化Spring应用的初始搭建以及开发过程。该框架使用了特定的方式来进行配置，从而使开发人员不再需要定义样板化的配置。SpringBoot提供了一种新的编程范式，可以更加快速便捷地开发Spring项目，在开发过程当中可以专注于应用程序本身的功能开发，而无需在Spring配置上花太大的工夫。

SpringBoot基于Sring4进行设计，继承了原有Spring框架的优秀基因。SpringBoot准确的说并不是一个框架，而是一些类库的集合。 maven或者gradle项目导入相应依赖即可使用 SpringBoot，而无需自行管理这些类库的版本。

特点：

  • 自动配置：SpringBoot提供自动配置功能，根据项目的依赖和环境自动设置 Spring应用程序，减少了手动配置的复杂度。
  • 启动器：SpringBoot提供“启动器”依赖集合，如 spring-boot-starter-web，简化了项目的依赖管理。
  • 嵌入式服务器：SpringBoot支持嵌入式服务器，如Tomcat、Jetty和Undertow，使得应用程序可以独立运行，无需外部Web服务器。
  • 生产级别的特性：SpringBoot具备生产级别的功能，包括健康检查、应用监控、日志管理等。Actuator 模块可以轻松监控和管理应用程序。
  • 无配置的约定：SpringBoot遵循“无配置”的原则，使用合理的默认值和约定，减少需要编写的配置代码。
  • 快速开发：SpringBoot的项目结构和默认配置帮助开发者快速启动新项目。内置工具和插件支持开发、测试和部署。

与Spring区别

Spring提供了大量的子模块，如Spring Core、Spring Web、Spring Data等，但它们的配置复杂度较高，且需要开发者手动配置各类文件和依赖。 SpringBoot基于Spring，目的是简化Spring应用的创建和配置。

SpringBoot是对Spring的扩展，简化了Spring应用开发的过程，但仍然依赖Spring核心库。 使用SpringBoot开发的应用实际上是基于Spring的，只是通过自动配置和内置依赖提升了开发效率。

Spring和SpringBoot的主要区别在于配置和启动的复杂性。Spring框架需要大量的手动配置，包括XML配置文件或Java配置类，配置过程较为繁琐且易出错。 此外，Spring应用程序通常需要部署到外部的Web服务器，并需要额外的步骤来启动和运行。

相比之下，SpringBoot提供了自动配置功能，可以根据项目的依赖自动设置应用程序，极大地简化了配置工作。 它还支持嵌入式服务器，使得应用程序能够独立运行，无需外部 Web 服务器，且可以通过java -jar命令直接启动。这些特点使得SpringBoot更加适合快速开发和部署应用程序。

创建SpringBoot项目

在IDEA中使用Spring Initializr快速创建一个SpringBoot项目。

SpringBoot详解

选择所需的依赖

SpringBoot详解

SpringBoot项目通常包括以下几个主要部分：

SpringBoot详解

在src/main/resources目录下创建application.properties或application.yml文件来配置应用程序。示例配置如下：

SpringBoot详解

主应用类通常位于项目的根包，并使用@SpringBootApplication注解。

SpringBoot详解

创建一个Controller处理HTTP请求并返回响应。使用@RestController注解定义控制器，使用@RequestMapping或@GetMapping处理请求。

SpringBoot详解

在IDE中运行，右击主应用类并选择“Run”。

SpringBoot详解

SpringBoot详解

通过浏览器输入http://localhost:8081/api/hello 测试。

SpringBoot详解

SpringBoot常用注解

在SpringBoot开发中，常用的注解简化了配置和开发流程。

  • @SpringBootApplication：标注在启动类上，它综合了@Configuration、@EnableAutoConfiguration和@ComponentScan注解，用于自动配置和组件扫描。 
    @SpringBootApplication
public class MyApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(MyApplication.class, args);
    }
}
  • @RestController：是一个组合注解，结合了@Controller和@ResponseBody。用于定义控制器类，并将返回的对象自动转换为JSON或XML格式，简化了RESTful API的开发。 
    @RestController
@RequestMapping("/api")
public class MyController {
    @GetMapping("/hello")
    public String sayHello() {
        return "Hello, World!";
    }
}
  • @Controller：用于定义一个SpringMVC 控制器类，它的主要目的是处理Web请求并返回视图，如JSP、Thymeleaf模板等。 
    @Controller
public class MyController {
    @GetMapping("/home")
    public String home() {
        return "home"; // 返回视图名（例如 home.html）
    }
}
  • @RequestMapping：映射HTTP请求到控制器的方法。支持不同的请求方法（GET、POST等），其衍生注解为@GetMapping、@PostMapping、@PutMapping、@DeleteMapping。 
    @RestController
public class MyController {
    @RequestMapping(value = "/hello", method = RequestMethod.GET)
    public String getHello() {
        return "Hello, GET!";
    }
}
  • @RequestBody：将HTTP请求体的内容绑定到方法参数上。通常用于POST请求，当请求的内容是JSON、XML或其他类型的数据时，可以通过@RequestBody注解将其自动转换为Java对象。 
    @RestController
public class MyRestController {
    @PostMapping("/submit")
    public String submitData(@RequestBody MyRequestData data) {
        // 处理数据
        return "Data received: " + data.toString();
    }
}

