Spring框架核心技术解析

原创于 2025-08-05 11:04:05 发布 · 855 阅读

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📕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。

📙不定期分享高并发、高可用、高性能、微服务、分布式、海量数据、性能调优、云原生、项目管理、产品思维、技术选型、架构设计、求职面试、副业思维、个人成长等内容。

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，核心容器是其最基础的部分，它负责管理应用程序中的对象，即 Bean。Bean 是 Spring 容器创建和管理的对象，它们被注入到应用程序的其他部分。Spring 容器主要有两种类型：BeanFactory 和 ApplicationContext。

BeanFactory 是 Spring 容器的基础，它提供了基本的依赖注入功能。它负责实例化、配置和组装 Bean。BeanFactory 通过 XML 配置或注解来定义 Bean 的配置信息。

ApplicationContext 是 BeanFactory 的子接口，它提供了更多高级功能，如事件发布、国际化支持、资源加载等。ApplicationContext 通过 XML 配置或注解来定义 Bean 的配置信息，并且它还提供了对 Spring AOP 和数据访问的支持。

在 Spring 中，控制反转（IoC）和依赖注入（DI）是两个核心概念。IoC 是指将对象的创建和依赖关系的配置从应用程序代码中分离出来，由 Spring 容器来管理。DI 是 IoC 的实现方式，它允许 Spring 容器在运行时将依赖关系注入到 Bean 中。

Spring 的 Bean 生命周期管理是另一个重要的特性。Spring 容器负责创建、初始化、使用和销毁 Bean。Bean 的生命周期可以通过实现 BeanPostProcessor 接口来定制。

Bean 作用域定义了 Bean 的生命周期和共享方式。Spring 支持多种作用域，包括单例（Singleton）和原型（Prototype）。单例作用域意味着每个 Bean 实例在容器中只有一个实例，而原型作用域意味着每次请求都会创建一个新的 Bean 实例。

Spring 提供了多种方式来配置 Bean，包括 XML 配置、注解驱动开发、Java 配置等。XML 配置是通过 XML 文件来定义 Bean 的配置信息，而注解驱动开发是通过在类或方法上使用注解来定义 Bean 的配置信息。Java 配置是通过使用 @Configuration 注解的类来定义 Bean 的配置信息。

SpEL（Spring 表达式语言）是 Spring 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 中，面向切面编程（AOP）是一种编程范式，它允许将横切关注点（如日志记录、事务管理）与业务逻辑分离。切面（Aspect）是包含横切关注点的类，而连接点（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（Advice）是切面在连接点执行的动作，如 @Before、@After、@Around 等。

Spring 数据访问与集成提供了 JDBC 抽象和事务管理功能。JdbcTemplate 是 Spring 提供的一个 JDBC 抽象层，它简化了 JDBC 编程。事务管理可以通过声明式事务（@Transactional）或编程式事务来实现。

Spring Web 与 MVC 是 Spring 框架的一部分，它提供了构建 Web 应用程序所需的所有功能。DispatcherServlet 是 Spring MVC 的前端控制器，它负责处理 HTTP 请求并调用相应的控制器方法。控制器（@Controller、@RestController）负责处理请求并返回响应。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）用于解析视图名称并渲染视图。

Spring Boot 核心特性包括自动配置、起步依赖、嵌入式容器、配置文件、Profile 多环境配置、Actuator 应用监控、Spring Boot CLI 等。自动配置允许 Spring Boot 自动配置应用程序所需的依赖和配置，从而简化了开发过程。

Spring Cloud 微服务组件包括服务注册与发现、负载均衡、服务调用、熔断器、网关、配置中心、消息总线、链路追踪、分布式事务、安全与认证、监控与管理等。这些组件帮助开发者构建可扩展、可靠和可维护的微服务架构。

Spring Security 安全框架提供了身份认证、授权、表单登录与注销、OAuth2 协议支持、JWT、方法级安全、CSRF 防护等功能。

Spring 设计模式应用包括工厂模式、单例模式、代理模式、模板方法、观察者模式、适配器模式等。Spring 框架本身也使用了这些设计模式来提高代码的可维护性和可扩展性。

其他关键模块包括 Spring Messaging、Spring Integration、Spring Batch、Spring Session、Spring Cache 等。这些模块提供了消息传递、企业集成、批处理、分布式会话管理和缓存抽象等功能。

