【Spring面试题】第十期：框架篇之Spring Framework，每周10道，学废拿捏面试官~ 1️⃣ 各个版本的Spring Framework有哪些主要功能？ 2️⃣ 什么是Spring Framework？ 3️⃣ Spring

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每周10道Java面试题~第十期

  • 1️⃣ 各个版本的Spring Framework有哪些主要功能？
  • 2️⃣ 什么是Spring Framework？
  • 3️⃣ Spring Framework有哪些优点？有哪些缺点？
  • 4️⃣ Spring Framework中主要有哪些模块，分别提供什么功能？
  • 5️⃣ 什么是Spring配置文件？
  • 6️⃣ 详细讲一下Spring IOC及其实现原理？
  • 7️⃣ 什么是Spring IOC容器？
  • 8️⃣ 依赖注入（DI）是什么？有哪些方式完成依赖注入？优缺点是什么？
  • 9️⃣ Spring Bean有哪几种作用域？有什么区别？
  • 🔟 详细讲一下Spring AOP及其实现原理？
  • 🎁 小山赠书活动

1️⃣ 各个版本的Spring Framework有哪些主要功能？

图1 Spring Framework Logo

Spring Framework 历经2004年发布的 1.0版本到 2018年的 5.0版本，已经逐步发展成为一个功能强大、灵活多样的开发框架，被广泛应用于企业级Java应用程序的开发。

并且Spring Framework在2022年底还发布了 6.0新版本的相关消息，Spring Framework 6.0将继续推动Spring生态系统的发展，提供更加先进、灵活和高效的开发工具，以满足不断变化的业务需求和技术趋势。

下面是各个版本的Spring Framework的主要功能：

  • 1.x 版本：主要提供了 IoC（Inversion of Control，控制反转）和AOP（Aspect Oriented Programming，面向切面编程）功能，并提供了对JDBC访问和事务管理的支持；

  • 2.x 版本：在1.x版本的基础上，引入了注解支持、Java 5特性支持，增加了对Web应用程序的支持，包括MVC框架和Web服务的支持；

  • 3.x 版本：支持 Java EE 6标准、RESTful风格的Web服务支持、Spring Expression Language（SpEL） 等新功能；

  • 4.x 版本：增加了对Java 8新特性的支持，包括Lambda表达式和Stream API的支持等，提供Groovy语言支持、WebSocket支持 等新功能；

  • 5.x 版本：引入了 响应式编程模型，提供了对 Reactive Streams和 WebFlux的支持，同时也支持Java 9和Java 10的新特性；

  • 6.x 版本（即将发布）：支持Java 17中的新特性和改进，采用模块化的架构将核心框架和各种扩展模块分离，支持更多的数据访问技术（例如NoSQL数据库、图形数据库等）等。

2️⃣ 什么是Spring Framework？

图2 Spring Framework 核心组件

Spring Framework是一个开源的Java应用程序框架，最初由Rod Johnson在2003年创建。框架旨在通过丰富的特性和功能，帮助开发人员构建高效、灵活、可维护的应用程序。Spring框架提供了许多功能，包括依赖注入、AOP、JDBC集成、事务管理、Web应用程序开发等。

Spring框架的核心部分有：

  • IoC容器：Spring的IoC容器负责管理应用程序中的对象，并处理它们之间的依赖关系。开发人员只需定义对象和它们之间的关系，Spring容器就会自动创建和管理这些对象。这样可以将应用程序的逻辑与对象的创建和管理分离，提高了代码的可重用性和可维护性；

  • 面向切面编程（AOP）：通过AOP，可以将横切关注点（如日志记录、事务管理、安全性等）与业务逻辑分离，使得应用程序的代码更加简洁、可读性更高；

  • JDBC集成：Spring框架提供了JDBC模板，简化了JDBC编程，使得开发人员可以更加方便地访问和操作数据库；

  • 事务管理：Spring框架提供了一种统一的事务管理机制，可以管理多个事务资源，如数据库连接、JMS队列等。开发人员可以通过声明式事务管理，将事务管理逻辑与业务逻辑分离；

