第五章 Spring框架

简介: Spring IOC(控制反转)通过工厂模式管理对象的创建与生命周期,DI(依赖注入)则让容器自动注入所需对象,降低耦合。常见注解如@Component、@Service用于声明Bean,@Autowired用于注入。Bean默认单例,作用域可通过@Scope配置,如prototype、request等。Spring通过三级缓存解决循环依赖问题,但构造函数循环依赖需用@Lazy延迟加载。AOP通过动态代理实现,用于日志、事务等公共逻辑。事务通过@Transactional实现,需注意异常处理及传播行为。

谈谈你对Spring IOC 与 DI的理解 ?

嗯,好的 ~

  • Spring的IOC,翻译过来,叫控制反转。 指的是在Spring中使用工厂模式,为我们创建了对象,并且将这些对象放在了一个容器中,我们在使用的时候,就不用每次都去new对象了,直接让容器为我们提供这些对象就可以了。 这就是控制反转的思想。
  • 而DI,翻译过来,叫依赖注入。 那刚才提到,现在对象已经交给容器管理了,那程序运行时,需要用到某个对象,此时就需要让容器给我们提供,这个过程呢,称之为依赖注入。

可能继续追问的问题:

  • 那如何将一个对象,讲给IOC容器管理呢?

那现在项目开发,都是基于Springboot构建的项目,所以呢,声明bean对象,我们只需要在对应的类上加上注解就可以了。 比如:

  • 如果是controller层,直接在类上加上 @Controller@RestController 注解。
  • 如果是service层,直接在类上加上 @Service 注解。
  • 如果是dao层,直接在类上加上 @Repository 注解。当然现在基本都是Mybatis 或 MybatisPlus,所以这个注解很少用了,都用的是 @Mapper 注解。
  • 如果是一些其他的工具类、配置类啊,我们可以通过 @Component@Configuration 来声明。
  • 那如何完成依赖注入操作呢 ?  依赖注入的方式比较多,我们可以使用构造函数注入 或 成员变量输入,也是使用对应的注解就可以了。常用的注解有两个:
  • @Autowired@Resource 注解。 那 @Autowired 默认是根据类型注入,而 @Resource 注解默认是根据名称注入。

Spring容器中的bean是线程安全的吗?

不是线程安全的。

针对于这个问题呢,首先我们知道spring容器的bean默认是单例的。 当多用户同时请求一个服务时,容器会给每一个请求分配一个线程,这时多个线程会并发执行该请求对应的业务逻辑,也就是bean对象的业务方法,那如果在业务方法中操作了共享的成员变量,那可能就会存在线程安全问题。

而在Spring框架中并没有对单例bean进行任何多线程的封装处理,关于单例bean的线程安全和并发问题需要我们自行去搞定。但实际上,大部分情况下Spring 的bean并没有可变的状态(比如Controller、Service、Dao),所以在某种程度上说Spring的单例bean是线程安全的。

如果说存在这种情况,那就需要开发人员自行保证线程安全。要么,通过编码保证线程安全,要么,设置bean的作用域为 prototype。

Spring Bean的作用域如何设置,常见的取值有哪些 ?

Spring Bean的作用域可以通过 @Scope 注解来设置。常见的取值如下:

  • singleton :这种bean范围是默认的,这种范围确保不管接受到多少个请求,每个容器中同一个名称的bean只有一个实例,也就是单例的 。
  • prototype :这种范围,表示非单例的。也就是说每一次用到的bean都是一个新的 。
  • request :同一个请求,使用的是同一个bean。会为每一个来自客户端的请求都创建一个实例,在请求完成以后, bean会失效并被垃圾回收器回收 。
  • session:与request 请求范围类似,确保每个session会话范围内,是同一个实例,在session过期后, bean会随之失效 。

虽然,bean作用域可以设置这些值,但是在项目开发中,绝大部分的bean都不会添加这个 @Scope 注解,也就是说默认都是用的是单例的bean。

Spring容器的bean什么时候初始化的?

嗯~ 这个得分情况来看哈。

  • 如果是单例的bean,默认是Spring容器启动的时候,就完成bean的初始化操作,那这是默认情况,我们可以通过 @Lazy 注解来延迟bean的初始化,延迟到第一次使用的时候。
  • 而如果是非单例的bean(也就是prototype),则是在每次使用这个bean的时候,都会重新实例化一个新的bean。

聊一聊Bean的生命周期 ?

