Spring Boot Overview

Spring Boot 透過「設定優先於配置」(Convention over Configuration) 及其預設的 Starter 依賴，簡化了新 Spring 應用程式的開發。

Spring Boot 3.x

Three Stages

  flowchart TB
    S[listeners.starting 啟動開始]
    pEnv[prepareEnvironment 準備環境]
    pCtx[prepareContext 準備上下文]
    rCtx[refreshContext 刷新上下文]
    s[startup.started 啟動完成]
    r[ready App 準備就緒]
    F[failed 失敗]

    S ===>|準備環境變數| pEnv ===>|準備並設定上下文| pCtx ===>|刷新 Ctx|rCtx ====>|Context 啟動完成|s ===>|執行 Runners| r

    pEnv ---->|Error|F
    pCtx ---->|Error|F
    rCtx ---->|Error|F
    s ---->|Error|F
    r ---->|Error|F

Prepared (準備階段)

I. Constructor

public SpringApplication(ResourceLoader resourceLoader, Class<?>... primarySources) {
    //...
}

1. 判定 Application 類型

this.webApplicationType = WebApplicationType.deduceFromClasspath();

2. 使用 class SpringFactoriesLoader (SPI 機制) 載入 (META-INF/spring.factories) Key 所有可實例化之初始器與監聽器 (SpringApplicationRunListener 的子類別)

3. 設定所有 Application 事件監聽器

this.bootstrapRegistryInitializers = new ArrayList<>(getSpringFactoriesInstances(BootstrapRegistryInitializer.class));
setInitializers((Collection) getSpringFactoriesInstances(ApplicationContextInitializer.class));
setListeners((Collection) getSpringFactoriesInstances(ApplicationListener.class));

4. 從 StackFrame 中找出 App Main Class

this.mainApplicationClass = deduceMainApplicationClass();

II. Spring Application Instance.run

public ConfigurableApplicationContext run(String... args) {
    //...
    try {
        //...
    }
    catch (Throwable ex) {
        throw handleRunFailure(context, ex, listeners);
    }
    try {
        if (context.isRunning()) {
            listeners.ready(context, startup.ready());
        }
    }
    catch (Throwable ex) {
        throw handleRunFailure(context, ex, null);
    }
    return context;
}

1. Startup startup = Startup.create() : 記錄啟動效能與追蹤。
2. DefaultBootstrapContext bootstrapContext = createBootstrapContext();
   • 建立一個「引導上下文」，用於在初始階段緩存、共享或傳遞程式碼中所需的物件實例，供上下文關聯與設定。
   • 在正式 Spring Context 建立前用來共享物件。
3. configureHeadlessProperty(); : java.awt.headless 設定, default=true
4. • 獲取所有註冊於 SpringApplicationRunListener 的監聽器 (listeners)。
   • 發布 ApplicationStartingEvent，通知所有相關元件 (觀察者模式 Observer Pattern)。

SpringApplicationRunListeners listeners = getRunListeners(args);
listeners.starting(bootstrapContext, this.mainApplicationClass);

5. • 處理命令列參數。
   • 準備執行時的環境變數。
   • 印出 Banner。

ApplicationArguments applicationArguments = new DefaultApplicationArguments(args);
ConfigurableEnvironment environment = prepareEnvironment(listeners, bootstrapContext, applicationArguments);
Banner printedBanner = printBanner(environment);

Context Created (上下文建立)

1. 根據 Web App 類型建立 Application Context。

protected ConfigurableApplicationContext createApplicationContext() {
    return this.applicationContextFactory.create(this.webApplicationType);
}

2. 設定啟動過程的記錄器。

public void setApplicationStartup(ApplicationStartup applicationStartup) {
    this.applicationStartup = (applicationStartup != null) ? applicationStartup : ApplicationStartup.DEFAULT;
}

3. 準備 Context
   • postProcessApplicationContext() : 注入環境屬性 (properties)。
   • applyInitializers() : 執行在 Prepared 階段獲取的所有初始器 (ApplicationContextInitializer)。
   • listeners.contextPrepared(context) : 通知上下文準備完成。
   • bootstrapContext.close(context) : 關閉引導上下文。

private void prepareContext(DefaultBootstrapContext bootstrapContext, ConfigurableApplicationContext context,
        ConfigurableEnvironment environment, SpringApplicationRunListeners listeners,
        ApplicationArguments applicationArguments, Banner printedBanner) 

