Spring Boot超详细讲解请求处理流程机制

SpringBoot是一种整合Spring技术栈的方式(或者说是框架)，同时也是简化Spring的一种快速开发的脚手架，本篇让我们一起分析请求处理流程机制

1. 背景

之前我们对Spring Boot做了研究讲解，我们知道怎么去集成配置，知道它如何启动，如何实现自动化配置，那么它如何接收并处理外部请求，具体原理是怎样，又要流转哪些关键环节？ filter，interceptor， view是在哪调用，处理顺序是怎样？Spring Boot 和Spring MVC以及内置容器又是怎样的作用关系？这里我们作具体剖析研究。

2. Spring Boot 的请求处理流程设计

整理处理流程：

从流程图可以看到，从内嵌的服务器接收请求到Spring Web包的处理，再调用Spring MVC框架，最后再到自定义的Controller。经过层层处理，我们接下来再研究具体的处理机制。

UML关系图：

从UML图中可以看到，层级较为复杂，主要关注两个层面：

一是继承GenericWebApplicationContext类，具备上下文BEAN的管理能力；

另外是实现ConfigurableWebServerApplicationContext接口, 具备上下文配置能力。

3. Servlet服务模式请求流程分析

3.1 ServletWebServerApplicationContext分析

Spring Boot启动时，会判断应用服务类型，有两种，一种是Servlet服务，另一种是Reactive响应式服务。ServletWebServerApplicationContext就是Servlet服务核心实现类。

它实现 ConfigurableWebServerApplicationContext 接口，继承 GenericWebApplicationContext 类：

public interface ConfigurableWebServerApplicationContext extends ConfigurableApplicationContext, WebServerApplicationContext { /** * 设置服务的命名空间 */ void setServerNamespace(String serverNamespace); }

继承ConfigurableApplicationContext, WebServerApplicationContext两个接口，并定义setServerNamespace接口，设置服务的命名空间。

看下WebServerApplicationContext源码：

public interface WebServerApplicationContext extends ApplicationContext { /** * 获取WebServer管理对象 */ WebServer getWebServer(); /** * 获取服务的命名空间 */ String getServerNamespace(); }

webServer是一个服务管理接口，包含服务的启动与停止管理功能。

ServletWebServerApplicationContext 的构造方法：

   /** * 默认构造方法 */ public ServletWebServerApplicationContext() { } /** * 指定beanFactory的构造方法 */ public ServletWebServerApplicationContext(DefaultListableBeanFactory beanFactory) { super(beanFactory); }

支持传递指定beanFactory进行对象初始化。

ServletWebServerApplicationContext 的refresh方法：

@Override public final void refresh() throws BeansException, IllegalStateException { try { // 由父类方法初始化Spring上下文 super.refresh(); } catch (RuntimeException ex) { // 如果异常， 停止WebServer启动并释放资源 stopAndReleaseWebServer(); throw ex; } }

refresh（）方法，可以参考【Spring Boot启动流程】第一章的3.2.4章节第12点说明，里面做了具体说明，就不再赘述。

ServletWebServerApplicationContext 的createWebServer方法：

private void createWebServer() { WebServer webServer = this.webServer; // 获取ServletContext上下文 ServletContext servletContext = getServletContext(); if (webServer == null && servletContext == null) { // 如果为空， 则进行初始化创建 ServletWebServerFactory factory = getWebServerFactory(); this.webServer = factory.getWebServer(getSelfInitializer()); } else if (servletContext != null) { try { // 如果不为空，则直接启动 getSelfInitializer().onStartup(servletContext); } catch (ServletException ex) { throw new ApplicationContextException("Cannot initialize servlet context", ex); } } // 初始化属性资源配置信息 initPropertySources(); }

ServletWebServerApplicationContext 的selfInitialize方法：

	private void selfInitialize(ServletContext servletContext) throws ServletException { // 将ServeltContext设置为WebApplicationContext相关属性 prepareWebApplicationContext(servletContext); // 注册ApplicationScope作用域 registerApplicationScope(servletContext); // 注册环境变量中的bean信息， 在BeanFactory中也可以获得servletContext上下文信息 WebApplicationContextUtils.registerEnvironmentBeans(getBeanFactory(), servletContext); for (ServletContextInitializer beans : getServletContextInitializerBeans()) { // 设置Bean在ServletContext加载完毕后进行初始化 beans.onStartup(servletContext); } }