class MyRequestData {
    private String name;
    private int age;
}
  • @ResponseBody：将方法的返回值直接写入HTTP响应体中。常用于控制器方法，以使得返回的数据，通常是JSON或XML，能够被自动序列化并发送给客户端。 
    @Controller
@ResponseBody
@RequestMapping("/api")
public class MyRestController {
    @GetMapping("/info")
    public MyResponseData getInfo() {
        return new MyResponseData("Alice", 30);
    }
}

class MyResponseData {
    private String name;
    private int age;

    public MyResponseData(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
}
  • @Autowired：自动注入Spring管理的Bean。可以用于构造函数、字段或setter方法。 
    @Service
public class MyService {
    private final MyRepository myRepository;

    @Autowired
    public MyService(MyRepository myRepository) {
        this.myRepository = myRepository;
    }
}
  • @Component：标记Spring组件，使其能够被自动扫描和管理，@Component为标记通用的Spring组件。 
    @Service
public class MyService {
    private final MyRepository myRepository;

    @Autowired
    public MyService(MyRepository myRepository) {
        this.myRepository = myRepository;
    }
}
  • @Service：标记Spring业务组件，用于业务逻辑处理。 
    @Service
public class MyService {
    // 业务逻辑
}
  • @Repository：标记Spring数据访问组件，用于数据持久化。 
    @Repository
public class MyRepository {
    // 数据访问逻辑
}
  • @Configuration：标记Spring配置类，用于配置Spring容器、配置Bean。 
    @Configuration
public class AppConfig {
    @Bean
    public MyBean myBean() {
        return new MyBean();
    }
}
  • @Bean：在配置类中定义Bean方法，Spring管理这些Bean的生命周期。 
    @Bean
public MyBean myBean() {
    return new MyBean();
}
  • @Value：从配置文件中注入值到字段，允许应用程序灵活地读取外部配置。 
    @Component
public class MyComponent {
    @Value("${my.property}")
    private String myProperty;
}
  • @ConfigurationProperties：用于将配置文件中的属性映射到Java类中。这样，配置可以作为一个Java Bean进行管理，便于在应用中使用。 
    @ConfigurationProperties(prefix = "myapp")
public class MyAppProperties {
    private String name;
    private int maxAttempts;

    // getters and setters
}

    myapp.name=MyApplication
myapp.maxAttempts=5
  • @Conditional：用于根据条件判断是否应用特定的配置。 @Conditional注解的核心是通过Condition接口的实现来控制Bean的创建。Spring在启动时会检查这些条件，只有当所有条件都满足时，相关的Bean才会被注册到Spring容器中。 
    public class CustomCondition implements Condition {
    @Override
    public boolean matches(ConditionContext context, AnnotatedTypeMetadata metadata) {
        // 自定义条件逻辑
        String property = context.getEnvironment().getProperty("custom.property");
        return "expectedValue".equals(property);
    }
}

SpringBoot自动配置

SpringBoot的自动配置通过条件化配置和扫描机制来简化应用设置。应用启动时，SpringBoot根据spring.factories文件中的配置自动加载所有标记为自动配置的类。 每个自动配置类使用条件注解，如@ConditionalOnClass、@ConditionalOnMissingBean等，来判断是否应该应用特定的配置。这些注解帮助决定是否创建和配置Bean。 如果符合条件，SpringBoot会自动生成所需的Bean实例并将其添加到应用上下文中。

其自动配置原理，是通过@SpringBootApplication注解，在启动时加载的。@SpringBootApplication这个注解通常标注在启动类上：

@SpringBootApplication
public class SpringBootExampleApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(SpringBootExampleApplication.class, args);
    }
}

@SpringBootApplication是一个复合注解，即由其他注解构成。核心注解是@SpringBootConfiguration和@EnableAutoConfiguration。