  • Web应用程序开发：Spring框架提供了一个MVC框架，用于开发Web应用程序。MVC框架提供了控制器、视图、模型等组件，使得开发人员可以更加方便地开发Web应用程序。

除了以上主要特点外，Spring框架还提供了许多其他的功能，如集成测试、缓存、安全性、远程调用等。Spring框架的目标是提供高效、灵活、可重用的代码，使得Java开发人员可以更加方便地开发高质量的应用程序。

3️⃣ Spring Framework有哪些优点？有哪些缺点？

👉 作为一款优秀的开发框架，Spring Framework有以下优点：

  • 简化开发工作：提供了丰富的功能和特性，可以简化开发人员的工作，让开发人员可以更加专注于业务逻辑的实现，而不用关注底层的技术细节；
  • 提高代码质量：提供了一系列的最佳实践和设计模式，可以帮助开发人员编写高质量、可维护、可扩展的代码；
  • 提高代码重用性：IoC容器和 AOP机制可以帮助开发人员实现组件的重用，使得代码更易于维护和扩展；
  • 提高程序性能：JDBC模板、缓存、事务管理等功能可以帮助开发人员实现高效的数据访问和数据处理，提高应用程序的性能；
  • 提高程序安全性：提供了一系列的安全性功能，如身份验证、访问控制、加密等，可以帮助开发人员实现应用程序的安全性；
  • 支持集成测试：框架支持集成测试，可以帮助开发人员进行端到端的测试，保证应用程序的质量；
  • 开放源代码：Spring框架是开放源代码的，开发人员不仅可以通过阅读源码学习和了解原理，还可以通过参与Spring社区，获取更多的技术支持和帮助。

📃 当然，凡事都有两面性，即便优秀如Spring Framework 也不例外，它也有以下几个缺点：

  • 学习曲线较陡峭：Spring框架是一个庞大的框架，提供了丰富的功能和特性，学习起来需要花费一定的时间和精力；
  • 运行效率较低：庞大体系结构和强大的功能特性会导致一定的性能损失。如果应用程序对性能要求比较高，可能需要进行优化；
  • 配置较为复杂：Spring框架需要进行大量的配置，包括IoC容器的配置、AOP的配置、数据源的配置等。这些配置需要开发人员具备一定的技术水平，同时也会增加开发时间和成本；
  • 依赖关系较为复杂：Spring框架的各个模块之间存在较为复杂的依赖关系，如果某个模块出现问题，可能会影响到其他模块的正常运行；
  • 版本兼容：Spring框架的版本更新时，新版本可能会带来新的功能和特性，但也会导致一些旧版本的应用程序无法兼容。

4️⃣ Spring Framework中主要有哪些模块，分别提供什么功能？

图3 Spring Framework 核心模块

Spring Framework主要包含以下模块：

  • Spring Core模块：提供 IoC和 DI功能，包括 BeanFactory、ApplicationContext等；
  • Spring AOP模块：提供 AOP功能，包括切面（Aspect）、连接点（Join Point）、通知（Advice）等。
  • Spring Context 模块：向Spring框架提供上下文信息。Spring上下文包括企业服务，如JNDI、EJB、电子邮件、国际化、校验和调度功能；
  • Spring ORM模块：提供ORM（Object-Relational Mapping）功能，包括对Hibernate、JPA等的支持；
  • Spring DAO模块：Spring 中的DAO提供一致的方式访问数据库，不管采用何种持久化技术，Spring都提供一致的编程模型。Spring还对不同的持久层技术提供一致的DAO方式的异常层次结构；
  • Spring Web模块：提供Web开发相关的功能，包括Spring MVC、WebSocket等；
  • Spring Web MVC 模块：Spring的MVC框架提供清晰的角色划分：控制器、验证器、命令对象、表单对象和模型对象、分发器、处理器映射和视图解析器。

这些模块为应用程序开发提供了广泛的支持，使得开发者可以快速地构建高质量、可维护的应用程序。

5️⃣ 什么是Spring配置文件？

Spring配置文件是指在Spring框架中用来配置应用程序组件的XML文件。

applicationContext.xml是Spring的默认配置文件，当容器启动时找不到指定的配置文档时，将会尝试加载这个默认的配置文件。

Spring配置文件通常存储在应用程序的classpath路径下，并由Spring框架在应用程序启动时加载。除了XML格式，Spring还支持其他格式的配置文件，如JavaConfig和GroovyConfig等。

