Interview-Notebook/notes/Spring.md

# Spring
<!-- GFM-TOC -->
* [Spring](#spring)
    * [一、IoC 与 Bean](#一ioc-与-bean)
        * [IoC 与依赖注入](#ioc-与依赖注入)
        * [Bean 的生命周期](#bean-的生命周期)
        * [Bean 的作用域与线程安全](#bean-的作用域与线程安全)
        * [循环依赖](#循环依赖)
    * [二、AOP](#二aop)
        * [动态代理](#动态代理)
        * [自调用](#自调用)
    * [三、事务](#三事务)
        * [声明式事务](#声明式事务)
        * [传播行为](#传播行为)
        * [事务失效](#事务失效)
    * [四、Spring Boot 自动配置](#四spring-boot-自动配置)
    * [五、Spring MVC](#五spring-mvc)
        * [请求的处理过程](#请求的处理过程)
    * [六、MyBatis](#六mybatis)
        * [#{} 和 ${} 的区别](#-和--的区别)
        * [Mapper 接口为什么不需要实现类](#mapper-接口为什么不需要实现类)
        * [动态 SQL](#动态-sql)
        * [缓存](#缓存)
    * [七、Spring 中的设计模式](#七spring-中的设计模式)
    * [附录：实测](#附录实测)
        * [A1 单例 Bean 的成员变量](#a1-单例-bean-的成员变量)
        * [A2 锁与事务的先后](#a2-锁与事务的先后)
        * [A3 Bean 创建的调用栈](#a3-bean-创建的调用栈)
    * [参考资料](#参考资料)
<!-- GFM-TOC -->


## 一、IoC 与 Bean

### IoC 与依赖注入

控制反转（Inversion of Control, IoC）指的是对象不再自己创建所依赖的对象，而是由容器创建好之后交给它。例如 OrderService 需要 OrderRepository，它不在内部 new 一个，而是声明自己需要，由 Spring 容器把创建好的对象传进来，这个过程称为依赖注入（Dependency Injection, DI）。

```java
@Service
public class OrderService {
    private final OrderRepository repository;

    public OrderService(OrderRepository repository) {   // 构造器注入
        this.repository = repository;
    }
}
```

这样做的好处：

- 对象只依赖接口，替换实现、在测试中注入模拟对象都不需要修改代码；
- 对象的创建、作用域和生命周期由容器统一管理，事务、缓存这类功能也是容器在创建对象时织入的。

容器通过注解知道要创建哪些对象：类上标注 @Component 或者它的派生注解 @Service、@Repository、@Controller，启动时由组件扫描发现；第三方库中的类无法修改源码，就在 @Configuration 类中写一个返回该对象的方法，并标注 @Bean。

依赖注入有构造器注入、Setter 注入和字段注入（把 @Autowired 加在字段上）三种方式。Spring 官方推荐构造器注入：依赖可以声明为 final，对象创建出来就是完整可用的，缺少依赖时启动就会失败。

@Autowired 和 @Resource 都能注入依赖，区别在于查找的顺序：

- @Autowired 是 Spring 的注解，先按类型查找，找到多个时再按字段名或参数名匹配，仍然无法确定就报错，可以用 @Qualifier 指定 Bean 的名称，或者给其中一个 Bean 加 @Primary；
- @Resource 是 Jakarta EE（原 JSR-250）的注解，指定了 name 时按名称查找，否则先按字段名查找，找不到再按类型查找。

例如容器中有两个 PayService 类型的 Bean，名称分别是 alipay 和 wechat：

```java
@Resource PayService wechat;      // 注入名称为 wechat 的 Bean
@Autowired PayService alipay;     // 按类型找到两个，再按字段名匹配到 alipay
@Autowired PayService payService; // 字段名匹配不上，启动失败
```

第三行启动时报错 NoUniqueBeanDefinitionException: expected single matching bean but found 2: alipay,wechat。

### Bean 的生命周期

一个单例 Bean 从创建到销毁会经过以下步骤：

1. 实例化：调用构造函数创建对象；
2. 属性填充：注入依赖；
3. Aware 回调：例如 BeanNameAware 把 Bean 的名字传给它；
4. BeanPostProcessor 的 postProcessBeforeInitialization()；
5. 初始化：依次调用 @PostConstruct 方法、InitializingBean 的 afterPropertiesSet() 和配置的 init-method；
6. BeanPostProcessor 的 postProcessAfterInitialization()，AOP 就是在这一步把 Bean 替换为代理对象的；
7. 容器关闭时销毁：依次调用 @PreDestroy 方法、DisposableBean 的 destroy() 和配置的 destroy-method。

