Spring原理

2020-12-08  本文已影响0人  全栈无用

目录

一、Spring是什么
二、常见问题与核心概念
三、玩转spring

一 Spring是什么

Spring是一个分层的JavaSE/EE full-stack(一站式) 轻量级开源框架，由 7 个定义良好的模块组成。Spring 模块构建在核心容器之上，核心容器定义了创建、配置和管理 bean 的方式，如下图所示。

图片.png

组成 Spring 框架的每个模块（或组件）都可以单独存在，或者与其他一个或多个模块联合实现。每个模块的功能如下：

1、核心容器：核心容器提供 Spring 框架的基本功能(Spring Core)。核心容器的主要组件是 BeanFactory，它是工厂模式的实现。BeanFactory 使用控制反转（IOC） 模式将应用程序的配置和依赖性规范与实际的应用程序代码分开 。

2、Spring 上下文：Spring 上下文是一个配置文件，向 Spring框架提供上下文信息。Spring 上下文包括企业服务，例如JNDI、EJB、电子邮件、国际化、校验和调度功能。

3、Spring AOP：通过配置管理特性，Spring AOP 模块直接将面向切面的编程功能集成到了 Spring 框架中。所以，可以很容易地使 Spring 框架管理的任何对象支持AOP。Spring AOP 模块为基于 Spring 的应用程序中的对象提供了事务管理服务。通过使用 Spring AOP，不用依赖 EJB 组件，就可以将声明性事务管理集成到应用程序中。

4、Spring DAO：JDBCDAO抽象层提供了有意义的异常层次结构，可用该结构来管理异常处理和不同数据库供应商抛出的错误消息。异常层次结构简化了错误处理，并且极大地降低了需要编写的异常代码数量（例如打开和关闭连接）。Spring DAO 的面向 JDBC 的异常遵从通用的 DAO 异常层次结构。

5、Spring ORM：负责框架中对象关系映射，提供相关ORM 接入框架的关系对象管理工具 。Spring 框架插入了若干个ORM框架，从而提供了 ORM 的对象关系工具，其中包括JDO、Hibernate和iBatisSQL Map。所有这些都遵从 Spring 的通用事务和 DAO 异常层次结构。

6、Spring Web 模块：Web 上下文模块建立在应用程序上下文模块之上，为基于 Web 的应用程序提供了上下文。所以，Spring框架支持与 Jakarta Struts 的集成。Web 模块还简化了处理多部分请求以及将请求参数绑定到域对象的工作。

7、Spring MVC 框架：MVC框架是一个全功能的构建 Web应用程序的 MVC 实现。通过策略接口，MVC框架变成为高度可配置的，MVC 容纳了大量视图技术，其中包括 JSP、Velocity、Tiles、iText 和 POI。模型由javabean构成，存放于Map；视图是一个接口，负责显示模型；控制器表示逻辑代码，是Controller的实现。Spring框架的功能可以用在任何J2EE服务器中，大多数功能也适用于不受管理的环境。Spring 的核心要点是：支持不绑定到特定 J2EE服务的可重用业务和数据访问对象。毫无疑问，这样的对象可以在不同J2EE 环境（Web 或EJB）、独立应用程序、测试环境之间重用。

深入了解 IOC 和 AOP

IOC：架构图

图片.png

正转：
---传统应用程序是由我们在对象主动控制
反转：
---由容器来帮忙及注入依赖对象

在传统的程序设计中，当调用者需要被调用者的协助时，通常由调用者来创建被调用者的实例。但在spring里创建被调用者的工作不再由调用者来完成，因此控制反转（IOC）；创建被调用者实例的工作通常由spring容器来完成，然后注入调用者，因此也被称为依赖注入（DI），依赖注入和控制反转是同一个概念。

控制反转一般分为两种类型，一个是依赖注入（DI）和依赖查找（DL），依赖注入应用更广泛。
spring以动态灵活的方式来管理对象 ， 注入的两种方式，设置注入和构造注入。
设置注入的优点：直观，自然
构造注入的优点：可以在构造器中决定依赖关系的顺序。

