Rails 应用的初始化过程

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2023-12-01

Rails 应用的初始化过程

本章节介绍了 Rails 4 应用启动的内部流程,适合有一定经验的Rails应用开发者阅读。

通过学习本章节，您会学到如下知识：

如何使用 rails server；
Rails应用初始化的时间序列；
Rails应用启动过程都用到哪些文件；
Rails::Server接口的定义和使用；

本章节通过介绍一个基于Ruby on Rails框架默认配置的 Rails 4 应用程序启动过程中的方法调用，详细介绍了每个调用的细节。通过本章节，我们将了解当你执行rails server命令启动你的Rails应用时，背后究竟都发生了什么。

提示：本章节中的路径如果没有特别说明都是指Rails应用程序下的路径。

提示：如果你想浏览Rails的源代码sourcecode，强烈建议您使用快捷键 t快速查找Github中的文件。

1 启动 !

我们现在准备启动和初始化一个Rails 应用。一个Rails 应用经常是以运行命令 rails console 或者 rails server 开始的。

1.1 `railties/bin/rails`

Rails应用中的 rails server命令是Rails应用程序所在文件中的一个Ruby的可执行程序，该程序包含如下操作：

version = ">= 0"
load Gem.bin_path('railties', 'rails', version)

如果你在Rails 控制台中使用上述命令，你将会看到载入railties/bin/rails这个路径。作为 railties/bin/rails.rb的一部分，包含如下代码：

require "rails/cli"

模块railties/lib/rails/cli 会调用Rails::AppRailsLoader.exec_app_rails方法.

1.2 `railties/lib/rails/app_rails_loader.rb`

exec_app_rails模块的主要功能是去执行你的Rails应用中bin/rails文件夹下的指令。如果当前文件夹下没有bin/rails文件，它会到父级目录去搜索，直到找到为止（Windows下应该会去搜索环境变量中的路径），在Rails应用程序目录下的任意位置(命令行模式下)，都可以执行rails的命令。

因为rails server命令和下面的操作是等价的：

$ exec ruby bin/rails server

1.3 `bin/rails`

文件railties/bin/rails包含如下代码：

#!/usr/bin/env ruby
APP_PATH = File.expand_path('../../config/application', __FILE__)
require_relative '../config/boot'
require 'rails/commands'

APP_PATH稍后会在rails/commands中用到。config/boot在这被引用是因为我们的Rails应用中需要config/boot.rb文件来载入Bundler,并初始化Bundler的配置。

1.4 `config/boot.rb`

config/boot.rb 包含如下代码:

# Set up gems listed in the Gemfile.
ENV['BUNDLE_GEMFILE'] ||= File.expand_path('../../Gemfile', __FILE__)

require 'bundler/setup' if File.exist?(ENV['BUNDLE_GEMFILE'])

在一个标准的Rails应用中的Gemfile文件会配置它的所有依赖项。config/boot.rb文件会根据ENV['BUNDLE_GEMFILE']中的值来查找Gemfile文件的路径。如果Gemfile文件存在，那么bundler/setup操作会被执行，Bundler执行该操作是为了配置Gemfile依赖项的加载路径。

一个标准的Rails应用会包含若干Gem包，特别是下面这些：

actionmailer
actionpack
actionview
activemodel
activerecord
activesupport
arel
builder
bundler
erubis
i18n
mail
mime-types
polyglot
rack
rack-cache
rack-mount
rack-test
rails
railties
rake
sqlite3
thor
treetop
tzinfo

1.5 `rails/commands.rb`

一旦config/boot.rb执行完毕，接下来要引用的是rails/commands文件，这个文件于帮助解析别名。在本应用中，ARGV 数组包含的 server项会被匹配：

ARGV << '--help' if ARGV.empty?