让一个 Bean 实现上面所有的回调，实际运行打印的顺序如下（Spring Boot 3.3）：

```text
1 构造函数
2 依赖注入
3 BeanNameAware: orderService
4 BeanPostProcessor before
5 @PostConstruct
6 afterPropertiesSet
7 init-method
8 BeanPostProcessor after
9 @PreDestroy
10 DisposableBean.destroy
11 destroy-method
```

容器启动时，AbstractApplicationContext 的 refresh() 分两步创建 Bean。第一步解析配置：扫描 @Component，解析 @Bean 方法和自动配置类，把每个 Bean 的类名、作用域、依赖等信息保存为 BeanDefinition，这时还没有创建任何对象。这一步由 ConfigurationClassPostProcessor 完成，它是一个 BeanFactoryPostProcessor，这类扩展点在创建对象之前读取或修改 BeanDefinition。

第二步在 finishBeanFactoryInitialization() 中，按 BeanDefinition 依次创建所有非懒加载的单例，创建过程依靠反射。在一个 Bean 的构造函数和带 @Autowired 的 Setter 方法中打印调用栈，按调用顺序整理如下（Spring Boot 3.3 实测，见[附录 A3](#a3-bean-创建的调用栈)，最后一行 initializeBean 来自源码）：

```text
AbstractApplicationContext.refresh()
└─ finishBeanFactoryInitialization() → preInstantiateSingletons()     遍历 BeanDefinition
   └─ getBean() → doGetBean()                                         先查单例缓存，没有再创建
      └─ createBean() → doCreateBean()
         ├─ createBeanInstance() → Constructor.newInstance()          实例化：反射调用构造函数
         ├─ populateBean() → AutowiredAnnotationBeanPostProcessor
         │     .postProcessProperties() → Method.invoke()             属性填充：反射调用 Setter
         └─ initializeBean()                                          Aware 回调、初始化、AOP 代理
```

@Autowired 加在字段上时，同样由 postProcessProperties() 处理，区别是用 Field.set() 反射赋值。

### Bean 的作用域与线程安全

Bean 默认是单例（singleton）的，整个容器中只有一个对象，所有请求共用它。其它常用的作用域：

- prototype：每次从容器获取都创建一个新对象，容器创建之后就不再管理它，不会调用它的销毁方法；
- request、session：每个 HTTP 请求或会话一个对象，只能在 Web 应用中使用。

多个线程同时使用一个单例 Bean 时，Spring 不做任何同步，它是否线程安全取决于有没有可变的成员变量。Controller、Service 通常只持有其他 Bean 的引用，不保存与请求有关的数据，所以是安全的；一旦把请求中的数据存到成员变量里，不同请求就会互相覆盖。例如：

```java
@RestController
public class CounterController {
    private int count = 0;                    // 所有请求共享

    @GetMapping("/count")
    public int count() { return ++count; }    // ++ 不是原子操作
}
```

例如用 64 个线程并发请求 1 万次，多次运行中每轮丢失的更新从 0 次到 67 次不等（Spring Boot 3.3 实测，见[附录 A1](#a1-单例-bean-的成员变量)）。是否丢失、丢失多少取决于线程执行的时序，这类问题在测试中很难稳定复现。解决方法是不在单例中保存状态，把数据放在方法的局部变量中；确实需要共享时使用 AtomicInteger 等线程安全的类，每个线程各自的数据放在 ThreadLocal 中。

需要注意的是，把 prototype 的 Bean 注入到单例中，只会在创建单例时注入一次，之后每次使用的都是同一个对象。需要每次得到新对象时，注入 ObjectProvider 并在使用时调用 getObject()。

### 循环依赖

循环依赖指的是两个 Bean 互相依赖，例如 A 依赖 B，B 又依赖 A。

对于通过字段或者 Setter 注入的单例 Bean，Spring 通过提前暴露还没有初始化完成的对象来解决。DefaultSingletonBeanRegistry 中有三个缓存：

