后端面试每日一题聊聊Spring

Love The Way You Lie 2022-10-16 03:56 188阅读 0赞

### 文章目录 ###

*   *   *  SpringBean注册方式
         *  Bean 的作用域
         *  Bean 生命周期
         *  生命周期
         *  IoC 和 DI 的理解
         *  Spring IoC 的优点
         *  Spring IoC 注入方式汇总

### SpringBean注册方式 ###

Bean 的注册方式有三种：

*  XML 配置文件的注册方式
 *  Java 注解的注册方式
 *  Java API 的注册方式
 *  1.  XML 配置文件注册方式

*  1.  Java 注解注册方式

可以使用 @Component 注解方式来注册 Bean，代码如下：

@Component
    public class Person {
       private Integer id;
       private String name
       // 忽略其他方法
    }

也可以使用 @Bean 注解方式来注册 Bean，代码如下：

@Configuration
    public class Person {
       @Bean
       public Person  person(){
          return new Person();
       }
       // 忽略其他方法
    }

其中 @Configuration 可理解为 XML 配置里的 标签，而 @Bean 可理解为用 XML 配置里面的 标签。

*  1.  Java API 注册方式

使用 BeanDefinitionRegistry.registerBeanDefinition() 方法的方式注册 Bean，代码如下：

public class CustomBeanDefinitionRegistry implements BeanDefinitionRegistryPostProcessor { 
    	@Override
    	public void postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) throws BeansException { 
    	}
    	@Override
    	public void postProcessBeanDefinitionRegistry(BeanDefinitionRegistry registry) throws BeansException { 
    		RootBeanDefinition personBean = new RootBeanDefinition(Person.class);
    		// 新增 Bean
    		registry.registerBeanDefinition("person", personBean);
    	}
    }

### Bean 的作用域 ###

Bean 的作用域一共有 5 个。

*  （1）singleton 作用域：表示在 Spring 容器中只有一个 Bean 实例，以单例的形式存在，是默认的 Bean 作用域。

配置方式，缺省即可，XML 的配置方式如下：

*  （2）prototype 作用域：原型作用域，每次调用 Bean 时都会创建一个新实例，也就是说每次调用 getBean() 方法时，相当于执行了 new Bean()。

XML 的配置方式如下：

*  （3）request 作用域：每次 Http 请求时都会创建一个新的 Bean，该作用域仅适应于 WebApplicationContext 环境。

XML 的配置方式如下：

Java 注解的配置方式如下：

@Scope(WebApplicationContext.SCOPE_REQUEST)

或是：

@RequestScope(WebApplicationContext.SCOPE_REQUEST)

*  （4）session 作用域：同一个 Http Session 共享一个 Bean 对象，不同的 Session 拥有不同的 Bean 对象，仅适用于 WebApplicationContext 环境。

XML 的配置方式如下：

Java 注解的配置方式如下：

@Scope(WebApplicationContext.SCOPE_SESSION)

或是：

@RequestScope(WebApplicationContext.SCOPE_SESSION)

*  （5）application 作用域：全局的 Web 作用域，类似于 Servlet 中的 Application。

XML 的配置方式如下：

Java 注解的配置方式如下：

@Scope(WebApplicationContext.SCOPE_APPLICATION)

或是：

@RequestScope(WebApplicationContext.SCOPE_APPLICATION)

### Bean 生命周期 ###

对于 Spring Bean 来说，并不是启动阶段就会触发 Bean 的实例化，只有当客户端通过显式或者隐式的方式调用 BeanFactory 的 getBean() 方法时，它才会触发该类的实例化方法。当然对于 BeanFactory 来说，也不是所有的 getBean() 方法都会实例化 Bean 对象，例如作用域为 singleton 时，只会在第一次，实例化该 Bean 对象，之后会直接返回该对象。但如果使用的是 ApplicationContext 容器，则会在该容器启动的时候，立即调用注册到该容器所有 Bean 的实例化方法。

getBean() 既然是 Bean 对象的入口，我们就先从这个方法说起，getBean() 方法是属于 BeanFactory 接口的，它的真正实现是 AbstractAutowireCapableBeanFactory 的 createBean() 方法，而 createBean() 是通过 doCreateBean() 来实现的，具体源码实现如下：