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
@SpringBootConfiguration
@EnableAutoConfiguration
@ComponentScan(excludeFilters = {
        @Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = TypeExcludeFilter.class),
        @Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = AutoConfigurationExcludeFilter.class) })
public @interface SpringBootApplication {}

@SpringBootConfiguration

@SpringBootConfiguration核心注解是@Configuration的作用是将类标记为配置类，可以定义@Bean方法来创建和配置 Spring容器中的Bean。

@Target({ElementType.TYPE})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Configuration
public @interface SpringBootConfiguration {}

@Configuration底层实现就是一个Component。

/**
 * Indicates that an annotated class is a "component".
 * Such classes are considered as candidates for auto-detection
 * when using annotation-based configuration and classpath scanning.
 *
 */
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Indexed
public @interface Component{}

@EnableAutoConfiguration

@EnableAutoConfiguration作用是启用SpringBoot的自动配置机制。它的核心是@AutoConfigurationPackage和@Import({AutoConfigurationImportSelector.class})

@Target({ElementType.TYPE})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
@AutoConfigurationPackage
@Import({AutoConfigurationImportSelector.class})
public @interface EnableAutoConfiguration {}

@AutoConfigurationPackage的核心是引入了一个@Import(AutoConfigurationPackages.Registrar.class)配置类，该类实现了ImportBeanDefinitionRegistrar接口。 这个注解本身的含义就是将主配置类（@SpringBootApplication标注的类）所在的包下面所有的组件都扫描到Spring容器中。

/**
 * {@link ImportBeanDefinitionRegistrar} to store the base package from the importing
 * configuration.
 */
static class Registrar implements ImportBeanDefinitionRegistrar, DeterminableImports {
    @Override
    public void registerBeanDefinitions(AnnotationMetadata metadata, BeanDefinitionRegistry registry) {
        register(registry, new PackageImports(metadata).getPackageNames().toArray(new String[0]));
    }
    @Override
    public Set<Object> determineImports(AnnotationMetadata metadata) {
        return Collections.singleton(new PackageImports(metadata));
    }

}

AutoConfigurationImportSelector类的作用是通过扫描spring.factories文件，加载所有自动配置类。

/**
 * Return the auto-configuration class names that should be considered. By default
 * this method will load candidates using {@link SpringFactoriesLoader} with
 * {@link #getSpringFactoriesLoaderFactoryClass()}.
 * @param metadata the source metadata
 * @param attributes the {@link #getAttributes(AnnotationMetadata) annotation
 * attributes}
 * @return a list of candidate configurations
 */
protected List<String> getCandidateConfigurations(AnnotationMetadata metadata, AnnotationAttributes attributes) {
    List<String> configurations = SpringFactoriesLoader.loadFactoryNames(getSpringFactoriesLoaderFactoryClass(),
            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;
}

找到spring.factories

但是spring.factories包含了很多类，并不是全部都加载的，在某些类里面，是有一个条件@ConditionalOnXXX注解，只有当这个注解上的条件满足才会加载。如SpringApplicationAdminJmxAutoConfiguration。

@Configuration(proxyBeanMethods = false)
@AutoConfigureAfter(JmxAutoConfiguration.class)
@ConditionalOnProperty(prefix = "spring.application.admin", value = "enabled", havingValue = "true",matchIfMissing = false)
public class SpringApplicationAdminJmxAutoConfiguration {}

当一个类使用 @SpringBootApplication 注解时，SpringBoot会自动进行一系列配置，让应用快速启动并运行。这个注解包含了 @SpringBootConfiguration，相当于告诉 Spring这是一个配置类，就像使用了@Configuration一样。 @Configuration 的作用是将类标记为配置类，这个配置类可以定义 @Bean 方法来创建和配置 Spring容器中的 Bean。同时，@EnableAutoConfiguration 启用了SpringBoot的自动配置功能，SpringBoot会根据项目中的依赖，自动配置很多常用的 Spring组件，这样就不需要手动配置它们。 这个自动配置的过程是通过扫描spring.factories文件中的自动配置类来实现的。另外，@ComponentScan让 Spring自动扫描当前包及其子包下的所有组件，比如标注了 @Component、@Service、@Repository和@Controller的类，并把它们注册到Spring容器中。 因此，把应用的主类放在根包中，SpringBoot就会自动扫描并加载所有需要的组件和配置，让你可以专注于编写业务代码，而不用担心复杂的配置细节。SpringBoot通过这一系列自动化的配置和扫描机制，简化了开发和配置的工作量，让应用能够快速启动并运行。