- 一级缓存 singletonObjects：初始化完成的 Bean；
- 二级缓存 earlySingletonObjects：提前暴露的、还没有初始化完成的 Bean；
- 三级缓存 singletonFactories：用于生成提前引用的工厂。

<div align="center"> <img src="pics/spring-circular.png" width="720px"/> </div><br>

需要三级缓存而不是两级，是因为 A 可能需要被 AOP 代理，而代理正常是在初始化的最后一步才创建的。三级缓存中的工厂被调用时，会判断 A 是否需要代理，需要的话提前创建代理返回给 B，之后初始化完成时不再重复创建。这样 B 拿到的对象与最终放入容器的对象是同一个；没有循环依赖时工厂不会被调用，代理仍按正常流程创建。

以下情况无法解决，启动时抛出 BeanCurrentlyInCreationException：

- 构造器注入的循环依赖：创建 A 时必须先有 B，A 还没有实例化，没有可以提前暴露的对象；
- 原型（prototype）作用域的 Bean：每次获取都创建新对象，不会放入缓存。

需要注意的是，Spring Boot 2.6 起默认禁止循环依赖，出现时直接启动失败，设置 spring.main.allow-circular-references=true 才能恢复。循环依赖通常说明职责划分有问题，更好的做法是调整依赖关系。

## 二、AOP

### 动态代理

面向切面编程（Aspect-Oriented Programming, AOP）用于把日志、事务、权限校验这类分散在各处的逻辑从业务代码中抽离出来。Spring AOP 基于动态代理实现：容器中保存的不是原始对象，而是代理对象，调用方法时先执行代理中的切面逻辑，再调用原始对象的方法。

两种代理方式：

- JDK 动态代理：目标类实现了接口时可以使用，代理类实现同样的接口，只能代理接口中的方法；
- CGLIB：在运行时生成目标类的子类，通过重写方法来代理，因此 final 类、final 方法和 private 方法无法被代理。

Spring Framework 在目标类实现了接口时默认使用 JDK 动态代理；Spring Boot 默认使用 CGLIB，可以通过 spring.aop.proxy-target-class 修改。

JDK 动态代理的原理可以用下面的代码说明，切面逻辑写在 InvocationHandler 中：

```java
public interface OrderService {
    void create();
}

OrderService target = () -> System.out.println("创建订单");
OrderService proxy = (OrderService) Proxy.newProxyInstance(
        OrderService.class.getClassLoader(),
        new Class<?>[]{OrderService.class},
        (p, method, args) -> {
            System.out.println("开启事务");
            Object result = method.invoke(target, args);
            System.out.println("提交事务");
            return result;
        });
proxy.create();
```

```text
开启事务
创建订单
提交事务
```

生成的代理类 jdk.proxy1.$Proxy0 的父类是 java.lang.reflect.Proxy。Java 不支持多继承，代理类已经继承了 Proxy，就只能通过实现接口与目标类关联，这就是 JDK 动态代理只能代理接口的原因，没有实现接口的类要用 CGLIB 生成子类（JDK 21 实测）。

动态代理与反射是两个概念：反射指的是在运行时获取类的信息、调用方法和读写字段，例如 method.invoke(target, args)；动态代理指的是在运行时生成新的类，例如上面的 Proxy.newProxyInstance() 生成了一个实现 OrderService 接口的类。JDK 动态代理依赖反射：代理类把每次调用都交给 InvocationHandler，传入表示被调用方法的 Method 对象，再由 method.invoke() 调用目标对象。

实际开发中不需要自己创建代理，用 @Aspect 声明切面，Spring 在创建 Bean 时生成代理。常见的做法是自定义一个注解，让切面拦截带有这个注解的方法。例如给下单方法加分布式锁：

```java
@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface DistributedLock {
    String prefix();                       // 锁的 key 为 prefix 加第一个参数
}

@Aspect
@Component
@Order(1)                                  // 比事务切面先执行，锁包在事务外面
public class DistributedLockAspect {
    private final StringRedisTemplate redis;   // 构造器注入，省略构造函数

    @Around("@annotation(lock)")           // 拦截带有 @DistributedLock 的方法
    public Object around(ProceedingJoinPoint pjp, DistributedLock lock) throws Throwable {
        String key = lock.prefix() + pjp.getArgs()[0];
        String value = UUID.randomUUID().toString();
        while (!Boolean.TRUE.equals(redis.opsForValue().setIfAbsent(key, value, Duration.ofSeconds(30)))) {
            Thread.onSpinWait();           // 简化：自旋重试
        }
        try {
            return pjp.proceed();          // 调用原方法
        } finally {
            redis.execute(UNLOCK, List.of(key), value);   // 是自己的锁才删除
        }
    }
}

@Service
public class OrderService {
    @Transactional
    @DistributedLock(prefix = "lock:order:user:")
    public boolean createOrder(int userId, int skuId) {
        // 查询这个用户是否已经买过这个商品，没有就插入订单，完整代码见附录 A2
    }
}
```

