【Spring框架】——原理篇

Spring框架核心解析

本文将深入探讨Spring框架中最为核心和常见的面试题，旨在帮助开发者构建系统性的知识体系，从容应对技术面试。内容如下：

一、Spring-单例Bean是线程安全的吗？

这是一个经典的面试题，答案是：默认情况下，Spring框架中的单例Bean不是线程安全的。

• 成员方法值是可变的，需要考虑线程安全
• 成员变量是没有线程安全的，因为他是无状态的类（service和DAO）,无状态就是判断这个成员变量能不能被修改，而他们不能被修改，所以没有线程安全。这是说明了在依赖注入时为什么推荐使用构造方法注入。
• 方法参数是局部局部变量，之后不会改变，使用没有线程安全的顾虑

原因分析： Spring的IoC容器默认会管理单例（Singleton）作用域的Bean。这意味着容器中每个Bean定义只存在一个共享的实例。当多个线程同时访问这个单例Bean时，如果该Bean包含可变的成员变量（状态），并且没有采取任何同步措施，就会发生线程安全问题（如数据覆盖、脏读、不可重复读等）。

示例：

@Service
public class UnsafeCounterService {private int count = 0; // 可变的状态public void increment() {count++; // 非原子操作，线程不安全}public int getCount() {return count;}
}

多个线程同时调用 increment() 方法会导致最终的 count 值小于预期。

如何保证线程安全？

1. 无状态Bean（首选方案）：将Bean设计为无状态的，即不包含任何可变的成员变量。所有操作都通过局部变量或参数来完成。这是最推荐的方式，因为无状态Bean本质就是线程安全的。
2. 使用同步机制：在方法或代码块上加 synchronized 关键字，或者使用 ReentrantLock。这会带来性能开销，且需要仔细设计锁的粒度。
3. 使用ThreadLocal：将可变状态封装到 ThreadLocal 中，这样每个线程都会拥有该变量的一个副本。适用于与线程绑定的数据（如用户会话信息）。
4. 改变Bean的作用域：将Bean的作用域改为 prototype（原型），这样每次请求都会创建一个新的实例，自然不存在共享问题。但这通常不是解决此类问题的最佳实践，因为它会创建大量对象，增加GC压力。

结论：Spring不负责处理单例Bean的线程安全问题，这需要开发者根据业务场景自行保证。编写无状态的Bean是最佳实践。

二、Spring-AOP场景

1. AOP的核心概念

增强（Advice），在Spring AOP的官方中文文档中常被直译为“通知”，但“增强”这个词更能体现其本质含义。

简单来说：增强就是你想要注入到目标类连接点（特定方法）上的那段“增强”功能的代码。

• Aspect（切面）：封装横切关注点的类，包含 Advice 和 Pointcut。
• Joinpoint（连接点）：程序执行过程中明确的点，如方法调用、异常抛出。在Spring AOP中，连接点总是代表方法的执行。
• Advice（通知）：切面在特定连接点执行的动作。类型包括：
  • @Before：前置通知
  • @AfterReturning：返回后通知
  • @AfterThrowing：异常通知
  • @After：后置通知（无论成功与否）
  • @Around：环绕通知（功能最强大，可以控制是否执行目标方法）
• Pointcut（切点）：匹配连接点的表达式，定义了通知何时被执行。
• Weaving（织入）：将切面应用到目标对象并创建代理对象的过程。