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执行。

内存模型与管理包括堆内存分区、方法区、直接内存等。堆内存分区包括新生代、老年代等。方法区用于存储类定义、静态变量等。直接内存用于直接访问本地内存。

垃圾回收机制包括 GC 算法、垃圾收集器、可达性分析算法、引用类型等。GC 算法包括标记-清除、复制、标记-整理、分代收集等。垃圾收集器包括 Serial、Parallel、CMS、G1、ZGC、Shenandoah 等。

类加载机制包括加载过程、双亲委派模型、自定义类加载器、类加载触发条件等。加载过程包括加载、链接、初始化等。双亲委派模型是一种类加载机制，它要求类加载器首先尝试从其父类加载器加载类，如果找不到，再尝试从自己的类加载器加载。

性能监控与调优包括 JVM 参数配置、工具使用、JIT 优化等。JVM 参数配置包括 -Xms、-Xmx、-XX 等。工具使用包括 jps、jstat、jmap、jstack、VisualVM 等。JIT 优化包括逃逸分析、方法内联等。

Spring Boot 核心机制包括自动配置原理、起步依赖、嵌入式容器、外部化配置等。自动配置原理是通过 @EnableAutoConfiguration 注解和 spring.factories 文件实现的。起步依赖是 Spring Boot 提供的依赖管理工具，它简化了依赖的添加和版本管理。嵌入式容器包括 Tomcat、Jetty、Undertow 等。

Spring Boot 特性包括 Actuator、条件注解、Spring Boot CLI 等。Actuator 提供了健康检查、Metrics 监控等功能。条件注解包括 @ConditionalOnClass、@ConditionalOnProperty 等。Spring Boot CLI 是 Spring Boot 的命令行工具，它允许开发者通过命令行启动和运行 Spring Boot 应用程序。

Web 开发包括 RESTful API 设计、参数绑定、全局异常处理、文件上传、拦截器、异常处理等。RESTful API 设计包括 @RestController、@RequestMapping 等。参数绑定包括 @RequestParam、@PathVariable、@RequestBody 等。全局异常处理包括 @ControllerAdvice、@ExceptionHandler 等。

数据访问包括 Spring Data JPA、MyBatis 集成、事务管理、多数据源配置等。Spring Data JPA 提供了 Repository 接口和 JPQL。MyBatis 集成包括 @MapperScan、动态 SQL。事务管理包括 @Transactional。多数据源配置包括 AbstractRoutingDataSource。

高级功能包括缓存抽象、消息队列集成、定时任务、安全控制等。缓存抽象包括 @Cacheable、Redis 集成。消息队列集成包括 JMS、RabbitMQ、Kafka。定时任务包括 @Scheduled。安全控制包括 Spring Security、OAuth2。

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、内存泄漏排查等。JVM 参数调优对 Spring Boot 性能影响包括堆内存设置、GC 策略选择等。类加载机制与 Spring Boot 自动配置包括 SPI 机制扩展等。内存泄漏排查包括 Spring Bean 生命周期与 JVM 堆分析等。

在 Spring MVC 中，基础架构组件包括 DispatcherServlet、HandlerMapping、HandlerAdapter、ViewResolver、HandlerInterceptor 等。DispatcherServlet 是 Spring MVC 的前端控制器，它负责处理 HTTP 请求并调用相应的控制器方法。HandlerMapping 用于匹配请求到控制器方法。HandlerAdapter 用于执行目标方法。ViewResolver 用于解析视图名称并渲染视图。HandlerInterceptor 用于拦截请求和响应。

注解驱动开发包括 @Controller、@RestController、@RequestMapping、@GetMapping、@PostMapping 等。@Controller 用于标记控制器类。@RestController 用于标记 RESTful 控制器类。@RequestMapping 用于将 HTTP 请求映射到控制器方法。@GetMapping、@PostMapping 等用于将 HTTP 请求映射到控制器方法。

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、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、校验框架等。数据绑定是指将请求参数绑定到控制器方法参数或模型属性。类型转换器用于将请求参数转换为特定类型。校验框架用于验证模型属性是否符合特定规则。

视图技术包括 JSP、Thymeleaf、FreeMarker、JSON 序列化、XML 处理等。JSP、Thymeleaf、FreeMarker 是模板引擎，用于渲染视图。JSON 序列化用于将对象转换为 JSON 格式。XML 处理用于解析和生成 XML 数据。

文件与异常处理包括文件上传、全局异常处理、HTTP 状态码控制等。文件上传是指上传文件到服务器。全局异常处理是指处理控制器方法抛出的异常。HTTP 状态码控制是指设置 HTTP 响应状态码。