@Around 中的 @annotation(lock) 表示拦截所有带 @DistributedLock 的方法，并把注解对象作为参数 lock 传入；pjp.proceed() 调用原方法。UNLOCK 是先比较再删除的 Lua 脚本，原理见 [Redis 的 SET NX 指令](分布式.md#redis-的-set-nx-指令)。记录日志、限流、幂等校验也都是这种写法。

需要注意的是，createOrder() 上同时有事务和锁两个切面，它们的先后决定了锁是否包住事务。锁必须在外层：如果事务在外层，锁释放之后事务才提交，这期间另一个请求拿到锁，查不到还没有提交的订单，就会再创建一个。20 个请求同时为同一个用户下单，锁在事务外时 10 轮都只创建了 1 个订单；锁在事务内时 10 轮中有 8 轮创建了 2 个（Spring Boot 3.3、MySQL 8.0 实测，见[附录 A2](#a2-锁与事务的先后)）。

两个切面都没有指定顺序时，执行的先后是不确定的。@Order 的值越小越先执行、越靠外层，事务切面的默认值是 Ordered.LOWEST_PRECEDENCE，所以上面给锁的切面加上了 @Order(1)。

### 自调用

代理只能拦截从外部经过代理的调用。在目标对象内部调用自己的另一个方法时，等价于 this.inner()，调用的是原始对象，不经过代理，切面不会生效：

<div align="center"> <img src="pics/spring-aop-proxy.png" width="680px"/> </div><br>

```java
@Service
public class OrderService {
    public void outer() {
        inner();             // 自调用，inner() 上的事务不生效
    }

    @Transactional
    public void inner() {
    }
}
```

这是 @Transactional、@Async、@Cacheable 等注解失效最常见的原因。解决方法是把被调用的方法移到另一个 Bean 中，或者注入自身的代理，通过代理调用。

## 三、事务

### 声明式事务

@Transactional 同样基于 AOP 实现：代理在方法执行前开启事务，方法正常返回时提交，抛出异常时回滚。

需要注意的是，默认只有 RuntimeException 和 Error 会触发回滚，受检异常（例如 IOException）不会回滚，需要通过 rollbackFor 指定。

除了声明式事务，还可以用 TransactionTemplate 编程式地使用事务，事务的范围就是传入的回调：

```java
transactionTemplate.execute(status -> {
    jdbc.update("UPDATE goods SET stock = stock - 1 WHERE id = ?", 1001);
    jdbc.update("INSERT INTO orders (user_id, goods_id) VALUES (?, ?)", 1024, 1001);
    if (riskCheckFailed) {
        status.setRollbackOnly();          // 不抛异常也能回滚
    }
    return null;
});
```

回调正常返回时提交，抛出异常或者调用了 setRollbackOnly() 时回滚。它不依赖代理，不会因为自调用而失效，事务的范围也可以只是方法中的一段，适合只有一小段操作需要事务、或者要按条件决定回滚的场景，其余情况用 @Transactional 更简洁。

### 传播行为

传播行为指的是一个事务方法调用另一个事务方法时，事务如何传递。常用的有以下三种：

- REQUIRED：默认值，当前有事务就加入，没有就新建。内外两个方法属于同一个事务，一起提交或者一起回滚；
- REQUIRES_NEW：挂起当前事务，新建一个独立的事务，两个事务分别提交和回滚，例如无论业务成功与否都要保存的操作日志；
- NESTED：在当前事务中创建一个保存点，内层回滚时只回滚到保存点，外层回滚时内层也一起回滚。

REQUIRED 有一个常见的问题：内层方法抛出异常后，即使外层捕获了这个异常，整个事务也已经被标记为只能回滚，外层方法结束时事务回滚，并抛出 UnexpectedRollbackException。