Refreshed Context (刷新上下文)

連結: SpringApplicationShutdownHook

private void refreshContext(ConfigurableApplicationContext context) {
    if (this.registerShutdownHook) {
        shutdownHook.registerApplicationContext(context);
    }
    refresh(context);
}

After Refreshed (刷新後處理)

afterRefresh(context, applicationArguments);

• 停止 Startup.create() 的啟動計時。

載入並執行 ApplicationRunner, CommandLineRunner

private void callRunners(ConfigurableApplicationContext context, ApplicationArguments args) 

啟動失敗處理

private RuntimeException handleRunFailure(ConfigurableApplicationContext context, Throwable exception,
			SpringApplicationRunListeners listeners) 

啟動時可擴充的擴充介面

參考: 這些 16 個 SpringBoot 擴充介面讓程式碼更優雅

• Spring 容器內 Bean 的生命週期

  flowchart TB
    ACIinit[ApplicationContextInitializer: void initialize]

    AACrf[AbstractApplicationContext: + void refresh]

    BDRPP-pPBDR[BeanDefinitionRegistryPostProcessor: void postProcessBeanDefinitionRegistry]

    BFPP[BeanFactoryPostProcessor: postProcessBeanFactory]

    IABPP-pPBI[InstantiationAwareBeanPostProcessor: postProcessBeforeInstantiation]

    SIABPP-dCC[SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor: determineCandidateConstructors]

    MBDPP-pPMBD[MergedBeanDefinitionPostProcessor: postProcessMergedBeanDefinition]

    IABPP-pPAI[InstantiationAwareBeanPostProcessor: postProcessAfterInstantiation]

    SIABPP-gEBR[SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor: getEarlyBeanReference]

    BFA-sBF[BeanFactoryAware: setBeanFactory]

    IABPP-pPPVs[InstantiationAwareBeanPostProcessor: postProcessProperties]

    ACAP-iAI[ApplicationContextAwareProcessor: invokeAwareInterfaces]

    BNA-sBN[BeanNameAware: setBeanName]

    IABPP-pPBInit[InstantiationAwareBeanPostProcessor: postProcessBeforeInitialization]

    PC[@PostConstruct]

    InitBean-aPpS[InitializingBean: afterPropertiesSet]

    IABPP-pPAInit[InstantiationAwareBeanPostProcessor: postProcessAfterInitialization]

    FB-gO[FactoryBean: getObject]

    SIS-aSI[SmartInitializingSingleton: afterSingletonsInstantiated]

    CLR-run[CommandLineRunner: run]

    ACIinit ---> AACrf ---> BDRPP-pPBDR ---> BFPP ---> IABPP-pPBI ---> SIABPP-dCC ---> MBDPP-pPMBD ---> IABPP-pPAI ---> SIABPP-gEBR ---> BFA-sBF ---> IABPP-pPPVs ---> ACAP-iAI ---> BNA-sBN ---> IABPP-pPBInit ---> PC --->  InitBean-aPpS ---> IABPP-pPAInit ---> FB-gO ---> SIS-aSI ---> CLR-run

• ApplicationContextInitializer

用於在 Spring Context refresh 之前進行設定的擴充介面。
通常用於在 SpringBoot 容器中調整 Properties
或是修改 ConfigurableApplicationContext。

public interface ApplicationContextInitializer<C extends ConfigurableApplicationContext> {

	/**
	 * Initialize the given application context.
	 * @param applicationContext the application to configure
	 */
	void initialize(C applicationContext);

}

Spring Bean Lifecycle

  flowchart TB
	c[Constructor]
	a[Autowired]
	p[PostConstruct]
	i[InitializingBean]
	app[ApplicationRunner]
	clr[CommandLineRunner]
	c --> a --> p --> i --> app --> clr

class & interface 的深度剖析

SpringApplicationShutdownHook

連結: Threads Related, AbstractApplicationContext

AbstractApplicationContext

負責在 destroyBeans() 之前關閉線程池與上下文資源。

1. 發布 class ContextClosedEvent 事件，在事件監聽中優雅關閉線程池。
2. 調用 interface Lifecycle - stop() 方法。

protected void doClose() {
    // 檢查是否需要執行關閉操作...
    if (this.active.get() && this.closed.compareAndSet(false, true)) {
        //...

        try {
            // 發布關閉事件
            publishEvent(new ContextClosedEvent(this)); // 步驟 1
        }
        catch (Throwable ex) {
            logger.warn("Exception thrown from ApplicationListener handling ContextClosedEvent", ex);
        }

        // 停止所有 Lifecycle beans，避免個別銷毀時的延遲。
        if (this.lifecycleProcessor != null) {
            try {
                this.lifecycleProcessor.onClose(); // 步驟 2
            }
            catch (Throwable ex) {
                logger.warn("Exception thrown from LifecycleProcessor on context close", ex);
            }
        }

        // 銷毀容器內緩存的所有單例 Beans。
        destroyBeans(); // 在銷毀 Beans 之前

        //...