@Override
    protected Object createBean(String beanName, RootBeanDefinition mbd, @Nullable Object[] args)
            throws BeanCreationException {
        if (logger.isTraceEnabled()) {
            logger.trace("Creating instance of bean '" + beanName + "'");
        }
        RootBeanDefinition mbdToUse = mbd;
        // 确定并加载 Bean 的 class
        Class<?> resolvedClass = resolveBeanClass(mbd, beanName);
        if (resolvedClass != null && !mbd.hasBeanClass() && mbd.getBeanClassName() != null) {
            mbdToUse = new RootBeanDefinition(mbd);
            mbdToUse.setBeanClass(resolvedClass);
        }
        // 验证以及准备需要覆盖的方法
        try {
            mbdToUse.prepareMethodOverrides();
        }
        catch (BeanDefinitionValidationException ex) {
            throw new BeanDefinitionStoreException(mbdToUse.getResourceDescription(),
                    beanName, "Validation of method overrides failed", ex);
        }
        try {
            // 给BeanPostProcessors 一个机会来返回代理对象来代替真正的 Bean 实例，在这里实现创建代理对象功能
            Object bean = resolveBeforeInstantiation(beanName, mbdToUse);
            if (bean != null) {
                return bean;
            }
        }
        catch (Throwable ex) {
            throw new BeanCreationException(mbdToUse.getResourceDescription(), beanName,
                    "BeanPostProcessor before instantiation of bean failed", ex);
        }
        try {
            // 创建 Bean
            Object beanInstance = doCreateBean(beanName, mbdToUse, args);
            if (logger.isTraceEnabled()) {
                logger.trace("Finished creating instance of bean '" + beanName + "'");
            }
            return beanInstance;
        }
        catch (BeanCreationException | ImplicitlyAppearedSingletonException ex) {
            throw ex;
        }
        catch (Throwable ex) {
            throw new BeanCreationException(
                    mbdToUse.getResourceDescription(), beanName, "Unexpected exception during bean creation", ex);
        }
    }

