Spring IoC&AOP核心技术揭秘

📕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)清华大学出版社签约作家、Java领域优质创作者、CSDN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

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一、IoC容器核心依赖注入实现模式

Spring框架的核心是IoC(控制反转)容器,它通过解耦组件之间的依赖关系,实现了组件的依赖注入。下面我们深入探讨Spring IoC容器依赖注入的实现细节。

  1. 构造器注入:构造器注入要求在创建对象时,必须通过构造函数将依赖注入。Spring通过ConstructorAutowiredAnnotationBeanPostProcessor后置处理器来实现构造器注入。当创建Bean时,会查找与构造函数参数类型匹配的Bean,并将其注入到当前Bean中。

  2. Setter注入:Setter注入通过setter方法将依赖注入到Bean中。Spring通过AutowiredAnnotationBeanPostProcessor后置处理器来实现setter注入。在Bean的setter方法上添加@Autowired注解,Spring会自动查找与参数类型匹配的Bean,并调用setter方法进行注入。

  3. 字段注入:字段注入通过类中的字段将依赖注入。Spring通过AutowiredAnnotationBeanPostProcessor后置处理器来实现字段注入。在字段上添加@Autowired注解,Spring会自动查找与字段类型匹配的Bean,并将其注入到当前Bean中。

  4. 方法注入:方法注入通过类中的方法将依赖注入。Spring通过AutowiredAnnotationBeanPostProcessor后置处理器来实现方法注入。在方法上添加@Autowired注解,Spring会自动查找与方法参数类型匹配的Bean,并将其注入到当前Bean中。

  5. 组件扫描机制:Spring通过ClassPathScanningCandidateComponentProvider类实现组件扫描。该类负责扫描指定包路径下的类,并根据类上的注解(如@Component@Service@Repository等)创建Bean定义。通过BeanDefinitionRegistry接口将创建的Bean定义注册到IoC容器中。

  6. Bean作用域:Spring支持多种Bean作用域,如Singleton(单例)、Prototype(原型)、Request(请求)、Session(会话)等。Singleton作用域表示每个Spring容器中只有一个Bean实例,Prototype作用域表示每次注入时都会创建一个新的Bean实例。

  7. 条件化配置(@Conditional):通过@Conditional注解,Spring可以根据特定条件动态地创建或注入Bean。例如,使用@ConditionalOnProperty注解可以根据配置文件中的属性值来决定是否创建Bean。

二、AOP技术体系

Spring AOP通过代理模式实现,允许在不修改源代码的情况下,对特定方法进行增强或拦截。

  1. 代理模式实现:Spring AOP支持两种代理实现方式,JDK动态代理和CGLIB代理。当目标对象实现了至少一个接口时,Spring使用JDK动态代理;否则,使用CGLIB代理。

  2. 切点表达式语法:切点表达式用于指定哪些方法应该被增强。例如,execution(* com.example.service.*.*(..))表示匹配com.example.service包下所有类的所有方法。

  3. 通知类型:Spring AOP提供了多种通知类型,如前置通知(Before)、后置通知(After)、环绕通知(Around)、异常通知(AfterThrowing)、最终通知(AfterReturning)。每个通知类型都有对应的注解,如@Before@After@Around等。