2. Spring AOP的实现原理 Spring AOP默认使用动态代理：

• 如果目标对象实现了接口，则使用 JDK 动态代理。
• 如果目标对象没有实现任何接口，则使用 CGLIB 字节码生成。

可以通过配置 @EnableAspectJAutoProxy(proxyTargetClass = true) 强制使用CGLIB。

3. AOP的应用场景

• 日志记录
• 事务管理（@Transactional 的本质就是AOP）
• 安全认证和授权
• 性能监控（方法执行时间）
• 全局异常处理
• 缓存

一、日志记录

1、comtroller类

2、aop类

3、自定义注解

二、事务管理

小结：

三、Spring-事务失效的场景

非检查异常:Runtime异常

事务失效是开发中常见的坑，主要场景如下：

1. 事务方法非public修饰：@Transactional 只能用于 public 方法上，应用于其他方法时，事务不会失效，但也不会报错。
2. 自调用（Same Class Invocation）：类内部的方法调用该类的事务方法，如 this.methodB()。这是因为事务基于代理，自调用绕过了代理对象。
   • 解决方案：注入自身的代理对象 @Autowired private MyService self; 然后调用 self.methodB()。
3. 异常被捕获未抛出：事务管理依赖于异常来回滚。如果在方法中捕获了异常 (try-catch) 却没有重新抛出 (throw new RuntimeException(e))，事务将不会回滚。
4. 抛出的异常类型错误：默认情况下，@Transactional 只在遇到运行时异常 (RuntimeException) 和错误 (Error) 时回滚。遇到受检异常 (Exception) 不会回滚。
   • 解决方案：使用 @Transactional(rollbackFor = Exception.class) 指定回滚的异常类型。
5. 数据源未配置事务管理器：必须配置 PlatformTransactionManager Bean（如 DataSourceTransactionManager），否则事务不生效。
6. 在非Spring管理的类中使用：例如，在普通的new出来的对象中使用 @Transactional 注解是无效的。
7. 数据库引擎不支持事务：如MySQL的MyISAM引擎不支持事务，需要改用InnoDB引擎。

四、Spring-Bean的生命周期

代码演示：

Spring Bean的生命周期非常复杂，但时主要掌握以下核心步骤：

1. 实例化（Instantiate）：通过构造器或工厂方法创建Bean实例。
2. 属性赋值（Populate）：为Bean的属性注入值（依赖注入）。
3. BeanPostProcessor前置处理：调用 BeanPostProcessor.postProcessBeforeInitialization() 方法。
4. 初始化（Initialize）：
   • 如果Bean实现了 InitializingBean 接口，则调用 afterPropertiesSet() 方法。
   • 如果Bean配置了自定义的 init-method（或 @PostConstruct 注解），则调用此方法。
5. BeanPostProcessor后置处理：调用 BeanPostProcessor.postProcessAfterInitialization() 方法（AOP代理对象通常在此阶段生成）。
6. Bean就绪：此时Bean已被完全初始化，存放在Spring容器中，可以被应用程序使用。
7. 销毁（Destroy）：
   • 容器关闭时，如果Bean实现了 DisposableBean 接口，则调用 destroy() 方法。
   • 如果配置了自定义的 destroy-method（或 @PreDestroy 注解），则调用此方法。

简化记忆：实例化 -> 属性填充 -> (前置处理) -> 初始化 -> (后置处理/AOP) -> 使用 -> 销毁

五、Spring-Bean的循环依赖（循环引用）

循环依赖是指两个或多个Bean相互持有对方，形成了闭环依赖。例如：A依赖B，B也依赖A。

Spring如何解决循环依赖？（基于三级缓存） Spring通过三级缓存机制巧妙地解决了单例Bean通过setter方法注入的循环依赖问题。

1. 三级缓存：

   • singletonObjects（一级缓存）：存放已经完全初始化好的单例Bean。
   • earlySingletonObjects（二级缓存）：存放提前曝光的、早期的Bean对象（已实例化但未初始化）。
   • singletonFactories（三级缓存）：存放Bean的ObjectFactory，用于生成早期引用。

2. 解决流程（以A和B循环依赖为例）：

   • 创建A，实例化A，将A的ObjectFactory放入三级缓存。
   • 为A注入属性时，发现需要B。
   • 开始创建B，实例化B，将B的ObjectFactory放入三级缓存。
   • 为B注入属性时，发现需要A。此时从三级缓存中拿到A的ObjectFactory，并调用 getObject() 方法获取A的早期引用（可能是一个代理对象）。将A的早期引用放入二级缓存，并从三级缓存移除。B成功注入A。
   • B完成属性填充、初始化，成为一个完整的Bean，放入一级缓存，并清除二、三级缓存。
   • A接着注入B，完成后续的初始化步骤。A完成后也放入一级缓存。

一级缓存

二级缓存

A对象放到SingletonObjects后earlysingletonobject的原始A对象就会消失。

但是如果刚开始A是代理对象，而最后存储到单例池的却不是代理对象，所以会用到三级缓存

三级缓存

无法解决的循环依赖场景：

三级缓存可以去解决初始化过程中的循环依赖，不能解决构造函数产生的循环依赖

@lazy:延迟加载，意思就是什么时候需要对象，再进行ban对象的创建，并不是说在去实例化的时候直接把对象给注入进来

• 构造器注入的循环依赖：因为实例化Bean时需要构造器参数，而另一个Bean还未创建，无法提前曝光，会抛出 BeanCurrentlyInCreationException。
• 多例（Prototype）作用域的Bean循环依赖：Spring不管理多例Bean的完整生命周期，无法进行曝光和缓存。

