SpringBoot源码解析Logging，Environment启动

本文通过阅读SpringBoot源码，分享SpringBoot中Logging，Environment组件的启动过程。

如果大家在使用SpringBoot过程中，遇到日志配置无效，Environment中获取属性错误，希望本文可以给你们一个解决问题的思路。
源码分析基于spring boot 2.1
（源码解析类文章建议在PC端阅读）

Logging

Logging组件通过ApplicationListener启动，对应的处理类为LoggingApplicationListener（spring-boot.jar中的spring.factories配置了）
LoggingApplicationListener#onApplicationStartingEvent

private void onApplicationStartingEvent(ApplicationStartingEvent event) {
    // #1
    this.loggingSystem = LoggingSystem.get(event.getSpringApplication().getClassLoader());  
    this.loggingSystem.beforeInitialize();
}


#1
根据应用引入的日志框架，加载对应的日志框架LoggingSystem。
LoggingSystem#get

public static LoggingSystem get(ClassLoader classLoader) {
    String loggingSystem = System.getProperty(SYSTEM_PROPERTY);
    if (StringUtils.hasLength(loggingSystem)) {
        if (NONE.equals(loggingSystem)) {
            return new NoOpLoggingSystem();
        }
        return get(classLoader, loggingSystem);
    }
    return SYSTEMS.entrySet().stream().filter((entry) -> ClassUtils.isPresent(entry.getKey(), classLoader)) // #1
            .map((entry) -> get(classLoader, entry.getValue())).findFirst() // #2
            .orElseThrow(() -> new IllegalStateException("No suitable logging system located"));    
}


#1
LoggingSystem#SYSTEMS中存放了SpringBoot中Logback，Log4j2，Java Util Logging几个日志框架适配器的路径，检查这些类适配器是否存在以判断这些日志框架是否引入。
#2
构造LoggingSystem，取第一个结果。

LoggingApplicationListener#initialize

protected void initialize(ConfigurableEnvironment environment, ClassLoader classLoader) {
    new LoggingSystemProperties(environment).apply();
    // #1
    this.logFile = LogFile.get(environment);    
    if (this.logFile != null) {
        this.logFile.applyToSystemProperties();
    }
    // #2
    initializeEarlyLoggingLevel(environment);   
    // #3
    initializeSystem(environment, this.loggingSystem, this.logFile);
    // #4   
    initializeFinalLoggingLevels(environment, this.loggingSystem);  
    registerShutdownHookIfNecessary(environment, this.loggingSystem);
}


#1
从environment读取logging.file，logging.path配置，构建LogFile
#2
读取Environment中debug，trace的配置到springBootLogging属性
#3

(1) Environment中存在logging.config配置，使用该配置读取配置文件，初始化LoggingSystem。否则执行(2)步骤
(2) 存在logging.file或logging.path，使用#1
中构造的LogFile读取对应的配置文件，初始化LoggingSystem。否则执行(3)步骤
(3) 如果能从默认配置路径中读取日志配置文件，则初始化LoggingSystem。否则执行(4)步骤
每个日志框架默认路径不同，如Logback会查找如下路径
logback-test.groovy, logback-test.xml, logback.groovy, logback.xml
logback-test-spring.groovy, logback-test-spring.xml, logback-spring.groovy, logback-spring.xml
(4) 使用默认方案，不同日志框架默认处理方案也不同，SpringBoot中默认使用Logback，该日志框架从Environment中获取logging.pattern.level，logging.pattern.dateformat配置，用于初始化LoggingSystem。
#4
使用#1
步骤加载的springBootLogging属性设置LoggingLevel，并处理logging.group配置的LoggingLevel。
这里的日志级别会覆盖#3
步骤中配置文件的日志级别。

Environment

Environment代表当前应用运行环境，管理配置属性数据，并提供Profile特性，即可以根据环境得到相应配置属性数据。

Environment的查询
Environment的实现类都继承了AbstractEnvironment，
AbstractEnvironment#propertySources是一个MutablePropertySources，它实际上是一个属性源PropertySources列表。
AbstractEnvironment#propertyResolver是一个属性解析器ConfigurablePropertyResolver，负责从属性源中查询对应属性。
AbstractEnvironment也实现了PropertyResolver。

AbstractEnvironment#getProperty -> PropertySourcesPropertyResolver#getProperty

protected  T getProperty(String key, Class targetValueType, boolean resolveNestedPlaceholders) {
    if (this.propertySources != null) {
        // #1   
        for (PropertySource propertySource : this.propertySources) {
            ...
            Object value = propertySource.getProperty(key);
            if (value != null) {
                if (resolveNestedPlaceholders && value instanceof String) {
                    // #2
                    value = resolveNestedPlaceholders((String) value);  
                }
                logKeyFound(key, propertySource, value);
                // #3
                return convertValueIfNecessary(value, targetValueType); 
            }
        }
    }
    ...
    return null;
}