        // 切換為不活躍狀態。
        this.active.set(false);
    }
}

ThreadPoolTaskExecutor

Spring 封裝此類別用於管理線程池。 在需要優雅關閉時，可以調用 destroy() 方法或是配置其生命週期。

@Component
public class ContextClosedHandler implements ApplicationListener<ContextClosedEvent> {

	@Autowired
	private ThreadPoolTaskExecutor threadPoolTaskExecutor;

	@Override
	public void onApplicationEvent(ContextClosedEvent event) {
		threadPoolTaskExecutor.destroy();
	}

	// ...
}

ExecutorConfigurationSupport

public void setWaitForTasksToCompleteOnShutdown(boolean waitForJobsToCompleteOnShutdown) {
    this.waitForTasksToCompleteOnShutdown = waitForJobsToCompleteOnShutdown;
}

public void setAwaitTerminationSeconds(int awaitTerminationSeconds) {
    this.awaitTerminationMillis = awaitTerminationSeconds * 1000L;
}

AbandonedRunException

Spring Boot 啟動 AOT 模式或是啟動時被異常中斷拋出的異常。

SpringBootExceptionReporter

• FailureAnalyzers

獲取啟動失敗後的 FailureAnalysis 解析。

• FailureAnalysisReporter

格式化列印失敗解析訊息。

Startup Steps

Events

Spring Framework vs Spring Boot

DTO Pattern (資料傳輸物件模式)

用於在不同層級（如 Controller 與 Service）之間傳遞資料，避免直接暴露資料庫實體（Entity）。

MultipartFile vs File

Glossary (術語表)

A

Actuator

Micrometer

Micrometer 作為各種監控系統的門面， 提供了一種與工具無關的介面來收集指標， 並將指標發布到我們的目標指標收集器。

  flowchart LR
	App[Application]
	M[Micrometer]
	subgraph Monitoring-System
	At[Atlas]
	CW[CloudWatch]
	Dg[Datagog]
	Pmt[Prometheus]
	end

	App --> M --> Monitoring-System

MeterRegistry & Meter

  classDiagram
	class MeterRegistry
	class CloudWatchMeterRegistry
	class PrometheusMeterRegistry
	
	class Meter
	<<interface>> Meter

	MeterRegistry ..>  Meter
	CloudWatchMeterRegistry --|> MeterRegistry
	PrometheusMeterRegistry --|> MeterRegistry

• Timer 用於測量短時間延遲以及此類事件的頻率。所有 Timer 的實作至少將總時間和事件計數作為獨立的時間序列報告。
• Counter 用於測量僅增加的數值。它們可用於計算服務的請求數、完成的任務數、發生的錯誤等。
• Gauge 表示一個既可以增加也可以減少的數值。Gauge 用於測量目前的 CPU 使用率、緩存大小、隊列中的消息數等值。
• DistributionSummary
• LongTaskTimer
• FunctionCounter
• FunctionTimer
• TimeGauge

Auto Configuration

exclude (排除自動配置)

@SpringBootApplication(exclude = {
       RedisAutoConfiguration.class,  
       DataSourceAutoConfiguration.class,  
       DataSourceTransactionManagerAutoConfiguration.class,  
       HibernateJpaAutoConfiguration.class  
})

B

C

ClassPathResource

• 靜態載入 Resource 資料夾中的資源

ClassPathResource resource = new ClassPathResource(file_location);  
  
try (InputStream is = resource.getInputStream();  
     InputStreamReader reader = new InputStreamReader(is)) {
     // ...
}

D

Deploy Externally Tomcat

• 修改 pom.xml

<packaging>war</packaging>

• 加入依賴 / 排除依賴 (擇一)

<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-tomcat</artifactId>  
    <scope>provided</scope>  
</dependency>

• public abstract class SpringBootServletInitializer implements WebApplicationInitializer
• 方式一

