Spring框架核心技术解析

📕我是廖志伟,一名Java开发工程师、《Java项目实战——深入理解大型互联网企业通用技术》(基础篇)(进阶篇)、(架构篇)、《解密程序员的思维密码——沟通、演讲、思考的实践》作者、清华大学出版社签约作家、Java领域优质创作者、优快云博客专家、阿里云专家博主、51CTO专家博主、产品软文专业写手、技术文章评审老师、技术类问卷调查设计师、幕后大佬社区创始人、开源项目贡献者。

📘拥有多年一线研发和团队管理经验,研究过主流框架的底层源码(Spring、SpringBoot、SpringMVC、SpringCloud、Mybatis、Dubbo、Zookeeper),消息中间件底层架构原理(RabbitMQ、RocketMQ、Kafka)、Redis缓存、MySQL关系型数据库、 ElasticSearch全文搜索、MongoDB非关系型数据库、Apache ShardingSphere分库分表读写分离、设计模式、领域驱动DDD、Kubernetes容器编排等。

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Java程序员廖志伟

💡在这个美好的时刻,笔者不再啰嗦废话,现在毫不拖延地进入文章所要讨论的主题。接下来,我将为大家呈现正文内容。

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在Spring框架中,核心容器是Spring应用的核心,它负责管理Bean的生命周期和依赖注入。IoC(控制反转)和DI(依赖注入)是Spring框架的两个核心概念,它们使得Spring能够实现松耦合的代码设计。

IoC的核心思想是将对象的创建和依赖关系的配置从代码中分离出来,由Spring容器来管理。在传统的编程模式中,对象通常是自己创建依赖的,而在IoC模式中,对象只需要声明它们需要的依赖,而具体的依赖对象则由Spring容器负责创建和注入。

依赖注入的实现方式主要有两种:构造器注入和设值注入。构造器注入是在创建对象时通过构造器参数直接注入依赖,而设值注入则是通过setter方法注入依赖。

Bean生命周期管理是Spring容器管理Bean的整个过程,包括Bean的创建、初始化、使用和销毁。Spring提供了多种初始化和销毁方法,如init-method和destroy-method,以及BeanPostProcessor接口,允许在Bean的生命周期中插入自定义逻辑。

Bean作用域定义了Bean的实例化方式,Spring支持多种作用域,包括单例(Singleton)和原型(Prototype)。单例作用域表示每个Spring容器中只有一个Bean实例,而原型作用域表示每次请求都会创建一个新的Bean实例。

BeanFactory是Spring框架中最早期的容器,它提供了基本的Bean生命周期管理和依赖注入功能。ApplicationContext是BeanFactory的子接口,它提供了更多的功能,如国际化支持、事件传播等。

注解驱动开发是Spring 3.0引入的特性,它允许开发者通过注解来配置Bean和依赖注入,而不是使用XML配置。常用的注解包括@Component、@Service、@Repository和@Autowired等。

Java配置是Spring 3.1引入的特性,它允许开发者使用Java代码来配置Spring容器,而不是使用XML配置。@Configuration注解用于标识配置类,@Bean注解用于定义Bean。

XML配置驱动是Spring框架的传统配置方式,通过XML文件来配置Bean和依赖注入。

SpEL(Spring表达式语言)是Spring框架提供的一种表达式语言,它可以用来在运行时动态地访问和操作对象属性、方法、集合等。

在Spring AOP(面向切面编程)中,切面(Aspect)是包含通知(Advice)和切点(Pointcut)的对象。通知是切面在特定时刻执行的动作,切点是匹配特定方法的条件。

连接点(Join Point)是程序执行过程中的特定点,如方法执行、异常抛出等。通知可以在连接点之前、之后或周围执行。

事务管理是Spring框架提供的一种机制,它允许开发者以声明式的方式管理事务。声明式事务可以通过@Transactional注解来实现,也可以通过编程式事务来实现。