aliases = {
  "g"  => "generate",
  "d"  => "destroy",
  "c"  => "console",
  "s"  => "server",
  "db" => "dbconsole",
  "r"  => "runner"
}

command = ARGV.shift
command = aliases[command] || command

require 'rails/commands/commands_tasks'

Rails::CommandsTasks.new(ARGV).run_command!(command)

提示：如你所见，一个空的ARGV数组将会让系统显示相关的帮助项。

如果我们使用s缩写代替 server，Rails系统会从aliases中查找匹配的命令。

1.6 `rails/commands/command_tasks.rb`

当你键入一个错误的rails命令，run_command函数会抛出一个错误信息。如果命令正确，一个与命令同名的方法会被调用。

COMMAND_WHITELIST = %(plugin generate destroy console server dbconsole application runner new version help)

def run_command!(command)
  command = parse_command(command)
  if COMMAND_WHITELIST.include?(command)
    send(command)
  else
    write_error_message(command)
  end
end

如果执行server命令，Rails将会继续执行下面的代码：

def set_application_directory!
  Dir.chdir(File.expand_path('../../', APP_PATH)) unless File.exist?(File.expand_path("config.ru"))
end

def server
  set_application_directory!
  require_command!("server")

  Rails::Server.new.tap do |server|
    # We need to require application after the server sets environment,
    # otherwise the --environment option given to the server won't propagate.
    require APP_PATH
    Dir.chdir(Rails.application.root)
    server.start
  end
end

def require_command!(command)
  require "rails/commands/#{command}"
end

这个文件将会指向Rails的根目录（与APP_PATH中指向config/application.rb不同），但是如果没找到config.ru文件，接下来将需要rails/commands/server来创建Rails::Server类。

require 'fileutils'
require 'optparse'
require 'action_dispatch'
require 'rails'

module Rails
  class Server < ::Rack::Server

fileutils 和 optparse 是Ruby标准库中帮助操作文件和解析选项的函数。

1.7 `actionpack/lib/action_dispatch.rb`

动作分发(Action Dispatch)是Rails框架中的路径组件。它增强了路径，会话和中间件的功能。

1.8 `rails/commands/server.rb`

这个文件中定义的Rails::Server类是继承自Rack::Server类的。当Rails::Server.new被调用时，会在 rails/commands/server.rb中调用一个initialize方法：

def initialize(*)
  super
  set_environment
end

首先，super会调用父类Rack::Server中的initialize方法。

1.9 Rack: `lib/rack/server.rb`

Rack::Server会为所有基于Rack的应用提供服务接口，现在它已经是Rails框架的一部分了。

Rack::Server中的initialize 方法会简单的设置一对变量：

def initialize(options = nil)
  @options = options
  @app = options[:app] if options && options[:app]
end

在这种情况下，options 的值是 nil，所以在这个方法中相当于什么都没做。

当Rack::Server中的super方法执行完毕后。我们回到rails/commands/server.rb，此时此刻，Rails::Server对象会调用 set_environment 方法，这个方法貌似看上去什么也没干：

def set_environment
  ENV["RAILS_ENV"] ||= options[:environment]
end

事实上，options方法在这做了很多事情。Rack::Server 中的这个方法定义如下：

def options
  @options ||= parse_options(ARGV)
end

接着parse_options方法部分代码如下：

def parse_options(args)
  options = default_options

  # Don't evaluate CGI ISINDEX parameters.
  # http://www.meb.uni-bonn.de/docs/cgi/cl.html
  args.clear if ENV.include?("REQUEST_METHOD")

  options.merge! opt_parser.parse!(args)
  options[:config] = ::File.expand_path(options[:config])
  ENV["RACK_ENV"] = options[:environment]
  options
end

default_options方法的代码如下：

def default_options
  environment  = ENV['RACK_ENV'] || 'development'
  default_host = environment == 'development' ? 'localhost' : '0.0.0.0'

  {
    :environment => environment,
    :pid         => nil,
    :Port        => 9292,
    :Host        => default_host,
    :AccessLog   => [],
    :config      => "config.ru"
  }
end

