【Spring面试题】第十期：框架篇之Spring Framework，每周10道，学废拿捏面试官~_百度小程序

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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？

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1️⃣ 各个版本的Spring Framework有哪些主要功能？

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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？

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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？

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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？

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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。

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图5 容器之 BeanFactory

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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
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