事务传播机制定义了事务的边界,如REQUIRED、REQUIRES_NEW、SUPPORTS、MANDATORY、NOT_SUPPORTED和NEVER。

ORM集成是Spring框架提供的一种机制,它允许开发者使用JPA、Hibernate、MyBatis等ORM框架来操作数据库。

Spring Data是Spring框架提供的一种数据访问抽象层,它支持JPA、MongoDB、Redis等多种数据源。

在Spring Web与MVC中,DispatcherServlet是Spring MVC的前端控制器,它负责接收请求并调用相应的处理器。

控制器(@Controller、@RestController)是处理请求的组件,它负责接收请求、处理业务逻辑并返回响应。

请求映射(@RequestMapping、@GetMapping、@PostMapping)用于将HTTP请求映射到控制器方法。

视图解析(ViewResolver)用于解析逻辑视图名并返回相应的视图对象。

数据绑定(@RequestParam、@PathVariable、@RequestBody)用于将请求参数绑定到控制器方法的参数。

返回处理(@ResponseBody、ResponseEntity)用于将控制器方法的返回值转换为HTTP响应。

文件上传(MultipartFile)用于处理文件上传请求。

拦截器(HandlerInterceptor)用于在请求处理过程中拦截请求和响应。

异常处理(@ControllerAdvice、@ExceptionHandler)用于处理控制器抛出的异常。

Spring WebFlux是Spring框架提供的响应式Web框架,它支持异步和非阻塞的编程模型。

在Spring Boot中,自动配置(Auto-Configuration)是Spring Boot的核心特性之一。它允许Spring Boot自动配置应用程序所需的Bean和依赖。