RESTful 支持包括 HTTP 方法映射、HATEOAS、内容协商等。HTTP 方法映射是指将 HTTP 方法映射到控制器方法。HATEOAS 是超媒体驱动 API，它允许客户端通过超媒体链接导航到其他资源。内容协商是指根据请求头中的 Accept 头匹配响应内容类型。

异步处理包括 @Async 异步方法调用、DeferredResult、Callable、SSE 等。@Async 用于标记异步方法。DeferredResult 用于异步返回响应。Callable 用于异步执行任务。SSE 是服务器端事件，它允许服务器向客户端推送数据。

国际化与静态资源包括 LocaleResolver、静态资源映射、缓存控制等。LocaleResolver 用于处理多语言支持。静态资源映射用于映射静态资源路径。缓存控制用于设置缓存策略。

测试支持包括 MockMvc、TestContext 框架等。MockMvc 用于控制器单元测试。TestContext 框架用于集成测试。

在 Spring Cloud 中，服务注册与发现包括 Eureka、Nacos、Consul、Zookeeper 等。这些组件用于注册和发现服务实例。

服务调用与负载均衡包括 Ribbon、Spring Cloud LoadBalancer、OpenFeign、RestTemplate 等。这些组件用于调用服务实例并进行负载均衡。

服务容错与熔断包括 Hystrix、Resilience4j、Sentinel 等。这些组件用于处理服务调用失败和熔断机制。

网关与路由包括 Spring Cloud Gateway、Zuul 等。这些组件用于路由请求到相应的服务实例。

分布式配置中心包括 Spring Cloud Config、Nacos Config、Apollo 等。这些组件用于集中管理配置信息。

消息总线与事件驱动包括 Spring Cloud Bus、Spring Cloud Stream 等。这些组件用于处理消息和事件。

分布式链路追踪包括 Sleuth、Zipkin、SkyWalking 等。这些组件用于追踪分布式系统的请求路径。

分布式事务包括 Seata、AT/TCC/SAGA 模式、本地消息表等。这些组件用于处理分布式事务。

安全与认证包括 Spring Cloud Security、OAuth2、JWT、方法级安全、CSRF 防护等。这些组件用于处理身份认证和授权。

监控与管理包括 Spring Boot Actuator、Admin Server、Prometheus + Grafana 等。这些组件用于监控和管理微服务架构。

其他生态组件包括 Spring Cloud Function、Spring Cloud Kubernetes、Spring Cloud Task 等。这些组件提供了额外的功能和支持。

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、守护线程等。线程生命周期包括新建、就绪、运行、阻塞、终止等。线程创建方式包括继承 Thread、实现 Runnable/Callable 等。线程优先级用于控制线程的执行顺序。守护线程是服务线程，它不会阻塞应用程序的终止。

线程同步与锁包括 synchronized、volatile、Lock 接口、CAS、ThreadLocal 等。synchronized 用于方法同步或代码块同步。volatile 用于保证变量的可见性和禁止指令重排。Lock 接口提供了更灵活的锁操作。CAS 是 Compare-And-Swap 的缩写，它用于原子操作。ThreadLocal 用于存储线程局部变量。

并发工具类包括 CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore、Exchanger、Phaser 等。CountDownLatch 用于倒计数器。CyclicBarrier 用于循环栅栏。Semaphore 用于信号量。Exchanger 用于线程间数据交换。Phaser 用于阶段同步器。

线程池包括 Executor 框架、ThreadPoolExecutor、Executors 工具类、Fork/Join 框架等。Executor 框架提供了线程池的抽象。ThreadPoolExecutor 是线程池的具体实现。Executors 工具类提供了创建线程池的方法。Fork/Join 框架用于分治任务。

并发集合包括 ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList/CopyOnWriteArraySet、BlockingQueue、ConcurrentLinkedQueue 等。ConcurrentHashMap 是线程安全的哈希表。CopyOnWriteArrayList/CopyOnWriteArraySet 是线程安全的列表和集合。BlockingQueue 是线程安全的队列。ConcurrentLinkedQueue 是线程安全的链表。

异步编程包括 Future/FutureTask、CompletableFuture、Reactive 编程等。Future/FutureTask 用于异步执行任务并获取结果。CompletableFuture 提供了链式异步调用。Reactive 编程是异步编程的一种范式。

内存模型与 JMM 包括 Happens-Before 原则、指令重排序、内存屏障等。Happens-Before 原则用于保证操作的顺序。指令重排序是指令执行顺序的优化。内存屏障用于保证内存操作的顺序。