SpringBoot配置管理

SpringBoot支持application.properties和application.yml两种格式的配置文件，通常放置在src/main/resources目录下。

server:
  port: 8080

spring:
  # 数据源配置
  datasource:
    url: jdbc:mysql://localhost:3306/mydb
    username: root
    password: secret

# 自定义属性
myapp:
  name: MyApplication
  maxAttempts: 5

如果想要读取配置，可以使用@Value注解或者@ConfigurationProperties注解。使用@ConfigurationProperties注解将配置文件中的属性绑定到Java类中，能够将复杂配置集中管理。

@ConfigurationProperties(prefix = "myapp")
public class MyAppProperties {
    private String name;
    private int maxAttempts;

    // getters and setters
}

使用@Value注解可以将配置文件中的单个属性注入到Bean的字段中。

@Component
public class MyComponent {
    @Value("${myapp.name}")
    private String appName;
}

但需要注意的是，并不是在配置文件中配置了，就一定会加载，SpringBoot配置的加载优先级由高到低依为：

  1. 命令行参数：命令行参数的配置优先级最高。当你启动SpringBoot应用时，可以通过命令行传递配置参数，这些参数会覆盖其他来源的配置。 
    java -jar myapp.jar -Dserver.port=9090
  2. 环境变量：环境变量的配置优先级低于命令行参数，但高于application.properties和application.yml文件。环境变量通常用于在操作系统级别定义配置，例如在生产环境中。 
    export SERVER_PORT=9090
  3. application.properties或application.yml文件：这些文件通常位于src/main/resources目录下，提供了默认的配置。这些配置会被加载到应用程序上下文中，但它们的优先级低于命令行参数。 
    server.port=8080
  4. 系统属性：系统属性通过System.setProperty方法设置，优先级最低。这些属性可以在应用启动时或者在JVM启动时通过-D参数设置，虽然优先级低于其他配置源，但它们仍然会被加载。 
    System.setProperty("server.port", "9090");

除此之外可以使用application-{profile}.properties或application-{profile}.yml文件为不同的环境提供特定的配置。 且通过设置spring.profiles.active属性来激活特定的环境配置。

server.port=8081
# application.properties
spring.profiles.active=dev

有时需要根据特定条件加载不同的配置文件。这种需求通常出现在环境配置、特性开关或者动态调整配置的场景中，就可以通过环境控制的方式来实现。

  • application-dev.properties 
    server.port=8081
myapp.feature=enabled
  • application-prod.properties 
    server.port=80
myapp.feature=disabled

在application.properties中激活特定的profile：

spring.profiles.active=dev

这样SpringBoot会根据激活的profile加载对应的配置文件。

其实使用@Profile注解也能实现环境控制，@Profile注解允许在特定的profile激活时创建Bean或配置类。结合@Configuration使用，可以在不同的环境中加载不同的Bean配置。

@Configuration
@Profile("dev")
public class DevConfiguration {
    @Bean
    public MyBean myBean() {
        return new MyBean("Development Bean");
    }
}

或者使用@Conditional，@Conditional注解允许根据条件决定是否加载配置。可以结合自定义条件来实现复杂的条件加载逻辑。

public class OnCustomCondition implements Condition {
    @Override
    public boolean matches(ConditionContext context, AnnotatedTypeMetadata metadata) {
        // 逻辑判断
        return "true".equals(System.getProperty("custom.condition"));
    }
}

@Configuration
@Conditional(OnCustomCondition.class)
public class CustomConditionConfiguration {
    @Bean
    public CustomBean customBean() {
        return new CustomBean();
    }
}

SpringBoot嵌入式服务器

SpringBoot提供了内置的Web服务器，如Tomcat、Jetty和Undertow，嵌入式的服务器功能使得构建和运行JavaWeb应用变得更加简单。

有了嵌入式的服务器就不需要将应用程序打包为WAR包并部署到外部服务器，直接打包为JAR文件即可运行。 而且运行和调试Web应用时不需要管理服务器的独立生命周期，而且内置服务器通常比外部服务器占用的资源少，启动速度更快。

SpringBoot默认内置Tomcat作为嵌入式服务器。如果没有特别修改，应用将使用Tomcat。

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

如果要使用Jetty代替Tomcat，需要在pom.xml中排除Tomcat并添加Jetty依赖。

<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
        <exclusions>
            <exclusion>
                <groupId>org.springframework.boot</groupId>
                <artifactId>spring-boot-starter-tomcat</artifactId>
            </exclusion>
        </exclusions>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-jetty</artifactId>
    </dependency>
</dependencies>