ServletWebServerApplicationContext 的finishRefresh方法：

	@Override protected void finishRefresh() // 完成刷新逻辑处理， 比如清除缓存， 发布刷新事件等 super.finishRefresh(); // 启动WebServer WebServer webServer = startWebServer(); if (webServer != null) // 发布WebServer初始化完成事件 publishEvent(new ServletWebServerInitializedEvent(webServer, this)); } }

以上是整个Servlet模式服务的启动流程， ServletWebServerApplicationContext作为核心处理类，介绍了主要方法的处理逻辑。

3.2 Servlet服务模式之请求流程具体分析

Spring Boot 是基于MVC做的封装，先看下Spring MVC的处理流程：

Spring Boot 默认是采用Tomcat作为容器， WebServer的实现类为TomcatWebServer， start启动方法：

    @Override public void start() throws WebServerException { // 增加同步锁 synchronized (this.monitor) { if (this.started) { // 如果启动， 则直接返回 return; } try { //处理tomcat的Connectors连接配置信息， 就是tomcat得xml配置得Connector信息 addPreviouslyRemovedConnectors(); Connector connector = this.tomcat.getConnector(); if (connector != null && this.autoStart) { // 如果存在Connector， 且为自动启动， 设置Tomcat的内置上下文延迟处理（服务成功启动后执行） performDeferredLoadOnStartup(); } // 检查配置的Connectors是否已经启动， 避免冲突 checkThatConnectorsHaveStarted(); this.started = true; logger.info("Tomcat started on port(s): " + getPortsDescription(true) + " with context path '" + getContextPath() + "'"); } catch (ConnectorStartFailedException ex) { // 出现异常， 静默停止 stopSilently(); throw ex; } catch (Exception ex) { if (findBindException(ex) != null) { throw new PortInUseException(this.tomcat.getConnector().getPort()); } throw new WebServerException("Unable to start embedded Tomcat server", ex); } finally { // 获取TOMCAT内置上下文 Context context = findContext(); // 解除与classloader类加载器的绑定关系 ContextBindings.unbindClassLoader(context, context.getNamingToken(), getClass().getClassLoader()); } } }

Web接口调用栈关系：

我们编写一个测试的Web接口，看下其调用栈结构：

调用栈关系可以看到，从tomcat的httpServlet接收到请求，交给Spring MVC的DispatchServlet处理，再分到我们自定义的WEB接口，我们经常定义的过滤器Filter，在进入httpServlet之前已经被处理。

DispatcherServlet的doService方法

我们查看下核心的，请求分发处理流程：

    @Override protected void doService(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws Exception // LOG日志记录请求信息 logRequest(request); // 记录Request级别作用域的请求变量信息， 必须要开启INCLUDE_REQUEST_URI_ATTRIBUTE属性 Map attributesSnapshot = null; if (WebUtils.isIncludeRequest(request)) { attributesSnapshot = new HashMap<>(); Enumeration attrNames = request.getAttributeNames(); while (attrNames.hasMoreElements()) { String attrName = (String) attrNames.nextElement(); if (this.cleanupAfterInclude || attrName.startsWith(DEFAULT_STRATEGIES_PREFIX)) { attributesSnapshot.put(attrName, request.getAttribute(attrName)); } } } // 设置context上下文信息 request.setAttribute(WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE, getWebApplicationContext()); // 设置locale区域信息 request.setAttribute(LOCALE_RESOLVER_ATTRIBUTE, this.localeResolver); // 设置theme解析器 request.setAttribute(THEME_RESOLVER_ATTRIBUTE, this.themeResolver); // 设置theme源信息 request.setAttribute(THEME_SOURCE_ATTRIBUTE, getThemeSource()); // 设置flashmap信息， FlashMap 是传递重定向参数的时候要用到的一个类 if (this.flashMapManager != null) { FlashMap inputFlashMap = this.flashMapManager.retrieveAndUpdate(request, response); if (inputFlashMap != null) { request.setAttribute(INPUT_FLASH_MAP_ATTRIBUTE, Collections.unmodifiableMap(inputFlashMap)); } request.setAttribute(OUTPUT_FLASH_MAP_ATTRIBUTE, new FlashMap()); request.setAttribute(FLASH_MAP_MANAGER_ATTRIBUTE, this.flashMapManager); } try { // 分发请求， 对请求做真正的逻辑处理 doDispatch(request, response); } finally { // 判断是否异步处理请求 if (!WebAsyncUtils.getAsyncManager(request).isConcurrentHandlingStarted()) { // 上面初始化设置attributesSnapshot， 这里如果有记录， 做还原处理 if (attributesSnapshot != null) { restoreAttributesAfterInclude(request, attributesSnapshot); } } } }

