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# 精尽 Spring MVC 源码分析 —— 容器的初始化（三）之 Servlet 3.0 集成
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本文，我们直接基于徐妈的 [《Spring 揭秘 —— 寻找遗失的 web.xml》](https://www.cnkirito.moe/servlet-explore/) 的文章，一起来看看 Spring MVC 的初始化过程，是如何集成到 Servlet 3.0 和 Spring Boot 之中的。
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因为篇幅较长，所以捉摸了下，会拆分成两部分：
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- **Spring MVC 是如何集成到 Servlet 3.0 中** 【本文】
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- Spring MVC 是如何集成到 Spring Boot 中
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> 艿艿的吐槽：大半夜( 大概是陵城 1 点左右)，问徐妈拿这篇文章的授权，徐妈说哦了。然后问他在干嘛，竟然在写代码。可怕的 95 后啊~~~~
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今天我们来放松下心情，不聊分布式，云原生，来聊一聊初学者接触的最多的 java web 基础。几乎所有人都是从 servlet，jsp，filter 开始编写自己的第一个 hello world 工程。那时，还离不开 `web.xml` 的配置，在 xml 文件中编写繁琐的 servlet 和 filter 的配置。随着 spring 的普及，配置逐渐演变成了两种方式 —— java configuration 和 xml 配置共存。现如今，springboot 的普及，java configuration 成了主流，xml 配置似乎已经“灭绝”了。不知道你有没有好奇过，这中间都发生了哪些改变，web.xml 中的配置项又是被什么替代项取代了？
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[](http://kirito.iocoder.cn/servlet.png)servlet
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# 1. Servlet 3.0 以前的时代
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为了体现出整个演进过程，还是来回顾下 n 年前我们是怎么写 servlet 和 filter 代码的。
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项目结构（本文都采用 maven 项目结构）
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```
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├── pom.xml
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├── src
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├── main
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│ ├── java
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│ │ └── moe
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│ │ └── cnkirito
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│ │ ├── filter
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│ │ │ └── HelloWorldFilter.java
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│ │ └── servlet
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│ │ └── HelloWorldServlet.java
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│ └── resources
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│ └── WEB-INF
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│ └── web.xml
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└── test
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└── java
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public class HelloWorldServlet extends HttpServlet {
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@Override
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protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
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resp.setContentType("text/plain");
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PrintWriter out = resp.getWriter();
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out.println("hello world");
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}
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}
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public class HelloWorldFilter implements Filter {
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@Override
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public void init(FilterConfig filterConfig) throws ServletException {
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}
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@Override
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public void doFilter(ServletRequest servletRequest, ServletResponse servletResponse, FilterChain filterChain) throws IOException, ServletException {
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System.out.println("触发 hello world 过滤器...");
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filterChain.doFilter(servletRequest,servletResponse);
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}
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@Override
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public void destroy() {
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}
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}
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```
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别忘了在 `web.xml` 中配置 servlet 和 filter 。
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```
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<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
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<web-app xmlns="http://java.sun.com/xml/ns/javaee"
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xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
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xsi:schemaLocation="http://java.sun.com/xml/ns/javaee
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http://java.sun.com/xml/ns/javaee/web-app_4_0.xsd"
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version="4.0">
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<servlet>
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<servlet-name>HelloWorldServlet</servlet-name>
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<servlet-class>moe.cnkirito.servlet.HelloWorldServlet</servlet-class>
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</servlet>
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<servlet-mapping>
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<servlet-name>HelloWorldServlet</servlet-name>
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<url-pattern>/hello</url-pattern>
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</servlet-mapping>
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<filter>
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<filter-name>HelloWorldFilter</filter-name>