小结：

要点：1、三级缓存就已经包含了，一二级缓存，直接解释三级缓存就行了

          2、三级缓存中为什么还需要二级缓存，因为对象都是单例的，都通过三级缓存创建的话可能会产生多例对象

           3.pring解决的主要都是set注入：set注入是构造函授调用之后才完成的，循环依赖当然可以解决 因为对象都创建好了 只是算个半成品

懒加载就是先不去加载B，先把A对象创建出来，等到真正使用B的时候再去实例化B,，这是A已经实例化完毕了

六、SpringMVC-执行流程

视图阶段:

handler：解释当前某一个控制器的某一个方法

前后端分离

相当于化简了ModelAndView阶段，因为前后端分离不用去视图解析

SpringMVC的核心流程清晰且经典，其核心是 DispatcherServlet。

七、SpringBoot-自动配置原理

SpringBoot的自动配置是其核心魔法，其原理基于 @SpringBootApplication 注解和条件化配置。

1. 入口注解：@SpringBootApplication 它是一个复合注解，包含：

   • @SpringBootConfiguration：表明是配置类。
   • @ComponentScan：组件扫描。
   • @EnableAutoConfiguration：开启自动配置的核心。

2. @EnableAutoConfiguration 的作用 它利用 @Import 导入了 AutoConfigurationImportSelector。

3. 

4. AutoConfigurationImportSelector 这个类的核心方法是 selectImports()，它会从 classpath 下的 META-INF/spring.factories 文件中读取所有 EnableAutoConfiguration 键对应的自动配置类全名（如 org.springframework.boot.autoconfigure.data.redis.RedisAutoConfiguration）。

5. 

6. 自动配置类（XxxAutoConfiguration） 这些配置类是自动配置的蓝本。它们使用 @Configuration 声明，并利用大量的 @ConditionalOnXxx 条件注解（如 @ConditionalOnClass, @ConditionalOnProperty, @ConditionalOnMissingBean）来进行条件化配置。

   • @ConditionalOnClass(DataSource.class)：表示类路径下存在 DataSource 类（即引入了数据库驱动）时，配置才生效。
   • @ConditionalOnMissingBean(DataSource.class)：表示容器中不存在 DataSource Bean时，才自动配置一个默认的。

7. 总结流程：

   • SpringBoot启动时加载 META-INF/spring.factories 文件中的自动配置类。
   • 根据当前项目的环境、类路径、已有Bean等条件（@ConditionalOnXxx），决定哪些配置类生效。
   • 生效的配置类会向容器中添加预先定义好的Bean。
   • “约定大于配置”：开发者只需引入starter依赖，SpringBoot就会自动配置好大部分组件。如果想自定义，只需自己声明一个Bean即可覆盖默认配置。

八、Spring框架常见的注解

类别	注解	说明
Spring核心	@Component	通用组件注解，被其标注的类会被组件扫描。
	@Repository	标注DAO层组件。
	@Service	标注Service层业务逻辑组件。
	@Controller	标注Web层控制器组件。
	@Autowired	自动依赖注入（按类型）。
	@Qualifier	与 @Autowired 配合，按名称注入。
	@Value	注入普通属性或SpEL表达式。
	@Configuration	声明一个类为配置类。
	@Bean	在配置类中声明一个Bean。
	@Scope	指定Bean的作用域（singleton, prototype等）。
	@Profile	指定配置或Bean在哪个环境下激活。
	@PostConstruct	标注初始化方法。
	@PreDestroy	标注销毁方法。
Spring AOP	@Aspect	声明一个切面。
	@Pointcut	声明一个切点表达式。
	@Before/@After/ etc.	声明通知。
Spring事务	@Transactional	声明式事务管理。
SpringMVC	@RequestMapping	映射Web请求（路径、方法等）。
	@GetMapping/@PostMapping	@RequestMapping 的简写。
	@RequestParam	获取请求参数。
	@PathVariable	获取URL路径中的变量。
	@RequestBody	获取请求体，反序列化为对象。
	@ResponseBody	将方法返回值直接写入响应体。
	@RestController	@Controller + @ResponseBody。
	@ExceptionHandler	声明异常处理方法（Controller内）。
	@ControllerAdvice	全局异常处理。
SpringBoot	@SpringBootApplication	核心启动注解。
	@EnableAutoConfiguration	开启自动配置。
	@ConditionalOnXxx	一系列条件注解，用于自动配置。

希望这篇全面解析能帮助您更好地理解和掌握Spring框架的核心知识。