ENV中没有REQUEST_METHOD项，所以我们可以忽略这一行。接下来是已经在 Rack::Server被定义好的opt_parser方法：

def opt_parser
  Options.new
end

这个方法已经在Rack::Server被定义过了，但是在Rails::Server 使用不同的参数进行了重载。他的 parse!方法如下：

def parse!(args)
  args, options = args.dup, {}

  opt_parser = OptionParser.new do |opts|
    opts.banner = "Usage: rails server [mongrel, thin, etc] [options]"
    opts.on("-p", "--port=port", Integer,
            "Runs Rails on the specified port.", "Default: 3000") { |v| options[:Port] = v }
  ...

这个方法为options建立一些配置选项，以便给Rails决定如何运行服务提供支持。initialize方法执行完毕后。我们将回到rails/server目录下，就是APP_PATH中的路径。

1.10 `config/application`

当require APP_PATH操作执行完毕后。config/application.rb 被载入了 (重新调用bin/rails中的APP_PATH), 在你的应用中，你可以根据需求对该文件进行配置。

1.11 `Rails::Server#start`

config/application载入后，server.start方法被调用了。这个方法定义如下：

def start
  print_boot_information
  trap(:INT) { exit }
  create_tmp_directories
  log_to_stdout if options[:log_stdout]

  super
  ...
end

private

  def print_boot_information
    ...
    puts "=> Run `rails server -h` for more startup options"
    ...
    puts "=> Ctrl-C to shutdown server" unless options[:daemonize]
  end

  def create_tmp_directories
    %w(cache pids sessions sockets).each do |dir_to_make|
      FileUtils.mkdir_p(File.join(Rails.root, 'tmp', dir_to_make))
    end
  end

  def log_to_stdout
    wrapped_app # touch the app so the logger is set up

    console = ActiveSupport::Logger.new($stdout)
    console.formatter = Rails.logger.formatter
    console.level = Rails.logger.level

    Rails.logger.extend(ActiveSupport::Logger.broadcast(console))
  end

这是Rails初始化过程中的第一次控制台输出。这个方法创建了一个INT中断信号，所以当你在服务端控制台按下CTRL-C键后，这将终止Server的运行。我们可以看到，它创建了tmp/cache,tmp/pids, tmp/sessions和tmp/sockets等目录。在创建和声明ActiveSupport::Logger之前，会调用 wrapped_app方法来创建一个Rake 应用程序。

super会调用Rack::Server.start 方法，该方法定义如下：

def start &blk
  if options[:warn]
    $-w = true
  end

  if includes = options[:include]
    $LOAD_PATH.unshift(*includes)
  end

  if library = options[:require]
    require library
  end

  if options[:debug]
    $DEBUG = true
    require 'pp'
    p options[:server]
    pp wrapped_app
    pp app
  end

  check_pid! if options[:pid]

  # Touch the wrapped app, so that the config.ru is loaded before
  # daemonization (i.e. before chdir, etc).
  wrapped_app

  daemonize_app if options[:daemonize]

  write_pid if options[:pid]

  trap(:INT) do
    if server.respond_to?(:shutdown)
      server.shutdown
    else
      exit
    end
  end

  server.run wrapped_app, options, &blk
end

上述Rails 应用有趣的部分在最后一行，server.run方法。它再次调用了wrapped_app方法(温故而知新)。

@wrapped_app ||= build_app app

这里的app方法定义如下：

def app
  @app ||= options[:builder] ? build_app_from_string : build_app_and_options_from_config
end
...
private
  def build_app_and_options_from_config
    if !::File.exist? options[:config]
      abort "configuration #{options[:config]} not found"
    end

    app, options = Rack::Builder.parse_file(self.options[:config], opt_parser)
    self.options.merge! options
    app
  end

  def build_app_from_string
    Rack::Builder.new_from_string(self.options[:builder])
  end

options[:config]中的值默认会从 config.ru 中获取，包含如下代码：

# This file is used by Rack-based servers to start the application.

require ::File.expand_path('../config/environment', __FILE__)
run <%= app_const %>