DispatcherServlet的doDispatch方法

doDispatch方法负责请求分发处理，内部会找到我们定义的处理器，负责处理具体的请求逻辑。

protected void doDispatch(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws Exception { // 定义初始变量 HttpServletRequest processedRequest = request; HandlerExecutionChain mappedHandler = null; boolean multipartRequestParsed = false; // 获取Web异步请求管理器 WebAsyncManager asyncManager = WebAsyncUtils.getAsyncManager(request); try { ModelAndView mv = null; Exception dispatchException = null; try { // 检查请求是否为form-multipart提交类型，我们常见的文件上传就是采用此类型 processedRequest = checkMultipart(request); // 如果是multipart该类型， 通过MultipartResolver解析 multipartRequestParsed = (processedRequest != request); // 获取当前请求的映射处理器， 也就是自定义的controller， 如果没有找到， 则返回， 不做下面逻辑处理 mappedHandler = getHandler(processedRequest); if (mappedHandler == null) { noHandlerFound(processedRequest, response); return; } // 根据映射处理器， 获取处理适配器（实际为RequestMappingHandlerAdapter） HandlerAdapter ha = getHandlerAdapter(mappedHandler.getHandler()); // 获取请求类型，包含GET,HEAD,POST,PUT,PATCH,DELETE,OPTIONS等 String method = request.getMethod(); // 判断是否为GET类型 boolean isGet = "GET".equals(method); if (isGet || "HEAD".equals(method)) { // 获取上次请求修改标记， 如果没有修改， 默认返回-1 long lastModified = ha.getLastModified(request, mappedHandler.getHandler()); if (new ServletWebRequest(request, response).checkNotModified(lastModified) && isGet) { return; } } // 在进入处理器之前， 先要判断有没设置拦截器， 如果有， 进入拦截器的前置处理逻辑， 默认有ResourceUrlProviderExposingInterceptor等拦截器 if (!mappedHandler.applyPreHandle(processedRequest, response)) { return; } // 这里就是真正调用处理器， 也就是我们在controller中定义的方法 mv = ha.handle(processedRequest, response, mappedHandler.getHandler()); // 异步处理判断 if (asyncManager.isConcurrentHandlingStarted()) { return; } // 判断有没采用ModelAndView返回， 并进行对应设置 applyDefaultViewName(processedRequest, mv); // 这里是拦截器的后置处理逻辑， 如果有匹配设置， 则会进行调用处理 mappedHandler.applyPostHandle(processedRequest, response, mv); } catch (Exception ex) { dispatchException = ex; } catch (Throwable err) { // As of 4.3, we're processing Errors thrown from handler methods as well, // making them available for @ExceptionHandler methods and other scenarios. dispatchException = new NestedServletException("Handler dispatch failed", err); } // 设置分发处理结果， 如果处理器的执行出现异常，会根据设置做对应渲染； 如果有设置视图， 则会进行渲染解析 processDispatchResult(processedRequest, response, mappedHandler, mv, dispatchException); } catch (Exception ex) { triggerAfterCompletion(processedRequest, response, mappedHandler, ex); } catch (Throwable err) { triggerAfterCompletion(processedRequest, response, mappedHandler, new NestedServletException("Handler processing failed", err)); } finally { // 异步请求标记处理 if (asyncManager.isConcurrentHandlingStarted()) { // Instead of postHandle and afterCompletion if (mappedHandler != null) { mappedHandler.applyAfterConcurrentHandlingStarted(processedRequest, response); } } else { //如果采用multipart类型提交， 会做一些清除工作， 比如上传文件缓存等 if (multipartRequestParsed) { cleanupMultipart(processedRequest); } } } }