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<filter-class>moe.cnkirito.filter.HelloWorldFilter</filter-class>
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</filter>
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||
<filter-mapping>
|
||
<filter-name>HelloWorldFilter</filter-name>
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||
<url-pattern>/hello</url-pattern>
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</filter-mapping>
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</web-app>
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```
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这样，一个 java web hello world 就完成了。当然，本文不是 servlet 的入门教程，只是为了对比。
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# 2. Servlet 3.0 新特性
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[](http://kirito.iocoder.cn/servlet_3.0.jpg)servlet_3.0
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Servlet 3.0 作为 Java EE 6 规范体系中一员，随着 Java EE 6 规范一起发布。该版本在前一版本（Servlet 2.5）的基础上提供了若干新特性用于简化 Web 应用的开发和部署。其中一项新特性便是提供了无 xml 配置的特性。
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servlet3.0 首先提供了 `@WebServlet` ，`@WebFilter` 等注解，这样便有了抛弃 `web.xml` 的第一个途径，凭借注解声明 servlet 和 filter 来做到这一点。
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除了这种方式，servlet3.0 规范还提供了更强大的功能，可以在运行时动态注册 servlet ，filter，listener。以 servlet 为例，过滤器与监听器与之类似。ServletContext 为动态配置 Servlet 增加了如下方法：
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- ServletRegistration.Dynamic addServlet(String servletName,Class<? extends Servlet> servletClass)
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- ServletRegistration.Dynamic addServlet(String servletName, Servlet servlet)
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- ServletRegistration.Dynamic addServlet(String servletName, String className)
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- T createServlet(Class clazz)
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- ServletRegistration getServletRegistration(String servletName)
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- Map<String,? extends ServletRegistration> getServletRegistrations()
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其中前三个方法的作用是相同的，只是参数类型不同而已；
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通过 `#createServlet(Class clazz)` 方法创建的 Servlet，通常需要做一些自定义的配置，然后使用 `#addServlet(...)` 方法来将其动态注册为一个可以用于服务的 Servlet。
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两个 `#getServletRegistration()` 方法主要用于动态为 Servlet 增加映射信息，这等价于在 `web.xml` 中使用 标签为存在的 Servlet 增加映射信息。
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以上 ServletContext 新增的方法：
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- 要么是在 `javax.servlet.ServletContextListener` 的 `#contextInitialized(ServletContextEvent sce)` 方法中调用。
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- 要么是在 `javax.servlet.ServletContainerInitializer` 的 `#onStartup(Set<Class<?>> c, ServletContext ctx)` 方法中调用。
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ServletContainerInitializer 也是 Servlet 3.0 新增的一个接口，容器在启动时使用 JAR 服务 API(JAR Service API) 来发现 ServletContainerInitializer 的实现类，并且容器将 `WEB-INF/lib` 目录下 JAR 包中的类都交给该类的 `#onStartup(...)` 方法处理，我们通常需要在该实现类上使用 `@HandlesTypes` 注解来指定希望被处理的类，过滤掉不希望给 `#onStartup(...)` 处理的类。
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一个典型的 servlet3.0+ 的 web 项目结构如下：
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```
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├── pom.xml
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└── src
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├── main
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│ ├── java
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│ │ └── moe
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│ │ └── cnkirito
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│ │ ├── CustomServletContainerInitializer.java
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│ │ ├── filter
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│ │ │ └── HelloWorldFilter.java
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│ │ └── servlet
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│ │ └── HelloWorldServlet.java
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│ └── resources
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│ └── META-INF
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│ └── services
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│ └── javax.servlet.ServletContainerInitializer
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└── test
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└── java
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```
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我并未对 HelloWorldServlet 和 HelloWorldFilter 做任何改动，而是新增了一个 CustomServletContainerInitializer ,它实现了 `javax.servlet.ServletContainerInitializer` 接口，用来在 web 容器启动时加载指定的 servlet 和 filter，代码如下：
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```
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public class CustomServletContainerInitializer implements ServletContainerInitializer {
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private final static String JAR_HELLO_URL = "/hello";
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@Override
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public void onStartup(Set<Class<?>> c, ServletContext servletContext) {
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System.out.println("创建 helloWorldServlet...");
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ServletRegistration.Dynamic servlet = servletContext.addServlet(
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HelloWorldServlet.class.getSimpleName(),
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HelloWorldServlet.class);
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servlet.addMapping(JAR_HELLO_URL);