MyBatis 核心知识点包括基础架构、XML 映射配置、高级特性、关联查询、注解开发、整合与扩展、性能优化等。

基础架构包括 SqlSessionFactory、SqlSession、Mapper 接口绑定等。SqlSessionFactory 是工厂类，用于创建 SqlSession。SqlSession 是会话对象，用于执行 SQL 语句。Mapper 接口绑定是通过动态代理实现的。

XML 映射配置包括 CRUD 标签、参数传递、结果映射、动态 SQL 等。CRUD 标签包括 select、insert、update、delete。参数传递包括 #{}、${}。结果映射包括 resultMap、resultType。动态 SQL 包括 if、choose、foreach、trim。

高级特性包括一级缓存、二级缓存、延迟加载、插件机制等。一级缓存是 SqlSession 级别的缓存。二级缓存是 Mapper 级别的缓存。延迟加载是指延迟加载关联对象。插件机制是指通过拦截器来实现自定义功能。

关联查询包括一对一、一对多、多对多等。一对一是指一个实体关联另一个实体。一对多是指一个实体关联多个实体。多对多是指多个实体之间相互关联。

注解开发包括 @Select、@Insert、@Update、@Delete、@Results、@Result、@Param 等。@Select、@Insert、@Update、@Delete 用于定义 SQL 语句。@Results、@Result 用于定义结果映射。@Param 用于参数绑定。

整合与扩展包括 Spring 整合、分页插件、代码生成器等。Spring 整合是指将 MyBatis 与 Spring 框架集成。分页插件是指通过插件来实现分页功能。代码生成器是指通过代码生成器自动生成代码。

性能优化包括批量操作、SQL 优化、连接池配置等。批量操作是指批量执行 SQL 语句。SQL 优化是指优化 SQL 语句的执行效率。连接池配置是指配置连接池参数。

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、容器等。服务提供者是提供服务的组件。服务消费者是调用服务的组件。注册中心用于注册和发现服务实例。监控中心用于监控服务实例。容器用于管理服务实例。

核心配置包括 XML 配置、注解驱动、API 配置、属性配置等。XML 配置是指通过 XML 文件来定义服务提供者和服务消费者的配置信息。注解驱动是指通过注解来定义服务提供者和服务消费者的配置信息。API 配置是指通过 API 接口来定义服务提供者和服务消费者的配置信息。属性配置是指通过属性文件来定义服务提供者和服务消费者的配置信息。

注册中心实现包括 Zookeeper、Nacos、Redis、Multicast、Simple 等。Zookeeper、Nacos、Redis 是常用的注册中心实现。Multicast 是广播模式。Simple 是直连模式。

通信协议包括 Dubbo 协议、RMI 协议、Hessian 协议、HTTP/HTTPS 协议、gRPC 协议、WebService 协议等。Dubbo 协议是 Dubbo 默认的通信协议。RMI 协议是远程方法调用协议。Hessian 协议是一种轻量级的服务协议。HTTP/HTTPS 协议是超文本传输协议。gRPC 协议是一种高性能、跨语言的 RPC 协议。WebService 协议是一种基于 XML 的服务协议。

集群容错包括 Failover、Failfast、Failsafe、Failback、Forking、Broadcast 等。Failover 是失败自动切换。Failfast 是快速失败。Failsafe 是失败忽略。Failback 是失败自动恢复。Forking 是并行调用。Broadcast 是广播调用。

负载均衡策略包括 Random、RoundRobin、LeastActive、ConsistentHash 等。Random 是随机策略。RoundRobin 是轮询策略。LeastActive 是最少活跃调用策略。ConsistentHash 是一致性哈希策略。

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、权重调整、服务降级等。服务分组是指将服务实例分组。服务版本控制是指控制服务版本。多协议暴露是指支持多种通信协议。服务路由规则是指根据规则路由请求到相应的服务实例。动态配置中心是指动态更新配置信息。权重调整是指调整服务实例的权重。服务降级是指降低服务实例的响应时间。

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、熔断机制等。服务注册与发现是指注册和发现服务实例。健康检查是指检查服务实例的健康状态。集群容错是指处理服务实例的故障。限流策略是指限制请求的频率。熔断机制是指处理服务调用失败。

监控与运维包括 Dubbo Admin 控制台、服务调用统计、依赖关系图、QoS 运维命令等。Dubbo Admin 控制台是 Dubbo 的管理控制台。服务调用统计是指统计服务调用的数据。依赖关系图是指展示服务实例之间的依赖关系。QoS 运维命令是指用于监控和运维 Dubbo 的命令。

扩展机制包括 SPI 扩展点、Filter 拦截器链、RouterFactory、LoadBalance 接口等。SPI 扩展点是指通过 SPI 机制扩展功能。Filter 拦

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