#1
遍历所有的属性源propertySources
#2
 嵌套解析属性值（属性值可以使用占位符引用其他属性值）
#3
类型转换，将配置属性转换为对应的类型
可以看到，属性源PropertySource的顺序很重要，如果多个PropertySource存在同样的属性，只有前面PropertySource的属性值生效。
如果你发现查询到的属性值不是自己设置的值，可能属性被覆盖了。

Environment的构造
SpringApplication#prepareEnvironment负责构造Environment

private ConfigurableEnvironment prepareEnvironment(SpringApplicationRunListeners listeners,
        ApplicationArguments applicationArguments) {
    // #1
    ConfigurableEnvironment environment = getOrCreateEnvironment(); 
    // #2
    configureEnvironment(environment, applicationArguments.getSourceArgs());    
    // #3
    ConfigurationPropertySources.attach(environment);   
    // #4
    listeners.environmentPrepared(environment); 
    // #5
    bindToSpringApplication(environment);   
    if (!this.isCustomEnvironment) {
        environment = new EnvironmentConverter(getClassLoader()).convertEnvironmentIfNecessary(environment,
                deduceEnvironmentClass());
    }
    // #6
    ConfigurationPropertySources.attach(environment);   
    return environment;
}


#1
根据Application的环境构造对应的Environment，SERVLET应用，使用的是StandardServletEnvironment
#2
使用SpringApplication#run方法的args参数构造属性源SimpleCommandLinePropertySource
#3
添加数据源ConfigurationPropertySourcesPropertySource
#4
触发ApplicationEnvironmentPreparedEvent事件，负责处理该事件的ApplicationListener也会添加PropertySource
#5
通过Binder机制，将属性源中spring.main开头的属性绑定到SpringApplication的属性上
#6
重新构造ConfigurationPropertySourcesPropertySource

AbstractEnvironment的构造函数会调用AbstractEnvironment#customizePropertySources方法，该方法可以调整AbstractEnvironment#propertySources的内容。我们依次看一下各个AbstractEnvironment子类的customizePropertySources方法。
StandardServletEnvironment#customizePropertySources

protected void customizePropertySources(MutablePropertySources propertySources) {
    // #1
    propertySources.addLast(new StubPropertySource(SERVLET_CONFIG_PROPERTY_SOURCE_NAME));   
    // #2
    propertySources.addLast(new StubPropertySource(SERVLET_CONTEXT_PROPERTY_SOURCE_NAME));  
    if (JndiLocatorDelegate.isDefaultJndiEnvironmentAvailable()) {  
        propertySources.addLast(new JndiPropertySource(JNDI_PROPERTY_SOURCE_NAME)); // #3
    }
    super.customizePropertySources(propertySources);
}


#1
添加属性源servletConfigInitParams，通过ServletConfig#getInitParameter()读取属性值
#2
添加属性源servletContextInitParams，通过ServletContext#getInitParameter()读取属性值
#3
如果在JNDI环境中，添加添加属性源jndiProperties
这里servletConfigInitParams，servletContextInitParams的StubPropertySource只是在添加属性源列表中占位，StandardServletEnvironment#initPropertySources方法才将其替换为真正的PropertySource。

StandardEnvironment#customizePropertySources

protected void customizePropertySources(MutablePropertySources propertySources) {
    // #1
    propertySources.addLast(
            new PropertiesPropertySource(SYSTEM_PROPERTIES_PROPERTY_SOURCE_NAME, getSystemProperties()));   
    // #2           
    propertySources.addLast(
            new SystemEnvironmentPropertySource(SYSTEM_ENVIRONMENT_PROPERTY_SOURCE_NAME, getSystemEnvironment()));  
}


#1
添加属性源systemProperties，通过System.getProperties()读取属性值
#2
添加属性源systemEnvironment，通过System.getenv()读取属性值

还有一个很重要的，SpringApplication#prepareEnvironment方法#2
步骤 -> SpringApplication#configureEnvironment -> SpringApplication#configurePropertySources，将添加一个SimpleCommandLinePropertySource到属性源列表最开始位置，该属性源读取SpringBoot启动命令行参数，此时它的优先级最高。

SpringApplication#prepareEnvironment方法#3
步骤，添加一个ConfigurationPropertySourcesPropertySource到属性源列表开始位置，这个类实际上也是一个属性源集合，它将Environment中所有其他属性源转化为ConfigurationPropertySource并作为自己的属性源。ConfigurationPropertySource是一个特殊属性源，它查询属性的结果都是ConfigurationProperty，ConfigurationProperty是对属性数据的封装，包含了name，value，origin。
我们查询到到属性大部分都是通过ConfigurationPropertySourcesPropertySource查到的（它已经包含了servletConfigInitParams，servletContextInitParams，systemProperties，systemEnvironment等属性源）。