通过以上分析，我们可以了解到Servlet模式服务的请求流程，重点是DispatcherServlet的doDispatch方法，要了解一个请求进入之前所做的事情，请求处理完成之后所做的事情，以及对于filter, interceptor执行顺序这些都要清楚，可以帮助我们更好的运用，以及排查请求过程中出现的问题。

4. Reactive服务模式请求流程分析

4.1 ReactiveWebServerApplicationContext分析

ReactiveWebServerApplicationContext为响应式服务容器管理，是提供Reactive Web环境的Spring 容器。 Spring WebFlux应用就采用ReactiveWebServerApplicationContext实现， ReactiveWebServerApplicationContext与ServletWebServerApplicationContext 的实现类似，都是由SpringBoot统一封装设计，总体处理流程基本一致。

ReactiveWebServerApplicationContext 构造方法

public class ReactiveWebServerApplicationContext extends GenericReactiveWebApplicationContext implements ConfigurableWebServerApplicationContext { // 服务管理类， 包含服务启动与停止， 以及请求handler处理 private volatile ServerManager serverManager; // 服务命名空间 private String serverNamespace; /** * 默认构造方法 */ public ReactiveWebServerApplicationContext() { } /** * 指定beanFactory的构造方法 */ public ReactiveWebServerApplicationContext(DefaultListableBeanFactory beanFactory) { super(beanFactory); }

ReactiveWebServerApplicationContext#ServerManager内部类:

    /** * 服务管理类 */ static final class ServerManager implements HttpHandler { // WebServer服务 private final WebServer server; // 是否懒加载 private final boolean lazyInit; // Http Handler请求处理器 private volatile HttpHandler handler; // 构造方法， 注入serverFactory与延迟加载标记 private ServerManager(ReactiveWebServerFactory factory, boolean lazyInit) { this.handler = this::handleUninitialized; this.server = factory.getWebServer(this); this.lazyInit = lazyInit; } // 处理未初始化的请求， 暂未实现 private Mono handleUninitialized(ServerHttpRequest request, ServerHttpResponse response) { throw new IllegalStateException("The HttpHandler has not yet been initialized"); } // 重载方法， 处理Web请求 @Override public Mono handle(ServerHttpRequest request, ServerHttpResponse response) { return this.handler.handle(request, response); } public HttpHandler getHandler() { return this.handler; } // 获取ServerManager服务管理类 public static ServerManager get(ReactiveWebServerFactory factory, boolean lazyInit) { return new ServerManager(factory, lazyInit); } // 获取WebServer服务 public static WebServer getWebServer(ServerManager manager) { return (manager != null) ? manager.server : null; } // 通过serverManager启动服务 public static void start(ServerManager manager, Supplier handlerSupplier) { if (manager != null && manager.server != null) { manager.handler = manager.lazyInit ? new LazyHttpHandler(Mono.fromSupplier(handlerSupplier)) : handlerSupplier.get(); manager.server.start(); } } // 通过serverManager停止服务 public static void stop(ServerManager manager) { if (manager != null && manager.server != null) { try { manager.server.stop(); } catch (Exception ex) { throw new IllegalStateException(ex); } } } }

ReactiveWebServerApplicationContext#startReactiveWebServer方法:

	private WebServer startReactiveWebServer() { ServerManager serverManager = this.serverManager; // 启动WebServer, 从BeanFactory中获取HttpHandler ServerManager.start(serverManager, this::getHttpHandler); // 获取返回WebServer return ServerManager.getWebServer(serverManager); }

