【Java高级篇】——第14篇：深入详解Spring框架基础

第14篇：深入详解Spring框架基础

Spring框架是Java企业级应用开发的事实标准，其核心思想是 控制反转（IoC） 和 面向切面编程（AOP）。本文将从Spring容器、Bean管理、依赖注入、AOP实现出发，结合配置方式演进与核心源码解析，系统剖析Spring框架的基础架构与核心机制。

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1. Spring生态全景

模块	核心功能	典型应用场景
Spring Core	IoC容器、Bean管理、资源加载	所有Spring应用的基础
Spring AOP	切面编程、动态代理	日志、事务等横切关注点
Spring MVC	Web层框架，支持RESTful开发	Web应用开发
Spring Data	统一数据访问抽象（JPA、MongoDB、Redis）	数据库操作
Spring Security	认证与授权框架	系统安全管控
Spring Boot	自动化配置、快速启动	微服务开发

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2. IoC容器与Bean管理

2.1 容器核心接口

• BeanFactory：基础容器接口，提供Bean的注册与获取（延迟初始化）
• ApplicationContext：扩展自BeanFactory，增加事件发布、国际化等企业级功能（立即初始化）

// 示例：ClassPathXmlApplicationContext使用
ApplicationContext context = 
    new ClassPathXmlApplicationContext("applicationContext.xml");
UserService userService = context.getBean(UserService.class);

2.2 Bean作用域

作用域类型	说明
singleton	默认作用域，容器中唯一实例
prototype	每次请求创建新实例
request	Web应用中每个HTTP请求一个实例
session	Web应用中每个用户会话一个实例
application	Web应用中ServletContext生命周期内唯一实例

配置示例：

<bean id="user" class="com.example.User" scope="prototype"/>

2.3 Bean生命周期

1. 实例化（Instantiation）
2. 属性填充（Population）
3. BeanNameAware接口回调
4. BeanFactoryAware接口回调
5. 前置初始化（BeanPostProcessor.postProcessBeforeInitialization）
6. 初始化方法（@PostConstruct、InitializingBean）
7. 后置初始化（BeanPostProcessor.postProcessAfterInitialization）
8. 销毁（@PreDestroy、DisposableBean）

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3. 依赖注入（DI）实现方式

3.1 注入类型对比

方式	优点	缺点
构造器注入	保证依赖不可变，避免NPE	参数较多时代码冗长
Setter注入	灵活性高，适合可选依赖	可能产生部分初始化的对象
字段注入	代码简洁	破坏封装性，测试困难

注解示例：

@Component
public class OrderService {
    // 构造器注入（推荐）
    private final UserService userService;
    public OrderService(UserService userService) {
        this.userService = userService;
    }

    // Setter注入
    private PaymentService paymentService;
    @Autowired
    public void setPaymentService(PaymentService paymentService) {
        this.paymentService = paymentService;
    }
}

3.2 自动装配模式

模式	说明
byType	根据类型自动装配（需确保类型唯一）
byName	根据Bean名称匹配属性名
constructor	类似byType，但应用于构造器参数
@Qualifier	指定具体Bean名称解决歧义

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4. AOP实现原理

4.1 核心概念

• 切面（Aspect）：横切关注点的模块化（如日志、事务）
• 连接点（Joinpoint）：程序执行点（方法执行、异常处理）
• 通知（Advice）：切面在连接点的动作（前置、后置、环绕等）
• 切点（Pointcut）：匹配连接点的表达式

4.2 JDK动态代理 vs CGLIB代理

特性	JDK动态代理	CGLIB代理
代理对象要求	必须实现接口	可代理普通类
性能	生成快，调用慢	生成慢，调用快
方法拦截	通过InvocationHandler接口	通过方法拦截器MethodInterceptor

配置强制使用CGLIB：

@Configuration
@EnableAspectJAutoProxy(proxyTargetClass = true)
public class AppConfig {}

4.3 AOP实战：日志切面

@Aspect
@Component
public class LogAspect {
    // 定义切点：所有Service层方法
    @Pointcut("execution(* com.example.service.*.*(..))")
    public void serviceLayer() {}
    
    // 前置通知
    @Before("serviceLayer()")
    public void logBefore(JoinPoint joinPoint) {
        String methodName = joinPoint.getSignature().getName();
        System.out.println("Method " + methodName + " starts");
    }
    