doCreateBean 源码如下：

protected Object doCreateBean(final String beanName, final RootBeanDefinition mbd, final @Nullable Object[] args)
            throws BeanCreationException {
        // 实例化 bean，BeanWrapper 对象提供了设置和获取属性值的功能
        BeanWrapper instanceWrapper = null;
        // 如果 RootBeanDefinition 是单例，则移除未完成的 FactoryBean 实例的缓存
        if (mbd.isSingleton()) {
            instanceWrapper = this.factoryBeanInstanceCache.remove(beanName);
        }
        if (instanceWrapper == null) {
            // 创建 bean 实例
            instanceWrapper = createBeanInstance(beanName, mbd, args);
        }
        // 获取 BeanWrapper 中封装的 Object 对象，其实就是 bean 对象的实例
        final Object bean = instanceWrapper.getWrappedInstance();
        // 获取 BeanWrapper 中封装 bean 的 Class
        Class<?> beanType = instanceWrapper.getWrappedClass();
        if (beanType != NullBean.class) {
            mbd.resolvedTargetType = beanType;
        }
        // 应用 MergedBeanDefinitionPostProcessor 后处理器，合并 bean 的定义信息
        // Autowire 等注解信息就是在这一步完成预解析，并且将注解需要的信息放入缓存
        synchronized (mbd.postProcessingLock) {
            if (!mbd.postProcessed) {
                try {
                    applyMergedBeanDefinitionPostProcessors(mbd, beanType, beanName);
                } catch (Throwable ex) {
                    throw new BeanCreationException(mbd.getResourceDescription(), beanName,
                            "Post-processing of merged bean definition failed", ex);
                }
                mbd.postProcessed = true;
            }
        }
        boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences &&
                isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
        if (earlySingletonExposure) {
            if (logger.isTraceEnabled()) {
                logger.trace("Eagerly caching bean '" + beanName +
                        "' to allow for resolving potential circular references");
            }
            // 为了避免循环依赖，在 bean 初始化完成前，就将创建 bean 实例的 ObjectFactory 放入工厂缓存（singletonFactories）
            addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
        }
        // 对 bean 属性进行填充
        Object exposedObject = bean;
        try {
            populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);
            // 调用初始化方法，如 init-method 注入 Aware 对象
            exposedObject = initializeBean(beanName, exposedObject, mbd);
        } catch (Throwable ex) {
            if (ex instanceof BeanCreationException && beanName.equals(((BeanCreationException) ex).getBeanName())) {
                throw (BeanCreationException) ex;
            } else {
                throw new BeanCreationException(
                        mbd.getResourceDescription(), beanName, "Initialization of bean failed", ex);
            }
        }
        if (earlySingletonExposure) {
            // 如果存在循环依赖，也就是说该 bean 已经被其他 bean 递归加载过，放入了提早公布的 bean 缓存中
            Object earlySingletonReference = getSingleton(beanName, false);
            if (earlySingletonReference != null) {
                // 如果 exposedObject 没有在 initializeBean 初始化方法中被增强
                if (exposedObject == bean) {
                    exposedObject = earlySingletonReference;
                } else if (!this.allowRawInjectionDespiteWrapping && hasDependentBean(beanName)) {
                    // 依赖检测
                    String[] dependentBeans = getDependentBeans(beanName);
                    Set<String> actualDependentBeans = new LinkedHashSet<>(dependentBeans.length);
                    for (String dependentBean : dependentBeans) {
                        if (!removeSingletonIfCreatedForTypeCheckOnly(dependentBean)) {
                            actualDependentBeans.add(dependentBean);
                        }
                    }
                    // 如果 actualDependentBeans 不为空，则表示依赖的 bean 并没有被创建完，即存在循环依赖
                    if (!actualDependentBeans.isEmpty()) {
                        throw new BeanCurrentlyInCreationException(beanName,
                                "Bean with name '" + beanName + "' has been injected into other beans [" +
                                        StringUtils.collectionToCommaDelimitedString(actualDependentBeans) +
                                        "] in its raw version as part of a circular reference, but has eventually been " +
                                        "wrapped. This means that said other beans do not use the final version of the " +
                                        "bean. This is often the result of over-eager type matching - consider using " +
                                        "'getBeanNamesOfType' with the 'allowEagerInit' flag turned off, for example.");
                    }
                }
            }
        }
        try {
            // 注册 DisposableBean 以便在销毁时调用
            registerDisposableBeanIfNecessary(beanName, bean, mbd);
        } catch (BeanDefinitionValidationException ex) {
            throw new BeanCreationException(
                    mbd.getResourceDescription(), beanName, "Invalid destruction signature", ex);
        }
        return exposedObject;
    }

从上述源码中可以看出，在 doCreateBean() 方法中，首先对 Bean 进行了实例化工作，它是通过调用 createBeanInstance() 方法来实现的，该方法返回一个 BeanWrapper 对象。BeanWrapper 对象是 Spring 中一个基础的 Bean 结构接口，说它是基础接口是因为它连基本的属性都没有。