额,这个详细的步骤还是挺多的,我之前看过一些源码,我就挑几个主要的步骤说一下,大概流程是这样的。


首先会通过一个非常重要的类,叫做BeanDefinition获取bean的定义信息,这里面就封装了bean的所有信息,比如,类的全路径,是否是延迟加载,是否是单例等这些信息。

  • 第一步在创建bean的时候,就是调用构造函数实例化bean。
  • 第二步是bean的依赖注入,比如一些set方法注入,像平时开发用的@Autowired都是这一步完成。
  • 第三步是处理Aware接口,如果某一个bean实现了Aware接口(包括BeanNameAware、BeanFactoryAware、ApplicationContextAware)就会重写方法执行。
  • 第四步是bean的后置处理器BeanPostProcessor的postProcessBeforeInitialization方法运行,这个是前置增强。
  • 第五步是初始化方法执行,比如实现了接口InitializingBean或者自定义了方法init-method标签或@PostContruct。
  • 第六步是执行了bean的后置处理器BeanPostProcessor的postProcessAfterInitialization方法运行,这个是前置增强主要是对bean进行增强,有可能在这里产生代理对象。
  • 到此,spring容器的bean已经创建完毕了,业务逻辑运行。
  • 最后一步是销毁bean,比如自定义的方法destroy-method或@PreDestroy执行。

聊一聊Spring中bean的循环依赖问题 ?

嗯,好的,首先我来解释一下循环依赖。

循环依赖其实就是循环引用,也就是两个或两个以上的bean互相持有对方,最终形成闭环,比如A依赖于B,B依赖于A。

循环依赖在spring中是允许存在,spring框架通过内部的三级缓存来解决了大部分的循环依赖问题。三级缓存,每一级缓存的作用如下:

①一级缓存:singletonObjects 单例池,缓存已经经历了完整的生命周期,已经初始化完成的bean对象

②二级缓存:earlySingletonObjects 缓存早期的bean对象(生命周期还没走完,半成品的bean)

③三级缓存:singletonFactories 缓存的是ObjectFactory,表示对象工厂,用来创建某个对象的(比如创建代理对象)

具体的流程大概是这个样子的 :

第一,先实例A对象,同时会创建ObjectFactory对象存入三级缓存singletonFactories

第二,A在初始化的时候需要B对象,这个走B的创建的逻辑

第三,B实例化完成,也会创建ObjectFactory对象存入三级缓存singletonFactories

第四,B需要注入A,通过三级缓存中获取ObjectFactory来生成一个A的对象同时存入二级缓存,这个是有两种情况,一个是可能是A的普通对象,另外一个是A的代理对象,都可以让ObjectFactory来生产对应的对象,这也是三级缓存的关键

第五,B通过从通过二级缓存earlySingletonObjects 获得到A的对象后可以正常注入,B创建成功,存入一级缓存singletonObjects

第六,回到A对象初始化,因为B对象已经创建完成,则可以直接注入B,A创建成功存入一次缓存singletonObjects

第七,二级缓存中的临时对象A清除

PS:如下代码、图示帮助理解:



@Component
public class A {
    @Autowired
    private B b;  
}
@Component
public class B {   
    @Autowired
    private A a;   
}

就比如A类中,需要依赖注入一个属性B; 而B类中,也需要依赖注入一个A属性。 那么当在实例化bean的时候就会出现如下现象:


A. 假设先获取到A的构造函数,然后通过构建函数创建A对象。

B. 然后A对象创建后,根据A的生命周期,还需要为其注入依赖的bean对象,A中依赖了B对象,所以此时会到一级缓存singletonObjects 单例池中查找B类对象的bean对象,拿来赋值给A对象的b属性。如果一级缓存(单例池)中,没有这个对象,紧接着就会去创建B对象。

C. 那么在创建B类的Bean的过程中,首先调用B类的构造函数,来创建B对象,然后接下来就要进行依赖注入,注入属性A,此时发现,一级缓存singletonObjects 单例池中并没有A类对应的B,那么此时,又会去创建类A这个bean。 此时,就出现了循环依赖。