    // 环绕通知
    @Around("serviceLayer()")
    public Object logAround(ProceedingJoinPoint pjp) throws Throwable {
        long start = System.currentTimeMillis();
        Object result = pjp.proceed();
        long duration = System.currentTimeMillis() - start;
        System.out.println("Method executed in " + duration + "ms");
        return result;
    }
}

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5. 配置方式演进

5.1 XML配置（传统方式）

<!-- Bean定义 -->
<bean id="dataSource" class="com.zaxxer.hikari.HikariDataSource">
    <property name="jdbcUrl" value="${db.url}"/>
    <property name="username" value="${db.user}"/>
</bean>

<!-- AOP配置 -->
<aop:config>
    <aop:aspect ref="logAspect">
        <aop:pointcut id="serviceMethods" 
            expression="execution(* com.example.service.*.*(..))"/>
        <aop:before method="logBefore" pointcut-ref="serviceMethods"/>
    </aop:aspect>
</aop:config>

5.2 Java Config（现代方式）

@Configuration
@PropertySource("classpath:app.properties")
@ComponentScan("com.example")
@EnableAspectJAutoProxy
public class AppConfig {
    @Bean
    public DataSource dataSource(
        @Value("${db.url}") String url,
        @Value("${db.user}") String user) {
        HikariDataSource ds = new HikariDataSource();
        ds.setJdbcUrl(url);
        ds.setUsername(user);
        return ds;
    }
}

5.3 注解驱动（主流方式）

@Service
public class UserService {
    @Autowired
    private UserRepository userRepo;
    
    @Transactional
    public User createUser(User user) {
        return userRepo.save(user);
    }
}

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6. Spring核心源码解析

6.1 Bean创建流程

1. BeanDefinition加载：解析配置生成Bean定义
2. 实例化：通过反射或工厂方法创建对象
3. 属性填充：注入依赖的Bean
4. 初始化：调用初始化方法和BeanPostProcessor
5. 注册销毁方法：记录@PreDestroy方法

6. 循环依赖解决

• 三级缓存机制：
  1. singletonFactories（三级缓存，存放ObjectFactory）
  2. earlySingletonObjects（二级缓存，存放早期对象）
  3. singletonObjects（一级缓存，存放完整Bean）

处理流程：

1. A创建时将自己提前暴露到三级缓存
2. A填充属性时发现依赖B，触发B的创建
3. B填充属性时从三级缓存获取A的ObjectFactory
4. B完成初始化后，A继续完成属性填充和初始化

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7. 常见问题与解决方案

7.1 Bean注入失败排查

1. 检查@ComponentScan包路径是否正确
2. 确认Bean是否被正确标记（@Service/@Component）
3. 使用context.getBeanDefinitionNames()查看所有注册Bean
4. 检查是否存在多个同类型Bean导致歧义（使用@Qualifier解决）

7.2 事务失效场景

• 原因：
  • 非public方法使用@Transactional
  • 同一类内方法调用（未经过代理）
  • 异常类型未被捕获（默认只回滚RuntimeException）
• 解决：
  • 通过AopContext.currentProxy()获取代理对象
  • 配置rollbackFor属性

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8. 最佳实践与进阶建议

1. 配置规范：

   • 生产环境使用Java Config或注解驱动
   • 敏感信息（如密码）使用加密或外部化配置

2. 性能优化：

   • 合理设置Bean作用域（避免无意义的prototype）
   • 延迟初始化非关键Bean（@Lazy）

3. 学习路径：

   • 掌握Spring官方文档核心章节
   • 调试Spring源码（从BeanFactory入手）
   • 实践Spring Boot自动配置原理

附：Spring核心注解速查表

注解	作用	等效XML配置
@Component	通用组件声明	<bean class="..."/>
@Autowired	自动装配依赖	<property name ref="..."/>
@Configuration	标记配置类	<beans>...</beans>
@Bean	声明Bean定义	<bean id="...">
@Profile	环境特定配置激活	<beans profile="...">
@Enable*	模块功能开关（如@EnableCaching）	<cache:annotation-driven/>

通过深入理解Spring框架的核心机制，开发者能够构建松耦合、易维护的企业级应用，并为掌握Spring Boot、Spring Cloud等进阶技术奠定坚实基础。