起步依赖(Starter POMs)是Spring Boot提供的一组预定义的依赖,它们包含了构建应用程序所需的所有依赖。

嵌入式容器(Tomcat、Jetty、Undertow)是Spring Boot提供的内置Web服务器。

配置文件(application.properties / .yml)用于配置应用程序的属性。

Profile多环境配置允许应用程序根据不同的环境(开发、测试、生产等)加载不同的配置。

Actuator是Spring Boot提供的一种应用监控工具,它允许开发者监控和管理应用程序。

Spring Boot CLI是Spring Boot提供的命令行工具,它允许开发者使用命令行来启动和运行Spring Boot应用程序。

在Spring Cloud中,服务注册与发现(Eureka、Nacos、Consul、Zookeeper)允许服务实例注册到注册中心,并发现其他服务实例。

负载均衡(Ribbon、LoadBalancer)用于将请求分发到多个服务实例。

服务调用(OpenFeign、RestTemplate)允许服务实例调用其他服务实例。

熔断器(Hystrix、Resilience4j、Sentinel)用于防止系统雪崩。

网关(Zuul、Spring Cloud Gateway)用于路由和过滤请求。

配置中心(Config Server、Nacos Config)用于集中管理应用程序的配置。

消息总线(Bus)用于在分布式系统中传递消息。

链路追踪(Sleuth + Zipkin、SkyWalking)用于追踪分布式系统的请求路径。

分布式事务(Seata)用于跨多个服务的事务管理。

在Spring Security中,身份认证(Authentication)用于验证用户身份。

授权(Authorization)用于控制用户对资源的访问权限。

表单登录与注销、OAuth2协议支持、JWT(JSON Web Token)是Spring Security提供的安全机制。

方法级安全(@PreAuthorize)用于在方法级别上控制访问权限。

CSRF防护是Spring Security提供的一种防止跨站请求伪造的机制。

在Spring设计模式应用中,工厂模式(BeanFactory)用于创建对象实例。

单例模式(Bean作用域)用于确保一个类只有一个实例。

代理模式(AOP动态代理)用于在不修改原始类的情况下扩展其功能。

模板方法(JdbcTemplate、RestTemplate)用于简化代码编写。

观察者模式(ApplicationEvent)用于实现事件监听。

适配器模式(HandlerAdapter)用于适配不同的请求处理方式。

在Spring Messaging中,JMS集成允许应用程序使用JMS协议进行消息传递。

Spring Integration提供了企业集成模式,它允许应用程序集成不同的消息中间件。

Spring Batch提供了批处理功能,它允许应用程序批量处理数据。

Spring Session提供了分布式会话管理功能。

Spring Cache提供了缓存抽象,它允许应用程序使用不同的缓存技术。

在JVM(Java虚拟机)中,类加载子系统负责加载类定义到JVM中。

运行时数据区包括方法区、堆、虚拟机栈、本地方法栈和程序计数器。

执行引擎负责解释字节码或编译字节码为机器码。

本地方法接口(JNI)允许Java程序调用本地库。

内存模型与管理包括堆内存分区、方法区和直接内存。

内存溢出类型包括堆溢出、栈溢出和方法区溢出。

垃圾回收机制包括GC算法、垃圾收集器和可达性分析算法。

类加载机制包括加载过程、双亲委派模型和自定义类加载器。

性能监控与调优包括JVM参数配置、工具使用和JIT优化。

在Spring Boot中,核心机制包括自动配置原理、起步依赖、嵌入式容器和外部化配置。

Spring Boot特性包括Actuator、条件注解、Spring Boot CLI、自定义Starter开发和Web开发。

数据访问包括Spring Data JPA、MyBatis集成和事务管理。

高级功能包括缓存抽象、消息队列集成、定时任务和安全控制。

JVM与Spring Boot关联点包括JVM参数调优对Spring Boot性能影响、类加载机制与Spring Boot自动配置、内存泄漏排查和Spring Bean生命周期与JVM堆分析。

在Spring MVC中,基础架构组件包括DispatcherServlet、HandlerMapping、HandlerAdapter、ViewResolver、HandlerInterceptor。

注解驱动开发包括@Controller、@RestController、@RequestMapping、@GetMapping、@PostMapping、@RequestParam、@PathVariable、@RequestBody、@ResponseBody、ResponseEntity、@ModelAttribute、@SessionAttribute。

请求处理流程包括客户端请求进入DispatcherServlet、HandlerMapping匹配控制器方法、HandlerAdapter执行目标方法、ViewResolver解析逻辑视图名和渲染视图返回响应。

数据绑定与验证包括数据绑定、类型转换器和校验框架。

视图技术包括JSP、Thymeleaf、FreeMarker、JSON序列化和XML处理。

文件与异常处理包括文件上传、全局异常处理和HTTP状态码控制。

RESTful支持包括HTTP方法映射、HATEOAS和内容协商。

异步处理包括@Async异步方法调用、DeferredResult、Callable、SSE和Server-Sent Events。

国际化与静态资源包括LocaleResolver、静态资源映射和缓存控制。

测试支持包括MockMvc和TestContext框架。

在Spring Cloud中,服务注册与发现包括Eureka、Nacos、Consul、Zookeeper。

服务调用与负载均衡包括Ribbon、Spring Cloud LoadBalancer、OpenFeign和RestTemplate。

服务容错与熔断包括Hystrix、Resilience4j和Sentinel。

网关与路由包括Spring Cloud Gateway、Zuul、API路由规则、过滤器链和GlobalFilter、GatewayFilter。

分布式配置中心包括Spring Cloud Config、Nacos Config和Apollo。

消息总线与事件驱动包括Spring Cloud Bus、RabbitMQ/Kafka和Spring Cloud Stream。

分布式链路追踪包括Sleuth、Zipkin和SkyWalking。

分布式事务包括Seata、AT/TCC/SAGA模式和本地消息表。

安全与认证包括Spring Cloud Security、OAuth2、授权服务器/资源服务器、JWT和JSON Web Token。

监控与管理包括Spring Boot Actuator、Admin Server、Prometheus + Grafana和指标采集与可视化。

其他生态组件包括Spring Cloud Function、Spring Cloud Kubernetes和Spring Cloud Task。

在并发编程中,线程基础包括线程生命周期、线程创建方式、线程优先级、守护线程和线程同步与锁。

并发工具类包括CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore、Exchanger、Phaser和线程池。

并发集合包括ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList/CopyOnWriteArraySet、BlockingQueue和ConcurrentLinkedQueue。