最后添加的是最常用的properties，yml等配置文件的属性源。他们是通过ConfigFileApplicationListener添加的。ConfigFileApplicationListener是一个ApplicationListener，处理ApplicationEnvironmentPreparedEvent事件。
ConfigFileApplicationListener#onApplicationEnvironmentPreparedEvent加载所有的EnvironmentPostProcessor，调用EnvironmentPostProcessor#postProcessEnvironment完成该工作。
而ConfigFileApplicationListener也是一个EnvironmentPostProcessor，
ConfigFileApplicationListener#postProcessEnvironment -> ConfigFileApplicationListener#addPropertySources -> Loader#load

public void load() {
    this.profiles = new LinkedList<>();
    this.processedProfiles = new LinkedList<>();
    this.activatedProfiles = false;
    this.loaded = new LinkedHashMap<>();
    // #1
    initializeProfiles();   
    while (!this.profiles.isEmpty()) {
        Profile profile = this.profiles.poll();
        // #2
        if (profile != null && !profile.isDefaultProfile()) {
            addProfileToEnvironment(profile.getName()); 
        }
        // #3
        load(profile, this::getPositiveProfileFilter, addToLoaded(MutablePropertySources::addLast, false)); 
        this.processedProfiles.add(profile);    
    }
    // #4
    resetEnvironmentProfiles(this.processedProfiles);   
    // #5
    load(null, this::getNegativeProfileFilter, addToLoaded(MutablePropertySources::addFirst, true));    
    addLoadedPropertySources(); // #6
}


#1
添加初始的profile，包括null（读取所有配置文件）和default
#2
添加profile到Environment中
#3
加载配置文件以及配置文件中配置的profile
#4
使用上一步加载到的profile重置Environment的Profiles
#5
使用Environment的Profiles再次加载配置文件
#6
将前面加载的属性源添加到Environment属性源列表末尾

#3
步骤，在spring.config.location配置的目录下，使用PropertySourceLoader加载不同的配置文件（从spring.factories中获取PropertySourceLoader的实现类），默认有PropertiesPropertySourceLoader，YamlPropertySourceLoader，可以读取properties，xml，yml，yaml格式的配置文件。
注意：这里最终调用loadForFileExtension，该方法根据profile加载对应的配置文件

另外，SystemEnvironmentPropertySourceEnvironmentPostProcessor也是一个EnvironmentPostProcessor，它会使用OriginAwareSystemEnvironmentPropertySource替换原来的systemEnvironment，该类可以适配spring.profiles.active，spring_profiles_active，spring-profiles-active等属性名，使他们可以查询到SPRING_PROFILES_ACTIVE的系统属性。

常用属性源优先级：SpringBoot启动命令行参数 > ServletConfig/ServletContext > 系统属性 > properties，yml等配置文件

最后，说一下Binder机制，它是从SpringBoot 2开始提供的功能，负责处理对象与ConfigurationPropertySource之间的绑定，并且可以方便地进行类型转换，以及提供回调方法介入绑定的各个阶段。
看一个Binder的最简单用法，properties文件如下

redis.host=127.0.0.1
redis.port=637


使用Binder绑定属性

RedisConfig config = Binder.get(context.getEnvironment())
                .bind("redis", Bindable.of(RedisConfig.class))
                .get();


这样就可以将properties配置文件的属性绑定到RedisConfig#host,RedisConfig#port属性中，

@ConfigurationProperties也是通过Binder机制实现。
@EnableConfigurationProperties使@ConfigurationProperties生效，它通过@Import引入了EnableConfigurationPropertiesRegistrar，
EnableConfigurationPropertiesRegistrar实现了ImportBeanDefinitionRegistrar，向Spring上下文注册了ConfigurationPropertiesBindingPostProcessor，BoundConfigurationProperties，ConfigurationPropertiesBeanDefinitionValidator，ConfigurationBeanFactoryMetadata等功能类。
而ConfigurationPropertiesBindingPostProcessor会对@ConfigurationProperties标注的类，使用ConfigurationPropertiesBinder将配置属性数据与bean属性绑定，ConfigurationPropertiesBinder最终使用Binder对象来完成工作。

EnableConfigurationPropertiesRegistrar是SpringBoot2.2开始使用的类，比SpringBoot2.1使用的EnableConfigurationPropertiesImportSelector更简洁清晰，有兴趣的同学可以自行阅读代码。

文章最后，附图一张