Rack::Builder.parse_file方法会从config.ru中获取内容，包含如下代码：

app = new_from_string cfgfile, config

...

def self.new_from_string(builder_script, file="(rackup)")
  eval "Rack::Builder.new {\n" + builder_script + "\n}.to_app",
    TOPLEVEL_BINDING, file, 0
end

Rack::Builder中的initialize方法会创建一个新的Rack::Builder实例，这是Rails应用初始化过程中主要内容。接下来config.ru中的require项config/environment.rb会继续执行：

require ::File.expand_path('../config/environment', __FILE__)

1.12 `config/environment.rb`

这是config.ru (rails server)和信使(Passenger)都要用到的文件，是两者交流的媒介。之前的操作都是为了创建Rack和Rails。

这个文件是以引用 config/application.rb开始的：

require File.expand_path('../application', __FILE__)

1.13 `config/application.rb`

这个文件需要引用config/boot.rb：

require File.expand_path('../boot', __FILE__)

如果之前在rails server中没有引用上述的依赖项，那么它将不会和信使(Passenger)发生联系。

现在，有趣的部分要开始了！

2 加载 Rails

config/application.rb中的下一行是这样的：

require 'rails/all'

2.1 `railties/lib/rails/all.rb`

本文件中将引用和Rails框架相关的所有内容：

require "rails"

%w(
  active_record
  action_controller
  action_view
  action_mailer
  rails/test_unit
  sprockets
).each do |framework|
  begin
    require "#{framework}/railtie"
  rescue LoadError
  end
end

这样Rails框架中的所有组件已经准备就绪了。我们将不会深入介绍这些框架的内部细节，不过强烈建议您去探索和发现她们。

现在，我们关心的模块比如Rails engines,I18n 和 Rails configuration 都已经准备就绪了。

2.2 回到 `config/environment.rb`

config/application.rb为Rails::Application定义了Rails应用初始化之后所有需要用到的资源。当config/application.rb 加载了Rails和命名空间后，我们回到config/environment.rb，就是初始化完成的地方。比如我们的应用叫‘blog’，我们将在rails/application.rb中调用Rails.application.initialize!方法。

2.3 `railties/lib/rails/application.rb`

initialize!方法部分代码如下：

def initialize!(group=:default) #:nodoc:
  raise "Application has been already initialized." if @initialized
  run_initializers(group, self)
  @initialized = true
  self
end

如你所见，一个应用只能初始化一次。初始化器通过在railties/lib/rails/initializable.rb中的run_initializers方法运行：

def run_initializers(group=:default, *args)
  return if instance_variable_defined?(:@ran)
  initializers.tsort_each do |initializer|
    initializer.run(*args) if initializer.belongs_to?(group)
  end
  @ran = true
end

run_initializers代码本身是有点投机取巧的，Rails在这里要做的是遍历所有的祖先，查找一个initializers方法，之后根据名字进行排序，并依次执行它们。举个例子，Engine类将调用自己和祖先中名为initializers的方法。

Rails::Application 类是在railties/lib/rails/application.rb定义的。定义了bootstrap, railtie和 finisher模块的初始化器。bootstrap的初始化器在应用被加载以前就预加载了。(类似初始化中的日志记录器)，finisher的初始化器则是最后加载的。railtie初始化器被定义在Rails::Application中，执行是在bootstrap和 finishers之间。

这些完成后，我们将回到Rack::Server 。

2.4 Rack: lib/rack/server.rb

上次我们离开的时候，app 方法代码如下：

def app
  @app ||= options[:builder] ? build_app_from_string : build_app_and_options_from_config
end
...
private
  def build_app_and_options_from_config
    if !::File.exist? options[:config]
      abort "configuration #{options[:config]} not found"
    end

    app, options = Rack::Builder.parse_file(self.options[:config], opt_parser)
    self.options.merge! options
    app
  end

  def build_app_from_string
    Rack::Builder.new_from_string(self.options[:builder])
  end