那如何解决循环依赖呢? 要想打破上述的缓存,就需要一个中间人的参与,这个中间人就是二级缓存。


A类的Bean在创建过程中,在进行依赖注入之前,先把A的原始对象放入二级缓存(提早暴露,只要放到缓存了,其他Bean需要时就可以从缓存中拿了)。

放入缓存后,再进行依赖注入,此时A类的Bean依赖了B类的Bean,如果B类的Bean不存在,则需要创建B类的Bean,而创建B类的Bean的过程和A类一样,也是先创建一个B类的原始对象,然后把B类的原始对象提早暴露出来放入缓存中,然后在对B类的原始对象进行依赖注入A,此时能从二级缓存中拿到A类的原始对象(虽然是A类的原始对象,还不是最终的Bean),B类的原始对象依赖注入完了之后,B类的生命周期结束,那么A类的生命周期也能结束。

因为整个过程中,都只有一个A原始对象,所以对于B而言,就算在属性注入时,注入的是A原始对象,也没有关系,因为A原始对象在后续的生命周期中在堆中没有发生变化。

这样,就解决了循环依赖的问题。

如果我们在项目中使用了AOP,基于AOP为类生成了代理对象,此时,靠上述的两级缓存就解决不了循环依赖问题了,那这个时候就需要借助于第三级缓存 singletonFactories 来解决了。


A. singletonObjects : 一级缓存,缓存经过了完整生命周期的bean

B. earlySingletonObjects : 二级缓存,缓存原始对象,也就是半成品的bean

C. singletonFactories : 三级缓存,缓存的是一个ObjectFactory,主要用来去生成原始对象进行了AOP之后得到的代理对象,在每个Bean的生成过程中,都会提前暴露一个工厂,这个工厂可能用到,也可能用不到,如果没有出现循环依赖依赖本bean,那么这个工厂无用,本bean按照自己的生命周期执行,执行完后直接把本bean放入singletonObjects中即可,如果出现了循环依赖依赖了本bean,则另外那个bean执行ObjectFactory提交得到一个AOP之后的代理对象(如果有AOP的话,如果无需AOP,则直接得到一个原始对象)。

构造函数的循环依赖,三级缓存可以解决吗?

嗯~ 构造函数的循环依赖,三级缓存是解决不了的。

这是因为,由于bean的生命周期中,构造函数是第一个执行的,如果在执行构造函数的时候,发现依赖了另外一个bean,并且是循环依赖,spring框架是解决不了的,此时就需要我们手动解决,当然解决方案,也很简单,通过一个注解就搞定了, 就是 @Lazy 注解,通过这个注解实现延迟加载,什么时候需要对象,再进行bean对象的创建。

PS:下面代码,只为帮助理解和演示:

@Component
public class A {
    private B b;
    public A(@Lazy B b){
        System.out.println("A的构造函数执行了...")
        this.b = b;
    }
}
@Component
public class B {
    private A a;
    public B(A a){
        System.out.println("B的构造函数执行了...")
        this.a = a;
    }
}

什么是AOP ?

aop是面向切面编程,在spring中用于将那些与业务无关,但却对多个对象产生影响的公共行为和逻辑,抽取公共模块复用,降低耦合,一般像系统的公共日志记录,事务处理,权限的控制等都可以通过AOP来实现。

可能继续追问的问题:

1). 你们项目中有没有使用到AOP?

这个很多地方都用到了,比如我们当时在后台管理系统中,就是使用aop来记录了系统的操作日志、以及权限控制。那就来说一下,记录日志的操作思路吧。

主要思路是这样的,使用aop中的环绕通知 加上 基于注解@annotation 的切点表达式来实现的。

  • 首先,自定义了一个注解,比如叫 @Log,然后哪些操作需要记录日志,我们就在哪些方法上加上这个注解。
  • 然后再定义一个切面类,通过环绕通知,来获取原始方法在运行的各项信息,比如:类信息、方法信息、注解、请求方式、请求参数、当前操作人、操作时间、返回值等信息,全部记录下来,保存在数据库中。

当时,我们主要记录的是一些核心业务模块的增删改的操作日志,主要便于数据追踪。

2). AOP的底层是如何实现的?