它通常包含了Spring应用程序中各种对象的定义和它们之间的关系，例如 bean的定义、依赖注入、AOP配置、数据源配置等。Spring框架使用这些配置文件来实例化应用程序中的组件，并将它们装配在一起以构建完整的应用程序。

  • Bean定义：定义Spring中的各个组件和对象，包括数据源、事务管理器、服务层、DAO层等。可以通过配置文件中的bean标签进行定义和配置；

  • 属性注入：配置Bean中的属性，包括基本类型、引用类型、集合类型等。可以通过配置文件中的property标签进行配置；

  • 依赖注入：配置Bean之间的依赖关系，包括构造函数注入和setter方法注入两种方式。可以通过配置文件中的 constructor-arg和 property标签进行配置；

  • AOP配置：配置Spring框架中的AOP（面向切面编程）功能，包括切面、切点、通知等。可以通过配置文件中的aop命名空间进行配置；

  • MVC配置：配置Spring框架中的MVC（模型-视图-控制器）功能，包括控制器、视图解析器、视图渲染器等。可以通过配置文件中的mvc命名空间进行配置；

  • 数据源配置：可以配置数据库连接池、数据库驱动、数据库用户名密码等信息。可以通过配置文件中的datasource标签进行配置；

  • 事务配置：可以配置Spring框架中的事务管理器、事务注解等信息。可以通过配置文件中的tx命名空间进行配置。

Spring配置文件的编写需要遵循一定的规则和约定，可以通过Spring容器来读取和解析配置文件，并创建相应的Bean对象和组件。配置文件的正确性和合理性对于Spring应用程序的正常运行和性能表现至关重要。

🔍 关于spring的配置文件的更详细的各项配置的详情，可以参考这篇文章：
spring配置文件详解

6️⃣ 详细讲一下Spring IOC及其实现原理？

图4 Spring IOC 工作流程

Spring IOC（Inversion of Control，控制反转）是Spring框架的核心思想，它的实现手段是通过依赖注入（DI，Dependency Injection） 的方式来实现。

在传统的应用程序中，对象之间的依赖关系是由程序代码在对象内部通过new关键字等方式硬编码而成。而在Spring框架中，对象之间的依赖关系是由Spring容器在运行期间动态地通过反射机制等技术来进行注入 的。对于Spring而言，就是由Spring来控制对象的生命周期和对象之间的关系。

具体来说，Spring IOC的实现原理包括以下几个步骤：

  • 配置Bean：在Spring配置文件中配置Bean的定义和属性，包括类名、属性、依赖关系等；
  • 加载配置文件：Spring容器在启动时读取配置文件，解析配置文件中的Bean定义和属性；
  • 创建Bean实例：根据配置文件中的Bean定义，Spring容器使用Java反射机制创建Bean实例；
  • 注入属性：Spring容器根据Bean定义中的属性信息，使用Java反射机制将Bean需要依赖的其他Bean实例注入到当前Bean实例中；
  • 容器管理Bean实例：Spring容器管理Bean实例的生命周期，包括创建、初始化、使用、销毁等。

通过IOC和DI的方式，Spring框架实现了应用程序中各个组件之间的解耦，使得应用程序更加灵活和易于扩展。

7️⃣ 什么是Spring IOC容器？

Spring 容器是 Spring 框架的核心。容器创建对象，将它们装配在一起，配置它们并管理它们的完整生命周期。

Spring 容器使用依赖注入来管理组成应用程序的组件。容器通过读取提供的配置元数据来接收对象进行实例化，配置和组装的指令。该元数据可以通过 XML，Java 注解或 Java 代码提供。

在Spring中IOC容器的主要表现形式是 BeanFactory和 ApplicationContext这两个接口。这两个接口的具体实现类就可以看成是IOC容器在Spring中的具体体现。