此时此刻，app是Rails 应用本身(中间件)。接下来就是Rack调用所有的依赖项了(提供支持的中间件)：

def build_app(app)
  middleware[options[:environment]].reverse_each do |middleware|
    middleware = middleware.call(self) if middleware.respond_to?(:call)
    next unless middleware
    klass = middleware.shift
    app = klass.new(app, *middleware)
  end
  app
end

必须牢记，Server#start最后一行中调用了build_app方法(被wrapped_app调用)了。接下来我们看看还剩下什么：

server.run wrapped_app, options, &blk

此时此刻，调用server.run 方法将依赖于你所用的Server类型。比如，如果你的Server是Puma，那么就会是下面这个结果：

...
DEFAULT_OPTIONS = {
  :Host => '0.0.0.0',
  :Port => 8080,
  :Threads => '0:16',
  :Verbose => false
}

def self.run(app, options = {})
  options  = DEFAULT_OPTIONS.merge(options)

  if options[:Verbose]
    app = Rack::CommonLogger.new(app, STDOUT)
  end

  if options[:environment]
    ENV['RACK_ENV'] = options[:environment].to_s
  end

  server   = ::Puma::Server.new(app)
  min, max = options[:Threads].split(':', 2)

  puts "Puma #{::Puma::Const::PUMA_VERSION} starting..."
  puts "* Min threads: #{min}, max threads: #{max}"
  puts "* Environment: #{ENV['RACK_ENV']}"
  puts "* Listening on tcp://#{options[:Host]}:#{options[:Port]}"

  server.add_tcp_listener options[:Host], options[:Port]
  server.min_threads = min
  server.max_threads = max
  yield server if block_given?

  begin
    server.run.join
  rescue Interrupt
    puts "* Gracefully stopping, waiting for requests to finish"
    server.stop(true)
    puts "* Goodbye!"
  end

end

我们没有深入到服务端配置的细节，因为这是我们探索Rails应用初始化过程之旅的终点了。

高层次的阅读将有助于您提高编写代码的水平，成为Rail开发高手。如果你想要知道更多，那么去读Rails的源代码将是你的不二选择。

Rails 应用的初始化过程

Rails 应用的初始化过程

1 启 动 !

1.1 railties/bin/rails

1.2 railties/lib/rails/app_rails_loader.rb

1.3 bin/rails

1.4 config/boot.rb

1.5 rails/commands.rb

1.6 rails/commands/command_tasks.rb

1.7 actionpack/lib/action_dispatch.rb

1.8 rails/commands/server.rb

1.9 Rack: lib/rack/server.rb

1.10 config/application

1.11 Rails::Server#start

1.12 config/environment.rb

1.13 config/application.rb

2 加载 Rails

2.1 railties/lib/rails/all.rb

2.2 回到 config/environment.rb

2.3 railties/lib/rails/application.rb

2.4 Rack: lib/rack/server.rb

1 启动 !

1.1 `railties/bin/rails`

1.2 `railties/lib/rails/app_rails_loader.rb`

1.3 `bin/rails`

1.4 `config/boot.rb`

1.5 `rails/commands.rb`

1.6 `rails/commands/command_tasks.rb`

1.7 `actionpack/lib/action_dispatch.rb`

1.8 `rails/commands/server.rb`

1.9 Rack: `lib/rack/server.rb`

1.10 `config/application`

1.11 `Rails::Server#start`

1.12 `config/environment.rb`

1.13 `config/application.rb`

2.1 `railties/lib/rails/all.rb`

2.2 回到 `config/environment.rb`

2.3 `railties/lib/rails/application.rb`