BeanWrapper 接口有一个默认实现类 BeanWrapperImpl，其主要作用是对 Bean 进行填充，比如填充和注入 Bean 的属性等。

当 Spring 完成 Bean 对象实例化并且设置完相关属性和依赖后，则会调用 Bean 的初始化方法 initializeBean()，初始化第一个阶段是检查当前 Bean 对象是否实现了 BeanNameAware、BeanClassLoaderAware、BeanFactoryAware 等接口，源码如下：

private void invokeAwareMethods(final String beanName, final Object bean) {
        if (bean instanceof Aware) {
            if (bean instanceof BeanNameAware) {
                ((BeanNameAware) bean).setBeanName(beanName);
            }
            if (bean instanceof BeanClassLoaderAware) {
                ClassLoader bcl = getBeanClassLoader();
                if (bcl != null) {
                    ((BeanClassLoaderAware) bean).setBeanClassLoader(bcl);
                }
            }
            if (bean instanceof BeanFactoryAware) {
                ((BeanFactoryAware) bean).setBeanFactory(AbstractAutowireCapableBeanFactory.this);
            }
        }
    }

其中，BeanNameAware 是把 Bean 对象定义的 beanName 设置到当前对象实例中；BeanClassLoaderAware 是将当前 Bean 对象相应的 ClassLoader 注入到当前对象实例中；BeanFactoryAware 是 BeanFactory 容器会将自身注入到当前对象实例中，这样当前对象就会拥有一个 BeanFactory 容器的引用。

初始化第二个阶段则是 BeanPostProcessor 增强处理，它主要是对 Spring 容器提供的 Bean 实例对象进行有效的扩展，允许 Spring 在初始化 Bean 阶段对其进行定制化修改，比如处理标记接口或者为其提供代理实现。

在初始化的前置处理完成之后就会检查和执行 InitializingBean 和 init-method 方法。

InitializingBean 是一个接口，它有一个 afterPropertiesSet() 方法，在 Bean 初始化时会判断当前 Bean 是否实现了 InitializingBean，如果实现了则调用 afterPropertiesSet() 方法，进行初始化工作；然后再检查是否也指定了 init-method，如果指定了则通过反射机制调用指定的 init-method 方法，它的实现源码如下：

protected void invokeInitMethods(String beanName, final Object bean, @Nullable RootBeanDefinition mbd)
            throws Throwable {
        // 判断当前 Bean 是否实现了 InitializingBean，如果是的话需要调用 afterPropertiesSet()
        boolean isInitializingBean = (bean instanceof InitializingBean);
        if (isInitializingBean && (mbd == null || !mbd.isExternallyManagedInitMethod("afterPropertiesSet"))) {
            if (logger.isTraceEnabled()) {
                logger.trace("Invoking afterPropertiesSet() on bean with name '" + beanName + "'");
            }
            if (System.getSecurityManager() != null) { // 安全模式
                try {
                    AccessController.doPrivileged((PrivilegedExceptionAction<Object>) () -> {
                        ((InitializingBean) bean).afterPropertiesSet(); // 属性初始化
                        return null;
                    }, getAccessControlContext());
                } catch (PrivilegedActionException pae) {
                    throw pae.getException();
                }
            } else {
                ((InitializingBean) bean).afterPropertiesSet(); // 属性初始化
            }
        }
        // 判断是否指定了 init-method()
        if (mbd != null && bean.getClass() != NullBean.class) {
            String initMethodName = mbd.getInitMethodName();
            if (StringUtils.hasLength(initMethodName) &&
                    !(isInitializingBean && "afterPropertiesSet".equals(initMethodName)) &&
                    !mbd.isExternallyManagedInitMethod(initMethodName)) {
                // 利用反射机制执行指定方法
                invokeCustomInitMethod(beanName, bean, mbd);
            }
        }
    }

初始化完成之后就可以正常的使用 Bean 对象了，在 Spring 容器关闭时会执行销毁方法，但是 Spring 容器不会自动去调用销毁方法，而是需要我们主动的调用。

如果是 BeanFactory 容器，那么我们需要主动调用 destroySingletons() 方法，通知 BeanFactory 容器去执行相应的销毁方法；如果是 ApplicationContext 容器，那么我们需要主动调用 registerShutdownHook() 方法，告知 ApplicationContext 容器执行相应的销毁方法。