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System.out.println("创建 helloWorldFilter...");
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FilterRegistration.Dynamic filter = servletContext.addFilter(
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HelloWorldFilter.class.getSimpleName(), HelloWorldFilter.class);
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EnumSet<DispatcherType> dispatcherTypes = EnumSet.allOf(DispatcherType.class);
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dispatcherTypes.add(DispatcherType.REQUEST);
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dispatcherTypes.add(DispatcherType.FORWARD);
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filter.addMappingForUrlPatterns(dispatcherTypes, true, JAR_HELLO_URL);
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}
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}
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```
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对上述代码进行一些解读。ServletContext 我们称之为 servlet 上下文，它维护了整个 web 容器中注册的 servlet，filter，listener，以 servlet 为例，可以使用 `servletContext.addServlet` 等方法来添加 servlet。而方法入参中 `Set<Class<?>> c` 和 `@HandlesTypes` 注解在 demo 中我并未使用，感兴趣的朋友可以 debug 看看到底获取了哪些 class ，一般正常的流程是使用 `@HandlesTypes` 指定需要处理的 class，而后对 `Set<Class<?>>` 进行判断是否属于该 class，正如前文所言，`#onStartup(...)` 会加载不需要被处理的一些 class。
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这么声明一个 ServletContainerInitializer 的实现类，web 容器并不会识别它，所以，需要借助 SPI 机制来指定该初始化类，这一步骤是通过在项目路径下创建 `META-INF/services/javax.servlet.ServletContainerInitializer` 来做到的，它只包含一行内容：
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```
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moe.cnkirito.CustomServletContainerInitializer
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```
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使用 ServletContainerInitializer 和 SPI 机制，我们的 web 应用便可以彻底摆脱 `web.xml` 了。
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# 3. Spring 是如何支持 Servlet 3.0 的？
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回到我们的 spring 全家桶，可能已经忘了具体是什么时候开始不写 web.xml 了，我只知道现在的项目已经再也看不到它了，spring 又是如何支持 servlet3.0 规范的呢？
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寻找 spring 中 ServletContainerInitializer 的实现类并不困难，可以迅速定位到 `org.springframework.web.SpringServletContainerInitializer` 该实现类。
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```
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@HandlesTypes(WebApplicationInitializer.class)
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public class SpringServletContainerInitializer implements ServletContainerInitializer {
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@Override
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public void onStartup(Set<Class<?>> webAppInitializerClasses, ServletContext servletContext)
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throws ServletException {
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List<WebApplicationInitializer> initializers = new LinkedList<WebApplicationInitializer>();
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if (webAppInitializerClasses != null) {
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for (Class<?> waiClass : webAppInitializerClasses) {
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// Be defensive: Some servlet containers provide us with invalid classes,
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// no matter what @HandlesTypes says...
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// <1>
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if (!waiClass.isInterface() && !Modifier.isAbstract(waiClass.getModifiers()) &&
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WebApplicationInitializer.class.isAssignableFrom(waiClass)) {
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try {
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initializers.add((WebApplicationInitializer) waiClass.newInstance());
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}
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catch (Throwable ex) {
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throw new ServletException("Failed to instantiate WebApplicationInitializer class", ex);
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}
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}
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}
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}
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if (initializers.isEmpty()) {
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servletContext.log("No Spring WebApplicationInitializer types detected on classpath");
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return;
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}
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servletContext.log(initializers.size() + " Spring WebApplicationInitializers detected on classpath");
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AnnotationAwareOrderComparator.sort(initializers);
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// <2>
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for (WebApplicationInitializer initializer : initializers) {
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initializer.onStartup(servletContext);
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}
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}
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}
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```
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查看其 java doc，描述如下：
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> Servlet 3.0 {@link ServletContainerInitializer} designed to support code-based configuration of the servlet container using Spring’s {@link WebApplicationInitializer} SPI as opposed to (or possibly in combination with) the traditional {@code web.xml}-based approach.