  4. AOP应用场景:AOP广泛应用于日志管理、性能监控、安全控制、事务管理等领域。例如,在方法执行前后添加日志记录,或者在方法抛出异常时进行异常处理。

三、数据持久化

Spring框架提供了强大的数据持久化支持,包括JDBC模板、事务管理、ORM集成等。

  1. JDBC模板:Spring JDBC模板简化了JDBC编程,通过提供一系列操作数据库的方法,降低了代码复杂度。例如,使用JdbcTemplate类执行SQL查询、更新、删除等操作。

  2. 事务管理:Spring提供了声明式事务和编程式事务两种事务管理方式。声明式事务通过@Transactional注解实现,编程式事务则需要手动编写事务代码。

  3. ORM集成:Spring支持多种ORM框架,如Hibernate、MyBatis等。通过集成ORM框架,我们可以使用面向对象的方式来操作数据库。例如,使用Hibernate框架进行对象关系映射(ORM)。

  4. 会话管理:Spring提供了会话管理功能,可以帮助我们管理数据库连接、事务等。例如,使用SessionFactorySession对象进行数据库操作。

  5. JPA规范实现:Spring Data JPA是Spring框架对JPA规范的一种实现,它简化了JPA编程,提供了声明式持久化支持。例如,使用@Entity@Repository等注解定义实体和仓库。

  6. 多数据源配置:Spring支持多数据源配置,可以同时操作多个数据库。例如,通过配置不同的数据源Bean,并在业务层根据需要切换数据源。

四、Web开发体系

Spring框架提供了强大的Web开发支持,包括MVC架构、RESTful支持、异常处理等。

  1. MVC架构:Spring MVC是一个基于MVC(模型-视图-控制器)架构的Web框架。它将Web开发分为控制器(Controller)、视图(View)和模型(Model)三个部分。

  2. 控制器:控制器负责处理用户请求,并返回响应。Spring MVC提供了多种控制器实现方式,如ControllerRestController等。

  3. 视图解析:Spring MVC支持多种视图解析器,如JSP、Thymeleaf等。视图解析器负责将模型数据渲染到视图页面。

  4. 数据绑定:Spring MVC支持数据绑定,可以将请求参数绑定到Java对象中。例如,使用@RequestParam@PathVariable等注解实现数据绑定。

  5. RESTful支持:Spring MVC支持RESTful风格开发,通过使用RestController注解,可以轻松实现RESTful API。

  6. 异常处理机制:Spring MVC提供了强大的异常处理机制,可以自定义异常处理逻辑。例如,使用@ControllerAdvice注解定义全局异常处理器。

  7. 文件上传下载:Spring MVC支持文件上传下载功能,通过使用MultipartFileMultipartFile接口,可以方便地处理文件上传下载。

五、安全框架

Spring框架提供了强大的安全框架,包括认证流程、授权模型、CSRF防护等。

  1. 认证流程:Spring安全框架提供了多种认证方式,如基于表单认证、基于令牌认证等。例如,使用UsernamePasswordAuthenticationFilter类实现基于表单认证。

  2. 授权模型:Spring安全框架支持基于角色的访问控制,可以通过定义角色和权限来控制用户对资源的访问。例如,使用@PreAuthorize@PostAuthorize等注解实现方法级安全。

  3. CSRF防护:Spring安全框架提供了CSRF防护机制,可以防止跨站请求伪造攻击。例如,使用CsrfTokenRepository接口存储CSRF令牌。

  4. OAuth2集成方法:Spring安全框架支持OAuth2认证,可以通过集成OAuth2认证服务器,实现第三方登录等功能。例如,使用OAuth2AuthenticationProcessingFilter类实现OAuth2认证。

  5. 方法级安全:Spring安全框架支持方法级安全,可以通过注解来控制方法级别的访问权限。例如,使用@PreAuthorize@PostAuthorize等注解实现方法级安全。

六、高级特性

Spring框架还提供了一些高级特性,如事件发布/监听机制、SpEL表达式、响应式编程、测试框架集成、缓存抽象等。

  1. 事件发布/监听机制:Spring框架提供了事件发布/监听机制,允许我们在应用程序中发布事件,并通过监听器来响应事件。例如,使用ApplicationEvent类发布事件,使用ApplicationListener接口监听事件。

  2. SpEL表达式:Spring表达式语言(SpEL)是一种强大的表达式语言,可以用于在应用程序中执行表达式。例如,使用#{...}语法在SpEL表达式中访问Bean属性、执行方法等。

  3. 响应式编程(WebFlux):Spring WebFlux是一个基于响应式编程的Web框架,支持异步编程和事件驱动编程。例如,使用MonoFlux等类处理异步数据流。

  4. 测试框架集成:Spring框架支持多种测试框架,如JUnit、TestNG等,可以方便地编写单元测试和集成测试。例如,使用@SpringBootTest注解进行集成测试。

  5. 缓存抽象:Spring框架提供了缓存抽象,可以方便地实现缓存功能,提高应用程序的性能。例如,使用@EnableCaching注解启用缓存支持,使用@Cacheable@CachePut@CacheEvict等注解实现缓存操作。

七、Spring Boot生态

Spring Boot是Spring框架的一个子项目,它简化了Spring应用程序的开发。

  1. 自动配置原理:Spring Boot通过自动配置原理,自动配置应用程序所需的Bean和配置项。例如,根据添加的依赖自动配置数据库连接、数据源等。

  2. Starter机制:Spring Boot提供了Starter依赖,可以简化依赖管理,并自动配置相关功能。例如,使用spring-boot-starter-web依赖自动配置Spring MVC。

  3. Actuator监控:Spring Boot Actuator是一个监控和管理Spring Boot应用程序的工具。例如,使用HTTP接口获取应用程序的健康状态、配置信息等。

  4. 配置文件体系:Spring Boot使用application.propertiesapplication.yml文件来配置应用程序,提高了配置的灵活性和可维护性。例如,使用@ConfigurationProperties注解将配置文件中的属性绑定到Java对象中。

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