异步编程包括Future/FutureTask、CompletableFuture、Reactive编程和Project Reactor、RxJava。

内存模型与JMM包括Happens-Before原则、指令重排序和内存屏障。

在MyBatis中,基础架构包括SqlSessionFactory、SqlSession和Mapper接口绑定。

XML映射配置包括CRUD标签、参数传递、结果映射和动态SQL。

高级特性包括一级缓存、二级缓存、延迟加载和插件机制。

关联查询包括一对一、一对多和多对多。

注解开发包括@Select、@Insert、@Update、@Delete、@Results、@Result、@Param和参数绑定。

整合与扩展包括Spring整合、分页插件和代码生成器。

性能优化包括批量操作、SQL优化和连接池配置。

在Dubbo中,基础架构包括服务提供者、服务消费者、注册中心、监控中心、容器和核心配置。

核心配置包括XML配置、注解驱动、API配置和属性配置。

注册中心实现包括Zookeeper、Nacos、Redis、Multicast和Simple。

通信协议包括Dubbo协议、RMI协议、Hessian协议、HTTP/HTTPS协议、gRPC协议和WebService协议。

集群容错包括Failover、Failfast、Failsafe、Failback、Forking和Broadcast。

负载均衡策略包括Random、RoundRobin、LeastActive和ConsistentHash。

服务治理包括服务分组、服务版本控制、多协议暴露、服务路由规则、动态配置中心和权重调整。

高可用机制包括服务注册与发现、健康检查、集群容错、限流策略和熔断机制。

监控与运维包括Dubbo Admin控制台、服务调用统计、依赖关系图、QoS运维命令和端口22222。

扩展机制包括SPI扩展点、Filter拦截器链、RouterFactory、LoadBalance接口和高级特性。

序列化框架包括Hessian2、Java原生序列化、JSON序列化和Kryo、FST、Protobuf。

生态整合包括Spring Boot Starter、Spring Cloud Alibaba集成、Metrics监控和分布式链路追踪。

在Zookeeper中,基础架构与角色包括分布式协调服务定位、集群角色和会话管理。

数据模型包括类似文件系统的层次化数据结构、ZNode节点类型、ZNode数据存储限制、ZNode路径唯一标识、ZNode版本控制和事务日志。

集群与一致性机制包括半数存活原则、ZAB协议、消息广播机制、崩溃恢复机制、全局数据一致性、原子更新操作和顺序执行请求。

监听与通知机制包括Watcher监听机制、Watcher注册方式和节点变更事件监听。

核心功能与应用场景包括统一命名服务、统一配置管理、集群管理、Master选举、分布式锁实现、队列管理和软负载均衡。

扩展与运维包括SPI扩展点、监控工具、高可用性设计和配置动态同步。

在RabbitMQ中,基础架构与核心组件包括Broker、Virtual Host、Connection、Channel、Exchange、Queue和Binding。

消息模型与协议包括AMQP协议、生产者与消费者模型、消息确认机制、消息持久化和消息属性。

Exchange类型与路由策略包括Direct Exchange、Fanout Exchange、Topic Exchange、Headers Exchange和默认Exchange。

消息可靠性保障包括事务机制、Confirm模式、Return机制、死信队列、TTL和消息/队列过期时间。

集群与高可用包括集群模式、镜像队列、负载均衡、联邦插件和Shovel插件。

高级特性包括RPC、优先级队列、延迟队列、消息追踪、流控机制和管理与监控。

管理与监控包括管理界面、命令行工具、Prometheus监控集成、日志分析和策略管理。

安全与权限包括用户角色、权限控制和SSL/TLS加密。

生态整合包括Spring AMQP、Spring Cloud Stream绑定、Kafka对比与选型和多语言客户端支持。

在RocketMQ中,基础架构组件包括NameServer、Broker、Producer、Consumer、Topic、Message Queue和Tag。

消息模型与消费包括集群消费模式、广播消费模式、Push消费模式、Pull消费模式、顺序消息、延时消息、事务消息和半消息机制。

存储与高可用机制包括CommitLog顺序写盘、ConsumeQueue逻辑队列索引、IndexFile哈希索引、同步刷盘/异步刷盘、主从复制、DLedger集群和Broker高可用部署。

消息可靠性保障包括消息重试机制、死信队列、Confirm机制、Return机制和消息/队列过期时间。

负载均衡与路由包括队列负载策略、Producer负载均衡、Consumer负载均衡、消息路由规则和消息过滤机制。

高级特性包括批量消息发送、消息轨迹追踪、消息过滤机制、零拷贝技术和mmap。

集群与运维包括NameServer无状态集群、Broker水平扩展、监控工具、QoS流控机制和备份与恢复。

生态整合包括Spring Boot Starter、OpenTracing集成和多语言客户端。

在Kafka中,基础概念与架构包括Kafka定义、消息队列作用、发布-订阅模式、高吞吐量特性、Broker、Topic、Partition、Producer、Consumer、Consumer Group和Zookeeper。