BeanFactory提供了最基本的IOC和依赖注入功能，ApplicationContext继承了BeanFactory，在BeanFactory的基础上添加了很多新功能，主要包括国际化、事件分发机制（ApplicationEvent）、资源访问（Resource）等功能。在实际的开发过程中，一般都会选择ApplicationContext系列的容器实现。

图5 容器之 BeanFactory

图6 容器之 ApplicationContext

8️⃣ 依赖注入（DI）是什么？有哪些方式完成依赖注入？优缺点是什么？

依赖注入（DI，Dependency Injection）是 spring 框架核心 IoC 的具体实现手段或方式。所谓依赖注入，即在运行期由容器将依赖关系注入到组件之中。

就是在运行期，由Spring根据配置文件，将其他对象的引用通过组件的提供的setter方法进行设定。
Spring 大量引入了Java 的Reflection机制，通过动态调用的方式避免硬编码方式的约束，并在此基础上建立了其核心组件BeanFactory，以此作为其依赖注入机制的实现基础。

在Spring框架中，可以通过以下方式实现依赖注入：

  • 构造器注入（Constructor Injection）：通过构造方法来完成对依赖的注入。
    通过添加@Component 或@Service 等注解使 bean受Spring容器管理，再将依赖以参数形式传递给构造函数。

    @Service
public class UserServiceImpl implements UserService {
 
    private final UserMapper userMapper;
 
    @Autowired
    public UserServiceImpl(UserMapper userMapper) {
        this.userMapper = userMapper;
    }
    
}

  • Setter方法注入（Setter Injection）：在bean中创建setter方法，并在该方法上使用@Autowired、@Resource等注解，Spring会自动调用这些setter方法并注入需要的依赖项；

    @Service
public class UserServiceImpl implements UserService {
 
    private UserMapper userMapper;
 
    @Autowired
    public void setUserMapper(UserMapper userMapper) {
        this.userMapper = userMapper;
    }
 
}

  • 属性注入（Field Injection，也叫字段注入或变量注入）：在bean中定义成员变量并将其标记为@Autowired或@Resource等注解，Spring会自动将相应的依赖对象注入到这些字段上；

    @Service
public class UserServiceImpl implements UserService {
    @Autowired
    private UserMapper userMapper;
    
    //...
 
}

以上就是各种依赖注入的实现方式。其优势及缺点如下：

实现方式 优点 缺点
属性注入 方式简单，代码简洁 注入对象不能用final修饰；
可能会导致循环依赖，启动不报错，使用时才报错；
存在潜在隐患，不调用将无法发现 NullPointException异常；
构造器注入 注入对象可以使用final修饰；
若存在循环依赖，spring项目启动的时候就会报错；
通过强制指明依赖注入来保证这个类的运行，防止NullPointerException；		 当有多个对象需要注入时，构造函数的代码臃肿；
Setter方法注入 依赖注入中使用的依赖是可选的，注入的依赖可以为 null；
允许在类构造完成后重新注入；		 注入对象不能使用final修饰；

其中，建议使用构造方法注入和setter方法注入，因为它更为清晰明了且不会导致循环依赖问题。而属性注入则容易引发一些设计和测试问题。

9️⃣ Spring Bean有哪几种作用域？有什么区别？

在Spring框架中，Bean作用域(scope)指的是在不同环境下创建和管理Bean时的生命周期。
一个Bean实例会有自己的作用域，而总共有以下5种的作用域情况：

  • Singleton（单例）：一个IoC容器中只能存在一个实例，不同容器之间可以有不同的实例。这种bean范围是默认的，这种范围下不管接受到多少个请求，每个容器中只会有一个bean的实例；

  • Prototype（原型）：每个请求都会创建一个新的实例，每次调用getBean()都会返回一个新的对象。这意味着每个客户端将获得一个新的原型实例，并且与之前连接的客户端没有关系；

  • Request（请求）：仅适用于WebApplicationContext上下文中，表示为每个HTTP请求创建一个新的Bean实例。因此，对于同一次HTTP请求而言，任何对Bean的请求都将返回同一个Bean实例。然而，不同的HTTP请求将产生不同的Bean实例；

  • Session（会话）也仅适用于WebApplicationContext上下文中，表示为每个HTTP会话创建一个新的Bean实例。同一会话中的多个请求将共享同一个Bean实例；