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

• 方式二

public class ServletInitializer extends SpringBootServletInitializer {
    @Override
    protected SpringApplicationBuilder configure(SpringApplicationBuilder builder) {
        // Application.class 是標有 @SpringBootApplication 註解的啟動類別
        return builder.sources(Application.class);
    }
}

E

Embedded Tomcat

連結:

• Java Keytool
• Spring Profiles

Redirect HTTP To HTTPS

No Spring Security

Way 1

• Use Both (同時支援)

Way 2

• HTTP to HTTPS (強制跳轉)

Way 3

• 指定路徑從 HTTP 跳轉至 HTTPS
• 使用 Interceptor

F

G

GraalVM

• GraalVM CLI
• GraalVM Glossary

Native image

是 GraalVM 中的一種技術，它可以將應用程式與其依賴的 Jar 檔預編譯成一個單獨的可執行二進制檔案。 此二進制檔案已針對特定的平台進行優化，不再依賴 Java 虛擬機運行。

與 JVM 部署的關鍵差異

• 應用程式的類別路徑 (classpath) 在建置時就已固定，無法更改。
• 沒有延遲類別載入 (lazy class loading)，所有編入執行檔的內容都會在啟動時載入記憶體。

Spring AOT Processing

Restrictions (限制)

• 類別路徑在建置時固定且完全定義。
• 定義於應用程式中的 Beans 不能在運行時更改：
  • 不支援 Spring @Profile 註解及其特定設定。
  • 不支援動態創建 Bean 的屬性 (例如 @ConditionalOnProperty)。
• 不支援 @Profile 註解與特定屬性配置。

處理程序將會產生

• Java 源代碼
• 字節碼 (用於動態代理等)
• GraalVM JSON 提示檔案:
  • 資源提示 (resource-config.json)
  • 反射提示 (reflect-config.json)
  • 序列化提示 (serialization-config.json)
  • Java 代理提示 (proxy-config.json)
  • JNI 提示 (jni-config.json)

H

I

J

Jackson

ObjectMapper

• SerializationFeature.WRITE_DATES_AS_TIMESTAMPS : 序列化時日期是否使用時間戳記；預設為 true (使用時間戳記)；設定為 false 可以將日期格式化為字串。
• SerializationFeature.FAIL_ON_EMPTY_BEANS: 序列化空物件時是否拋出異常；預設為 true。
• SerializationFeature.INDENT_OUTPUT : 是否格式化輸出；預設為 false。
• SerializationFeature.WRITE_NULL_MAP_VALUES : 是否序列化為 null 的鍵值對；預設為 true。
• DeserializationFeature.FAIL_ON_UNKNOWN_PROPERTIES : 反序列化時遇到未知屬性時，是否拋出異常；預設為 true。
• DeserializationFeature.READ_UNKNOWN_ENUM_VALUES_AS_NULL : 是否將未知列舉值反序列化為 null；預設為 false。
• DeserializationFeature.ACCEPT_EMPTY_STRING_AS_NULL_OBJECT : 是否將空字串反序列化為 null；預設為 false。
• JsonParser.Feature.ALLOW_COMMENTS : 是否允許 JSON 中帶有註解；預設為 false。
• JsonParser.Feature.ALLOW_UNQUOTED_FIELD_NAMES : 是否允許 JSON 中的欄位名稱不使用雙引號；預設為 false。
• setSerializationInclusion
  • JsonInclude.Include.NON_DEFAULT 屬性為預設值時不序列化。
  • JsonInclude.Include.ALWAYS 始終序列化。
  • JsonInclude.Include.NON_EMPTY 屬性為 空(或 “”) 或為 NULL 時不序列化。
  • JsonInclude.Include.NON_NULL 屬性為 NULL 時不序列化。

mapper.setSerializationInclusion(JsonInclude.Include.ALWAYS);

• readValue()

mapper.readValue(reader, new TypeReference<T>() {});

• Enable Pretty Print Json

DefaultPrettyPrinter dpp = new DefaultPrettyPrinter();
mapper.writerWithDefaultPrettyPrinter().writeValueAsString(data);

issues

Java 8 date/time type java.time.LocalDateTime not supported by default

• 解決方案

<dependency>  
    <groupId>com.fasterxml.jackson.datatype</groupId>  
    <artifactId>jackson-datatype-jsr310</artifactId>  
    <version>2.13.4</version>  
</dependency>