消息模型与消费包括集群消费模式、广播消费模式、Push消费模式、Pull消费模式、顺序消息、事务消息和延时消息。

存储与文件机制包括Commit LogSegment Files、顺序写盘、零拷贝技术、文件清除策略和数据持久化。

生产者机制包括发送模式、分区策略、批量发送、确认机制和幂等性。

消费者机制包括偏移量、Rebalance机制、分区分配策略、Offset提交、指定时间消费、漏消费与重复消费处理。

高可用与可靠性包括副本机制、ISR、OSR、HW、LEO、Leader选举、脑裂问题处理和数据可靠性保证。

性能优化与负载均衡包括高效读写机制、负载均衡策略、分区数量优化和QoS流控。

集群与运维包括Broker集群节点服役与退役、监控工具、分区副本分配、Leader Partition自动平衡。

生态系统与高级功能包括Kafka Streams API、Connect API、Streams处理引擎、多语言客户端支持和消息轨迹追踪。

在Redis中,基础概念与特性包括Redis定义、单线程模型与IO多路复用、高性能读写、支持持久化、多语言客户端支持和应用场景。

核心数据结构包括String、Hash、List、Set、Sorted Set、BitMap、HyperLogLog、GEO和Stream。

持久化与高可用包括RDB、AOF、混合持久化、主从复制、哨兵模式和Cluster模式。

高级功能包括事务、Lua脚本、发布订阅、慢查询分析、内存淘汰策略、管道和分布式锁。

性能优化与安全包括连接池配置、大Key拆分、热Key处理、绑定IP与访问控制、密码认证和TLS加密传输。

典型问题解决方案包括缓存穿透、缓存击穿、缓存雪崩和双写一致性。

运维与监控包括内存碎片整理、性能指标监控、集群扩容与缩容、备份与恢复。

在MySQL中,基础概念与架构包括MySQL定义、关系型数据库特点、非关系型数据库对比、单线程模型与IO多路复用和整体架构。

SQL语言分类包括DDL、DML和DCL。

数据库管理操作包括创建数据库、删除数据库、选择数据库、备份数据库和还原数据库。

数据类型包括数值类型、字符串类型、日期时间类型、枚举与集合类型。

表操作与结构包括创建表、删除表、修改表结构和查看表结构。

查询操作包括基础查询、条件查询、排序查询、分页查询、聚合函数、分组查询、多表查询和子查询。

数据约束包括主键约束、外键约束、唯一约束、非空约束、默认值约束和自增约束。

高级特性与优化包括事务、索引机制、视图存储过程、触发器、性能优化技巧和慢查询分析。

存储引擎与集群包括InnoDB引擎特性、MyISAM引擎特性、主从复制和分片集群。

安全运维与管理包括用户权限管理、连接池配置、监控工具使用和内存管理策略。

在Elasticsearch中,基础概念与定位包括Elasticsearch定义、分布式搜索引擎、全文搜索引擎原理、核心术语和倒排索引机制。

核心架构与组件包括分布式架构、节点类型、分片机制、副本机制、集群健康状态和故障转移。

数据模型与存储包括JSON文档存储、索引、文档、字段、类型、映射、存储引擎和段文件。

查询与搜索机制包括全文搜索、实时索引与搜索、查询语法、聚合分析功能、语法分析和相关性打分。

高可用与可靠性包括副本高可用性、集群健康监控、脑裂问题处理、数据备份和容错机制。

高级功能与优化包括分析器、慢查询分析、部署调优、配置调优、DSL调优和内存管理。

生态系统与工具包括ELK Stack、Beats、RESTful API、Kibana可视化、多语言客户端支持和监控工具。

在MongoDB中,基础概念与特性包括MongoDB定义、灵活文档模型、无模式设计、高性能读写能力、水平扩展性和应用场景。

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Java程序员廖志伟

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MySQL使用Docker-Compose部署MySQL一主二从半同步复制高可用MHA集群Docker-Compose部署教程
Redis三主三从集群(三种方式部署/18个节点的Redis Cluster模式)三种部署方式教程
RocketMQDLedger高可用集群(9节点)部署指南
Nacos+Nginx集群+负载均衡(9节点)Docker部署方案
Kubernetes容器编排安装最全安装教程

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