### 生命周期 ###

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### IoC 和 DI 的理解 ###

IoC（Inversion of Control，翻译为“控制反转”）不是一个具体的技术，而是一种设计思想。与传统控制流相比，IoC 会颠倒控制流，在传统的编程中需要开发者自行创建并销毁对象，而在 IoC 中会把这些操作交给框架来处理，这样开发者就不用关注具体的实现细节了，拿来直接用就可以了，这就是控制反转。

IoC 很好的体现出了面向对象的设计法则之一——好莱坞法则：“别找我们，我们找你”。即由 IoC 容器帮对象找到相应的依赖对象并注入，而不是由对象主动去找。

举个例子，比如说传统找对象，先要设定好你的要求，如身高、体重、长相等，然后再一个一个的主动去找符合要求的对象，而 IoC 相当于，你把这些要求直接告诉婚介中心，由他们直接给你匹配到符合要求的对象，理想情况下是直接会帮你找到合适的对象，这就是传统编程模式和 IoC 的区别。

DI（Dependency Injection，翻译为“依赖注入”）表示组件间的依赖关系交由容器在运行期自动生成，也就是说，由容器动态的将某个依赖关系注入到组件之中，这样就能提升组件的重用频率。通过依赖注入机制，我们只需要通过简单的配置，就可指定目标需要的资源，完成自身的业务逻辑，而不需要关心资源来自哪里、由谁实现等问题。

IoC 和 DI 其实是同一个概念从不同角度的描述的，由于控制反转这个概念比较含糊（可能只理解成了容器控制对象这一个层面，很难让人想到谁来维护对象关系），所以 2004 年被开发者尊称为“教父”的 Martin Fowler（世界顶级专家，敏捷开发方法的创始人之一）又给出了一个新的名字“依赖注入”，相对 IoC 而言，“依赖注入”明确描述了“被注入对象依赖 IoC 容器配置依赖对象”。

### Spring IoC 的优点 ###

IoC 的优点有以下几个：

*  使用更方便，拿来即用，无需显式的创建和销毁的过程；
 *  可以很容易提供众多服务，比如事务管理、消息服务等；
 *  提供了单例模式的支持；
 *  提供了 AOP 抽象，利用它很容易实现权限拦截、运行期监控等功能；
 *  更符合面向对象的设计法则；
 *  低侵入式设计，代码的污染极低，降低了业务对象替换的复杂性。

### Spring IoC 注入方式汇总 ###

IoC 的注入方式有三种：构造方法注入、Setter 注入和接口注入。

*  ① 构造方法注入

构造方法注入主要是依赖于构造方法去实现，构造方法可以是有参的也可以是无参的，我们平时 new 对象时就是通过类的构造方法来创建类对象的，每个类对象默认会有一个无参的构造方法，Spring 通过构造方法注入的代码示例如下：

public class Person {
        public Person() {
    	}
    	public Person(int id, String name) {
    		this.id = id;
    		this.name = name;
    	}
    	private int id;
    	private String name;
        // 忽略 Setter、Getter 的方法
    }

applicationContext.xml 配置如下：

*  ② Setter 注入

Setter 方法注入的方式是目前 Spring 主流的注入方式，它可以利用 Java Bean 规范所定义的 Setter/Getter 方法来完成注入，可读性和灵活性都很高，它不需要使用声明式构造方法，而是使用 Setter 注入直接设置相关的值，实现示例如下：

*  ③ 接口注入

接口注入方式是比较古老的注入方式，因为它需要被依赖的对象实现不必要的接口，带有侵入性，因此现在已经被完全舍弃了，所以本文也不打算做过多的描述，大家只要知道有这回事就行了。

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声明：

*  基于拉勾《Java源码剖析34讲》自己做的笔记

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