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注意我在源码中标注两个序号，这对于我们理解 spring 装配 servlet 的流程来说非常重要。
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- `<1>` 英文注释是 spring 源码中自带的，它提示我们由于 servlet 厂商实现的差异，onStartup 方法会加载我们本不想处理的 class，所以进行了特判。**另外，也要注意下 `@HandlesTypes(WebApplicationInitializer.class)` 注解**，如果厂商正确的实现 `@HandlesTypes` 的逻辑，传入的 `Set<Class<?>> webAppInitializerClasses` 都是 WebApplicationInitializer 对象。
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- `<2>` spring 与我们之前的 demo 不同，并没有在 SpringServletContainerInitializer 中直接对 servlet 和 filter 进行注册，而是委托给了一个陌生的类 `org.springframework.web.WebApplicationInitializer` 。WebApplicationInitializer 类便是 spring 用来初始化 web 环境的委托者类，它通常有三个实现类：
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[](http://kirito.iocoder.cn/WebApplicationInitializer.png)WebApplicationInitializer
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你一定不会对 DispatcherServlet 感到陌生，`AbstractDispatcherServletInitializer#registerDispatcherServlet` 便是无 `web.xml` 前提下创建 DispatcherServlet 的关键代码。代码如下：
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// AbstractDispatcherServletInitializer.java
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@Override
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public void onStartup(ServletContext servletContext) throws ServletException {
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// 调用父类启动的逻辑
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super.onStartup(servletContext);
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// 注册 DispacherServlt
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registerDispatcherServlet(servletContext);
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}
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protected void registerDispatcherServlet(ServletContext servletContext) {
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// 获得 Servlet 名
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String servletName = getServletName();
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Assert.hasLength(servletName, "getServletName() must not return null or empty");
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// <1> 创建 WebApplicationContext 对象
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WebApplicationContext servletAppContext = createServletApplicationContext();
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Assert.notNull(servletAppContext, "createServletApplicationContext() must not return null");
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// <2> 创建 FrameworkServlet 对象
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FrameworkServlet dispatcherServlet = createDispatcherServlet(servletAppContext);
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Assert.notNull(dispatcherServlet, "createDispatcherServlet(WebApplicationContext) must not return null");
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dispatcherServlet.setContextInitializers(getServletApplicationContextInitializers());
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ServletRegistration.Dynamic registration = servletContext.addServlet(servletName, dispatcherServlet);
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if (registration == null) {
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throw new IllegalStateException("Failed to register servlet with name '" + servletName + "'. " +
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"Check if there is another servlet registered under the same name.");
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}
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registration.setLoadOnStartup(1);
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registration.addMapping(getServletMappings());
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registration.setAsyncSupported(isAsyncSupported());
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// <3> 注册过滤器
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Filter[] filters = getServletFilters();
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if (!ObjectUtils.isEmpty(filters)) {
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for (Filter filter : filters) {
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registerServletFilter(servletContext, filter);
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}
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}
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customizeRegistration(registration);
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}
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```
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- `<1>` 处，调用 `#createServletApplicationContext()` 方法，创建 WebApplicationContext 对象。代码如下：
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```
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// AbstractAnnotationConfigDispatcherServletInitializer.java
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@Override
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protected WebApplicationContext createServletApplicationContext() {
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AnnotationConfigWebApplicationContext context = new AnnotationConfigWebApplicationContext();
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Class<?>[] configClasses = getServletConfigClasses();
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if (!ObjectUtils.isEmpty(configClasses)) {
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context.register(configClasses);
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}
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return context;
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}
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```
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- 该方法由子类 AbstractAnnotationConfigDispatcherServletInitializer 重写，并且创建的 WebApplicationContext 的子类 AnnotationConfigWebApplicationContext 对象。
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- `<2>` 处，调用 `#createDispatcherServlet(WebApplicationContext servletAppContext)` 方法，创建 FrameworkServlet 对象。代码如下：
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```
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// AbstractDispatcherServletInitializer.java
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protected FrameworkServlet createDispatcherServlet(WebApplicationContext servletAppContext) {
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return new DispatcherServlet(servletAppContext);
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}
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```
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- 创建 FrameworkServlet 的子类 DispatcherServlet 对象。
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- 另外，比较有趣的是传入的 `servletAppContext` 方法参数，这就是该 DispatcherServlet 的 **Servlet WebApplicationContext 容器**啊。
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然后，我们可以去项目中寻找一下 `org.springframework:spring-web:version` 的依赖，它下面就存在一个 ServletContainerInitializer 的扩展，指向了 SpringServletContainerInitializer，这样只要在 servlet 3.0 环境下部署，spring 便可以自动加载进行初始化：
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[](http://kirito.iocoder.cn/F835D518-A725-40D9-84BA-6AC014DAE5A7.png)SpringServletContainerInitializer
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注意，上述这一切特性从 spring 3 就已经存在了，而如今 spring 5 已经伴随 springboot 2.0 一起发行了。
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# 666. 彩蛋
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因为有胖友可能不熟悉 Java SPI 机制，所以推荐阅读徐妈的 [《JAVA拾遗 —— 关于SPI机制》](https://www.cnkirito.moe/spi/) 。
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感谢徐妈给的这篇文章的授权，使我能够完美的进行偷懒，哈哈哈哈。
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文章可能信息量比较大，如果有疑问的地方，请在知识星球留言，我们一起讨论。 |