查看getHttpHandler方法：

protected HttpHandler getHttpHandler() { // 获取所有实现HttpHandler接口的实现类 String[] beanNames = getBeanFactory().getBeanNamesForType(HttpHandler.class); // HttpHandler实现类只能存在一个， 没有配置或多个都会抛出异常 if (beanNames.length == 0) { // throw new ApplicationContextException( "Unable to start ReactiveWebApplicationContext due to missing HttpHandler bean."); } // 存在多个， 抛出异常 if (beanNames.length > 1) { throw new ApplicationContextException( "Unable to start ReactiveWebApplicationContext due to multiple HttpHandler beans : " + StringUtils.arrayToCommaDelimitedString(beanNames)); } // 返回HttpHandler return getBeanFactory().getBean(beanNames[0], HttpHandler.class); }

ReactiveWebServerApplicationContext#onClose方法:

@Override protected void onClose() { // 先调用父类方法， 关闭逻辑处理， 目前是空实现 super.onClose(); // 通过ServerManager停止服务 stopAndReleaseReactiveWebServer(); }

4.2 webflux服务模式之请求流程具体分析

上面讲解了ReactiveWebServerApplicationContext的代码实现流程，我们看下webflux服务的请求处理流程。

定义HttpHandler

// 定义Reactive服务的HttpHandler， @Bean public HttpHandler httpHandler() { return WebHttpHandlerBuilder.applicationContext(this.applicationContext) .build(); }

webflux使用的httpHandler类型是HttpWebHandlerAdapter，创建的webserver为NettyWebServer类型

@Override public WebServer getWebServer(HttpHandler httpHandler) { // 创建HTTP SERVER服务 HttpServer httpServer = createHttpServer(); // 定义HTTP HANDLER处理适配器 ReactorHttpHandlerAdapter handlerAdapter = new ReactorHttpHandlerAdapter( httpHandler); // 采用Netty作为WebServer实现 return new NettyWebServer(httpServer, handlerAdapter, this.lifecycleTimeout); }

创建ReactorHttpHandlerAdapter使用的httpHandler就是我们上面定义的WebHttpHandlerBuilder。

当一个请求进来的时候，就是通过ReactorHttpHandlerAdapter的apply()方法然后进入了了HttpWebHandlerAdapter类的handle方法，再执行DispatcherHandler的handle方法:

public Mono handle(ServerWebExchange exchange) { // 校验handlerMappings是否存在 if (this.handlerMappings == null) { return createNotFoundError(); } // 响应式操作， 调用Handler实现类处理逻辑， handleResult处理执行结果 return Flux.fromIterable(this.handlerMappings) .concatMap(mapping -> mapping.getHandler(exchange)) .next() .switchIfEmpty(createNotFoundError()) .flatMap(handler -> invokeHandler(exchange, handler)) .flatMap(result -> handleResult(exchange, result)); }

通过RequestMappingHandlerMapping找到对应的HandlerMethod(就是我们Controller中对应的方法)，然后执行invokeHandler方法：

	private Mono invokeHandler(ServerWebExchange exchange, Object handler) { // 校验Handler适配器是否存在 if (this.handlerAdapters != null) { // 遍历handlerAdapters for (HandlerAdapter handlerAdapter : this.handlerAdapters) { // 判断是否支持的适配器类型 if (handlerAdapter.supports(handler)) { // 处理Handler适配器具体逻辑 return handlerAdapter.handle(exchange, handler); } } } return Mono.error(new IllegalStateException("No HandlerAdapter: " + handler)); }

HandlerAdapter是RequestMappingHandlerAdapter,在RequestMappingHandlerAdapter方法中执行了InvocableHandlerMethod的invode方法，然后通过反射执行了Controller中的方法，最后把Controller方法执行的结果，通过DispatcherHandler中的handlerResult方法，输出返回给调用客户端。

5. 总结

学习研究Spring Boot的请求流程，理解其内置容器， Spring MVC和自定义controller之间是如何流转处理的，各自所做的事情，每个环节的作用，相互之间的调用关系，才算是理解和掌握Spring Boot的使用，在实际工作当中，可能更多的是停留在使用层面，但是如果能够对实现原理有进一步认知，我们才知道更合理的去使用，以及更高效的去排查使用过程当中出现的各种问题。

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