AOP：Aspect Oriented Programming，面向切面编程，对面向对象编程（oop）的补充

AOP利用一种称为“横切”的技术，剖解开封装的对象内部，并将那些影响了多个类的公共行为（即oop:引入封装、继承、多态等概念来建立一种对象层次结构，用于模拟公共行为的一个集合，因此导致出现了许多重复代码）封装到一个可重用模块，并将其名为“Aspect”，即方面。
AOP把软件系统分为两个部分：核心关注点和横切关注点。业务处理的主要流程是核心关注点，与之关系不大的部分是横切关注点。横切关注点的一个特点是，他们经常发生在核心关注点的多处，而各处基本相似，比如权限认证、日志、事物。AOP的作用在于分离系统中的各种关注点，将核心关注点和横切关注点分离开来。

图片.png
AOP核心概念

首先让我们从一些重要的AOP概念和术语开始。这些术语不是Spring特有的。不过AOP术语并不是特别的直观，如果Spring使用自己的术语，将会变得更加令人困惑。

通知类型：

设计模式

了解完spring底层原理，让我们看看他是怎么做到的
分别解决了什么问题呢？

工厂模式

简单工厂模式：通过beanID+Bean全路径生产bean（反射），具体由BeanFactory的实现类来生产。还提供默认单例缓存功能。
比如容器级别的生命周期干预、父子容器、单例模式的控制，这些都是由工厂端（IOC）来做的，如果通过new的形式创建Bean，实现起来就会更复杂。
IOC是在生产Bean的时候，check需不需要干预，check是否单例，是的话，丢到singotonObject里面去，需不需要动态代理。

BeanFactory bf = new XmlBeanFactory(new ClassPathResource("appcxt-context.xml"));
Car car=bf.getBean("car", Car.class);

单例模式
核心方法通过AbstractBeanFactory实现的

public Object getSingotonByBeanName(String beanName){
    Object bean=getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) ；
    if(bean==null){
        synchronized (this.singletonObjects) {
                //双重校验
                Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
                if (singletonObject == null) {
                    singletonObject = singletonFactory.createBean();
                    addSingleton(beanName, singletonObject);
                }
                return singletonObject;
            }
    }
}

代理模式

模板模式

解决的问题：减少冗余代码，通过模板方法+callback对象
实现方法：模板类提供模板方法，调用类接口提供自定义的通用方法，调用类作为参数，在执行完模板方法时，出发自己的业务逻辑代码
比如JDBCTemplate：封装了 获得数据库连接，处理事务，处理异常，关闭资源等等通用方法，执行完之后，调用callback的不一样的业务逻辑

public <T> T execute(StatementCallback<T> action)  {
    Connection con = DataSourceUtils.getConnection(getDataSource());
    Statement stmt = null;
    try {
        Connection conToUse = con;
        stmt = conToUse.createStatement();
        applyStatementSettings(stmt);
        Statement stmtToUse = stmt;
        T result = action.doInStatement(stmtToUse);
        return result;
    }
    catch (SQLException ex) {
        JdbcUtils.closeStatement(stmt);
        stmt = null;
        DataSourceUtils.releaseConnection(con, getDataSource());
        con = null;
        throw getExceptionTranslator().translate("StatementCallback", getSql(action), ex);
    }
    finally {
        JdbcUtils.closeStatement(stmt);
        DataSourceUtils.releaseConnection(con, getDataSource());
    }
}

观察者模式

策略模式

责任链模式

灵活性在于：
可以根据业务规则配置不同顺序的拦截器（责任链）
可以根据业务规则配置不同种类的拦截器（责任链）
Spring里面配置的 拦截器，按照业务的需求来按照一定的顺序自由组合起来，实现特定的业务场景

二、常见问题

问题一：循环依赖如何解决

什么是循环依赖？

顾名思义，依赖关系形成了圆环，你中有我，我中有你似的互相（嵌套）引用。
造成的结果：栈内存溢出

如何解决循环依赖
手动版
A a = new A();//创建a对象
B b = new B();//因为a对象依赖B，那么创建B
b.setA(a);//创建B对象的时候，发现依赖A，那么把通过构造方法生成的对象a赋值给B
a.setB(b);//然后把生成的b对象注入到a里面
自动版（spring做法）
spring 循环依赖的三大场景
场景一：构造器 -> (报错)
@Service
public class A {
  public A(B b) {
}

@Service
public class B {
  public B(A a) {
  }
}
//结果：项目启动失败抛出异常BeanCurrentlyInCreationException

构造器注入构成的循环依赖，此种循环依赖方式是无法解决的，只能抛出BeanCurrentlyInCreationException异常表示循环依赖。这也是构造器注入的最大劣势

根本原因：Spring解决循环依赖依靠的是Bean的“中间态”这个概念，而这个中间态指的是已经实例化，但还没初始化的状态。而构造器是完成实例化的东西，所以构造器的循环依赖无法解决~~~