  • GlobalSession（全局会话）：仅适用于web应用程序，表示为每个全局HTTP会话创建一个新的Bean实例，通常只在使用Spring Portlet MVC时才使用。如果部署在Servlet环境下，该作用域没有区别于Session。

在实际应用中，正确选择和使用适当的作用域很重要。在大多数情况下，Singleton是最合适和高效的选项，也是默认作用域，它创建一个对象并在容器内共享该对象。Prototype每次请求都会创建一个新的实例，因此它可以防止线程安全问题。Request和Session将实例的作用域限制在HTTP请求/会话期间。GlobalSession作用域基本不使用，只适用于特殊的portlet场景。

🔟 详细讲一下Spring AOP及其实现原理？

Spring AOP（面向切面编程）是Spring框架的一个核心功能，它允许将不同但相关的业务逻辑组件解耦，从而提高了应用程序的可维护性和可重用性。

通过使用Spring AOP，我们可以将与业务逻辑无关的各种横向关注点（如日志记录、事务管理、安全性、缓存等）从业务逻辑中分离出来，避免代码重复，并使得代码更加清晰易懂。

在Spring AOP中，切面（Aspect）是对横向关注点的抽象。切面包含了具体的切点（Pointcut）和通知（Advice），其中切点定义了何时织入通知，而通知则定义了何种行为需要执行。

其工作流程具体如下：

  • 定义切入点：我们需要定义一个或多个切入点以便确定哪些方法需要被拦截处理。切入点指定的是方法的名称和任意参数类型；

  • 编写通知（增强）：在Spring AOP中，通知（Advice）是应用在切入点之前或者之后执行的一种代码块。Spring AOP支持以下5种通知类型：

    • 前置通知（Before advice）：在目标方法执行前执行；
    • 后置通知（After advice）：在目标方法执行后执行；
    • 返回通知（After returning advice）：在目标方法执行完并返回结果之后执行；
    • 异常通知（After throwing advice）：在目标方法抛出异常后执行；
    • 环绕通知（Around advice）：包围目标方法的通知，可以在目标方法执行前、执行后、执行返回或抛出异常时执行。

  • 创建代理对象：在运行期间，Spring AOP会为目标对象创建一个代理对象。代理对象通过Spring容器返回给客户端；

  • 执行拦截：在调用代理对象的方法时，Spring AOP自动检查方法是否需要拦截（即是否匹配切入点），如果匹配，则执行相应的通知代码块，然后再调用原始的目标方法。

而从原理上来说，Spring AOP是基于动态代理的实现方式来实现切面编程的。针对不同类型的bean，Spring使用JDK动态代理或CGLIB（Code Generation Library）字节码生成技术来创建代理对象。

其中，如果目标对象实现了至少一个接口，则Spring AOP将使用JDK动态代理。基本原理是利用 Java 的反射机制生成目标对象的代理对象，通过调用代理对象之前调用“前置通知”拦截方法，进行切面编程。

如果目标对象没有实现任何接口，则 Spring AOP 将使用CGLIB（Code Generation Library）库来实现代理。基本原理是在内存中构建出目标对象子类的字节码并载入 JVM 中，生成目标对象的代理对象，也通过调用代理对象之前调用“前置通知”拦截方法，同样可以实现切面编程。

Spring AOP 使用 BeanPostProcessor 在应用中动态创建和织入切面。BeanPostProcessor 拦截容器创建的对象，如果该对象匹配被代理的对象，则会根据上面的两种方式其一，来创建一个新的代理对象并返回。通过使用 BeanPostProcessor，AOP 识别它需要拦截的 bean，并且将切面编织到相应的代码中。

因此，在 Spring AOP 中，BeanPostProcessor 扮演着非常重要的角色。它提供了一种机制，使开发人员可以对 Spring IOC 容器创建的每个 bean 进行定制化处理，进而进行 AOP 代理的创建和织入。

图片来源：
Spring Framework 官网
Spring、SpringBoot全家桶技术栈知识点汇总（欢迎收藏）
Spring系列（一）、Spring入门及七大模块
springboot分析-spring IOC原理拆解和spring MVC模块分析

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