内置的服务器实际上，SpringBoot是通过自动配置机制来简化Web服务器的配置。应用启动时，SpringBoot会自动检测类路径中的依赖，并根据它们自动配置Web服务器。 自动配置类位于org.springframework.boot.autoconfigure.web.servlet包中，例如TomcatServletWebServerFactory、JettyServletWebServerFactory和UndertowServletWebServerFactory。

@Configuration
@ConditionalOnClass(Servlet.class)
@ConditionalOnMissingBean(ServletWebServerFactory.class)
@EnableConfigurationProperties(WebServerProperties.class)
public class TomcatServletWebServerFactoryConfiguration {
    @Bean
    public TomcatServletWebServerFactory tomcatServletWebServerFactory(WebServerProperties properties) {
        TomcatServletWebServerFactory factory = new TomcatServletWebServerFactory();
        // 配置 Tomcat 服务器
        return factory;
    }
}

SpringBoot使用ServletWebServerFactory接口及其实现，例如TomcatServletWebServerFactory来创建内嵌的Web服务器。ServletWebServerFactory提供了创建和配置Web服务器的能力。 当应用启动时，SpringBoot会创建一个ServletWebServerFactory实现的实例，并使用该实例启动Web服务器。

@Bean
public ServletWebServerFactory servletContainer() {
    TomcatServletWebServerFactory factory = new TomcatServletWebServerFactory();
    factory.setPort(8080);
    return factory;
}

可以通过实现TomcatServletWebServerFactory、JettyServletWebServerFactory或UndertowServletWebServerFactory接口来自定义嵌入式服务器的配置。

@Configuration
public class CustomTomcatFactory extends TomcatServletWebServerFactory {

    @Bean
    @Override
    public ServletWebServerFactory servletContainer() {
        return new TomcatServletWebServerFactory() {
            @Override
            protected Tomcat getTomcatEmbeddedServletContainer() {
                Tomcat tomcat = super.getTomcatEmbeddedServletContainer();
                
                // 自定义 Tomcat 配置
                tomcat.getConnector().setAttribute("maxThreads", 200);
                
                // 可以在这里添加更多自定义逻辑
                return tomcat;
            }
        };
    }
}

SpringBoot测试

测试是保证应用正确性和稳定性的关键部分，SpringBoot提供了多种测试工具和注解，以便于进行集成测试、单元测试和功能测试。

创建一个单元测试步骤：

  1. 导入测试依赖。
<dependencies>
    <!-- Spring Boot Test -->
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
        <scope>test</scope>
    </dependency>
    <!-- JUnit 5 (Jupiter) -->
    <dependency>
        <groupId>org.junit.jupiter</groupId>
        <artifactId>junit-jupiter-api</artifactId>
        <scope>test</scope>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.junit.jupiter</groupId>
        <artifactId>junit-jupiter-engine</artifactId>
        <scope>test</scope>
    </dependency>
</dependencies>
  1. 编写测试类。通常，测试类放在与主代码相同的包结构中的src/test/java目录下。
@SpringBootTest
// @RunWith(xxxx.class)
public class MyServiceTests {

    @Autowired
    private MyService myService;

    @Test
    public void testPerformAction() {
        String result = myService.performAction();
        assertEquals("ExpectedResult", result);
    }
}

一个最简单的单元测试就创建完毕了。在实际测试中，有时候需要测试场景中加载配置，@TestConfiguration注解用于创建专门的测试配置类。 这些配置类仅在测试上下文中有效，用于提供测试所需的额外Bean。

@TestConfiguration
public class TestConfig {

    @Bean
    public TestService testService() {
        return new TestService();
    }
}

然后在测试类中引入该配置：

@SpringBootTest
@Import(TestConfig.class)
public class ServiceTests {

    @Autowired
    private TestService testService;

    @Test
    public void testService() {
        // 测试逻辑
    }
}

除了这些，还能使用@ExtendWith和自定义扩展，自定义扩展来添加额外的功能，如测试环境准备、清理操作等。

public class CustomExtension implements TestInstancePostProcessor, TestExecutionExceptionHandler {

    @Override
    public void postProcessTestInstance(Object testInstance, ExtensionContext context) {
        // Custom initialization
    }

    @Override
    public void handleTestExecutionException(ExtensionContext context, Throwable throwable) throws Throwable {
        // Custom exception handling
    }
}

在测试类中引入该扩展：

@ExtendWith(CustomExtension.class)
public class CustomExtensionTests {

    @Test
    public void testWithCustomExtension() {
        // Test logic
    }
}
Spring SpringBoot 详解
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