场景二：singleton模式field属性注入循环依赖 -> (正常)
@Service
public class A {
    @Autowired
    private B b;
}
@Service
public class B {
    @Autowired
    private A a;
}

singleton模式field属性注入属于（setter方法注入）循环依赖，即手动版模式

场景三：prototype模式field属性注入循环依赖 -> (运行时异常)
@Scope(ConfigurableBeanFactory.SCOPE_PROTOTYPE)
@Service
  public class A {
  @Autowired
  private B b;
}
 
@Scope(ConfigurableBeanFactory.SCOPE_PROTOTYPE)
@Service
public class B {
  @Autowired
  private A a;
}
循环依赖原理分析

在这之前需要明白java中所谓的引用传递和值传递的区别。
Spring的循环依赖的理论依据基于Java的引用传递，当获得对象的引用时，对象的属性是可以延后设置的。（但是构造器必须是在获取引用之前，毕竟你的引用是靠构造器给你生成的）


图片.png

对Bean的创建最为核心三个方法解释如下：

createBeanInstance：例化，其实也就是调用对象的构造方法实例化对象
populateBean：填充属性，这一步主要是对bean的依赖属性进行注入(@Autowired)
initializeBean：回到一些形如initMethod、InitializingBean等方法

从对单例Bean的初始化可以看出，循环依赖主要发生在第二步（populateBean），也就是field属性注入的处理。

Spring容器的“三级缓存”

在Spring容器的整个声明周期中，单例Bean有且仅有一个对象。这很容易让人想到可以用缓存来加速访问。
从源码中也可以看出Spring大量运用了Cache的手段，在循环依赖问题的解决过程中甚至不惜使用了“三级缓存”，这也便是它设计的精妙之处~
三级缓存其实它更像是Spring容器工厂的内的术语，采用三级缓存模式来解决循环依赖问题，这三级缓存分别指：

public class DefaultSingletonBeanRegistry extends SimpleAliasRegistry implements SingletonBeanRegistry {
  // 从上至下 分表代表这“三级缓存”
  private final Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(256); //一级缓存
  private final Map<String, Object> earlySingletonObjects = new HashMap<>(16); // 二级缓存
  private final Map<String, ObjectFactory<?>> singletonFactories = new HashMap<>(16); // 三级缓存
/** Names of beans that are currently in creation. */
// 这个缓存也十分重要：它表示bean创建过程中都会在里面呆着~
// 它在Bean开始创建时放值，创建完成时会将其移出~
  private final Set<String> singletonsCurrentlyInCreation = Collections.newSetFromMap(new ConcurrentHashMap<>(16));

/** Names of beans that have already been created at least once. */
// 当这个Bean被创建完成后，会标记为这个 注意：这里是set集合 不会重复
// 至少被创建了一次的 都会放进这里~~~~
  private final Set<String> alreadyCreated = Collections.newSetFromMap(new ConcurrentHashMap<>(256));
 
}

注：AbstractBeanFactory继承自DefaultSingletonBeanRegistry

singletonObjects：用于存放完全初始化好的 bean，从该缓存中取出的 bean 可以直接使用
earlySingletonObjects：提前曝光的单例对象的cache，存放原始的 bean 对象（尚未填充属性），用于解决循环依赖
singletonFactories：单例对象工厂的cache，存放 bean 工厂对象，用于解决循环依赖

获取流程

先从一级缓存singletonObjects中去获取。（如果获取到就直接return）
如果获取不到或者对象正在创建中（isSingletonCurrentlyInCreation()），那就再从二级缓存earlySingletonObjects中获取。（如果获取到就直接return）
如果还是获取不到，且允许singletonFactories（allowEarlyReference=true）通过getObject()获取。就从三级缓存singletonFactory.getObject()获取。（如果获取到了就从singletonFactories中移除，并且放进earlySingletonObjects。其实也就是从三级缓存移动（是剪切、不是复制哦~）到了二级缓存）

加入singletonFactories三级缓存的前提是执行了构造器，所以构造器的循环依赖没法解决

getSingleton()从缓存里获取单例对象步骤分析可知，Spring解决循环依赖的诀窍：就在于singletonFactories这个三级缓存。这个Cache里面都是ObjectFactory，它是解决问题的关键。

核心概念：拓展接口BeanFactoryPostProcessor

如果您想进一下了解相关内容，可阅读：
spring boot（深度解析）

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