ObjectMapper mapper = new ObjectMapper().registerModule(new JavaTimeModule())

K

L

M

MultivaluedMap

• 鍵值對 Map。
• 每個鍵可以擁有 零個或多個值。

Multi-threading

• @EanbleAsync => 配置類別
• @Async => 方法

N

Executable JARs

O

P

Q

R

Reactive Web

S

Scheduling Tasks

Cron 表達式語法

• e.g. 秒 分 時 日 月 星期 年
• 每天 0:00 執行一次定時任務

 @Scheduled(cron = "0 0 0 * * ?") 
 public void testCron() {
	 logger.info("===cron: 時間:{}", dateFormat.format(new Date()));
}

• 每星期一 0:00 執行一次定時任務

 @Scheduled(cron = "0 0 0 ? * MON") 
 public void testCron() {
	 logger.info("===cron: 時間:{}", dateFormat.format(new Date()));
}

• 每月1號 0:00 執行一次定時任務

 @Scheduled(cron = "0 0 0 1 * ?") 
 public void testCron() {
	 logger.info("===cron: 時間:{}", dateFormat.format(new Date()));
}

T

Testing

• Testing Glossary
• JUnit & Mockito Annotations

Scope Dependencies

JUnit 5

• JUnit Platform + JUnit Jupiter + JUnit Vintage
• Vintage
  • 支援在 JUnit 5 平台上執行基於 JUnit 3 與 JUnit 4 的測試。

  flowchart BT
	subgraph TOP
	YT[Your Test]
	end
	subgraph junit5
	jja[junit-jupiter-api]
	jje[junit-jupiter-engine]
	end
	subgraph junit4
	j4[junit-4.12]
	jve[junit-vintage-engine]
	end
	subgraph totally_made-up_example
	ta[testing-api]
	te[testing-engine]
	end
	jpe[junit-platform-engine]
	jpl[junit-platform-launcher]
	IDE[Intellij IDEA, Eclipse, Apache, Gradle, etc.]		

	YT ---->|Written against| jja
	YT ----> j4
	YT ----> ta

	jve ----> j4
	jje ----> jja
	te ----> ta

	jve ----> jpe
	jje ---->|implements| jpe
	te ----> jpe

	jpl ---->|Discovers implements via ServiceLoader, Orchestrates execution| jpe

	IDE ---->|Use exclusively| jpl

JUnit 4

Spring Test

DataJpaTest

• 使用嵌入式記憶體資料庫 (H2)。
• 自動配置 Transaction, Auto Rollback。
  • 若想提交至 in-memory database, 標註 @Commit。

WebMvcTest

• MockMvcRequestBuilders
• MockMvcResultHandlers

單元測試中是否包含以下項目？

1. 監聽 HTTP 請求？ -> 否，因為單元測試不會評估 @PostMapping 及其相關屬性。
2. 反序列化輸入？ -> 否，因為 @RequestParam 與 @PathVariable 等註解不會被評估。
3. 驗證輸入？ -> 否，如果不依賴 Bean Validation，@Valid 註解將不被評估。
4. 調用業務邏輯？ -> 是，我們可以驗證 Mock 的業務邏輯是否以預期的參數被調用。
5. 序列化輸出？ -> 否，因為我們只能驗證輸出的 Java 物件，而非生成 HTTP 回應。
6. 轉換異常？ -> 我們可以檢查是否拋出了特定異常，但無法確認它是否被轉換為特定 JSON 或 HTTP 狀態碼。

AssertJ

• A fluent assertion library (流暢的斷言庫)。

Hamcrest

Mockito

JSONassert

JsonPath

Version Naming Scheme (版本命名慣例)

• BUILD-SNAPSHOT : 目前開發中的快照版本。
• M<number> : Milestone (里程碑) 版本，表示發布過程中的重大階段。
• RELEASE : 正式發布版。
• GA : General Availability，正式發布穩定商用版，代表該版本經過廣泛測試並建議在生產環境中使用。
• SNAPSHOT : 開發版，可以隨時被修改，不建議在生產環境中使用。
• RC<number> :
  • Release Candidate (發布候選版)，通常是正式發布前的最後一步。

Umbrella Projects (雨傘專案)

如 Spring Cloud 與 Spring Data，由多個獨立但相關的子專案組成。 每個 Release Train (發布列車) 都有一個特殊的名稱，而非單一版本號。

U

V

W

X

Y

Z