SpringAOP的底层主要是通过动态代理技术实现的,主要是两种代理技术。一种是JDK的动态代理,而JDK的动态代理呢,有限制,只能针对于实现了接口的类做代理,所以,在spring中还有一种是Cglib动态代理,那Cglib动态代理呢,就没有这个限制。

3). JDK动态代理 与 Cglib动态代理有什么区别呢?

  • 限制不同。 JDK动态代理,要求被代理对象必须实现了接口才可以。 而Cglib动态代理,无论是否实现接口都可以(只要类不是final修饰即可)。
  • 代理对象不同。 JDK动态代理生成的代理对象,与被代理对象其实是实现了相同的接口,可以说是兄弟关系。 而Cglib动态代理生成的代理对象,其实是继承了被代理类,是基于继承体系的,所以是父子关系。 也正是因为此,所以Cglib不能为被final修饰的类做代理。

Spring中的事务是如何实现的?

spring实现的事务本质就是aop完成,对方法前后进行拦截,在执行方法之前开启事务,在执行完目标方法之后根据执行情况提交或者回滚事务。 而如果我们进行项目开发,不存在分布式事务问题,我们就可以直接使用Spring提供的@Transactional注解来控制事务即可。

可能继续发问的问题:

1). 在开发中,有没有遇到事务失效的场景 ?

在刚开始上班做项目时,遇到过,但是现在在做项目,写代码时,都会规避这些坑。 事务失效比较典型的场景呢就是:

  • 第一个,如果业务方法上try、catch处理,自己处理了异常,没有抛出,就会导致事务失效,所以一般处理了异常以后,别忘了抛出去就行。
  • 第二个,如果方法抛出检查异常,如果报错也会导致事务失效,因为默认spring事务管理只会针对于RuntimeException进行回滚。那这个呢,就可以在spring事务的注解上,就是@Transactional上配置rollbackFor属性为Exception.class,这样别管是什么异常,都会回滚事务。
  • 第三个,是我早期开发中遇到的一个,如果业务方法上不是public修饰的,也会导致事务失效。

嗯,就能想起来那么多

2). 什么是事务的传播行为 ?

Spring的事务传播行为,指的是两个被事务控制的方法,相互调用的过程中,到底是加入到已存在的事务,还是创建一个新的事务,控制的是这个事儿。 我们设置事务的传播行为,可以通过 @Transactional 注解的propagation属性来设置,可取值有很多啊,但是常见的就只有两个:

  • REQUIRED:也是默认值,表示如果没有事务,就新建一个事务,如果有事务,就加入到已存在的事务中。
  • REQIRES_NEW:表示需要一个新的事务,无论当前环境是否存在事务,都会开启一个新的事务。

PS: 下面伪代码,仅为了帮助理解:

@Service
public OrderServiceImpl implements OrderService {
    @Autowired
    private OrderMapper orderMapper;
    @Autowired
    private OrderLogService orderLogService;
    
    @Transactional
    public void submitOrder(Order order){
        try {
            //.... 订单数据处理
            //....
            orderMapper.insert(order);   //保存订单数据
        } finally {
            //.... 构造订单日志数据OrderLog
            orderLogService.insertLog(orderLog); //记录订单日志, 无论是否下单成功, 都需要记录
        }
    }
}
@Service
public OrderLogServiceImpl implements OrderLogService{
    @Autowired
    private OrderLogMapper orderLogMapper;
    
    @Transactional(propagation=Propagation.REQUIRES_NEW)
    public void insertLog(OrderLogorderLog){
        orderLogMapper.insert(orderLog)
    }
}

聊聊Spring框架中的常用注解 ?

额,这个就很多很多了。 我就分为这么几类,说一下吧。

第一类是:声明bean,有@Component、@Service、@Repository、@Controller

第二类是:依赖注入相关的,有@Autowired、@Qualifier、@Resourse

第三类是:设置作用域 @Scope

第四类是:spring配置相关的,比如@Configuration,@ComponentScan 和 @Bean

第五类是:跟aop相关做增强的注解 @Aspect,@Before,@After,@Around,@AfterReturning,@AfterThrowing,@Pointcut

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