### 事务失效

事务不生效的常见原因：

- 自调用：同一个类中的方法互相调用，不经过代理；
- 方法无法被代理：final 方法、static 方法和 private 方法；Spring 6.0 之前，非 public 方法上的注解也会被忽略；
- 异常被吞掉：方法内部捕获了异常而没有重新抛出，代理认为方法正常结束，提交了事务；
- 抛出的是受检异常，而没有配置 rollbackFor；
- 对象不是由 Spring 管理的，例如自己 new 出来的对象；
- 在新线程中操作数据库：事务绑定在当前线程上，其它线程中的操作不属于这个事务；
- 数据库不支持事务，例如 MySQL 的 MyISAM 引擎。

## 四、Spring Boot 自动配置

Spring Boot 在 Spring 的基础上提供了自动配置和 starter：starter 把一组常用的依赖打包在一起，例如 spring-boot-starter-web 引入了 Spring MVC、内嵌的 Tomcat 和 JSON 库；自动配置则根据引入的依赖自动创建所需的 Bean，不需要手动配置就能启动一个 Web 应用。

Spring Boot 并不是新的框架，容器、AOP、事务仍然是 Spring 提供的。除了 starter 和自动配置，它还能把应用连同内嵌的服务器打包成一个 jar，用 java -jar 直接运行，不再需要把 war 包部署到单独安装的 Tomcat 中。

自动配置的过程：

1. 启动类上的 @SpringBootApplication 组合了三个注解：@SpringBootConfiguration（相当于 @Configuration，启动类中也可以定义 @Bean）、@ComponentScan（扫描启动类所在的包及其子包）和 @EnableAutoConfiguration（开启自动配置）；
2. 启动时读取所有 jar 包中的 META-INF/spring/org.springframework.boot.autoconfigure.AutoConfiguration.imports 文件，得到自动配置类的列表，Spring Boot 2.7 之前写在 META-INF/spring.factories 中；
3. 每个自动配置类都带有条件注解，条件满足时才生效。例如 @ConditionalOnClass 要求类路径上存在某个类，@ConditionalOnMissingBean 要求用户没有定义同类型的 Bean，@ConditionalOnProperty 根据配置项决定。

例如引入 spring-boot-starter-jdbc 和数据库驱动后，数据源的自动配置类就会生效，按配置文件中的地址创建一个 DataSource；如果用户自己定义了 DataSource，由于 @ConditionalOnMissingBean，自动配置不再创建。因此用户的配置总是优先于自动配置。

自定义 starter 也是同样的做法。例如把公司内部的短信客户端做成 starter，自动配置类如下：

```java
@AutoConfiguration
@EnableConfigurationProperties(SmsProperties.class)
public class SmsAutoConfiguration {
    @Bean
    @ConditionalOnMissingBean                  // 用户自己定义了 SmsClient 时不再创建
    public SmsClient smsClient(SmsProperties props) {
        return new SmsClient(props.sign());
    }
}

@ConfigurationProperties("sms")               // 绑定配置文件中 sms.* 的配置
public record SmsProperties(String sign) {}
```

再在 jar 包的 META-INF/spring/org.springframework.boot.autoconfigure.AutoConfiguration.imports 文件中写上 SmsAutoConfiguration 的全名。其它项目引入这个 jar、配置 sms.sign 之后，就能直接注入 SmsClient；自己定义了 SmsClient 时，注入的是自己定义的那个。

需要注意的是，自动配置类要放在不会被组件扫描到的包中，只通过 imports 文件加载。自动配置类在用户定义的 Bean 都注册之后才处理，@ConditionalOnMissingBean 才能看到用户的 Bean；如果它被组件扫描到，就会和普通的配置类一起提前处理，条件可能判断错误。第三方 starter 按约定命名为 xxx-spring-boot-starter，spring-boot-starter-xxx 留给 Spring Boot 官方使用。

## 五、Spring MVC

Spring MVC 是基于 Servlet 的 Web 框架，按模型-视图-控制器（Model-View-Controller, MVC）的方式组织代码：Controller 接收请求、调用业务逻辑，Model 是要展示的数据，View 把数据渲染成页面。前后端分离后，Controller 通常直接把数据写成 JSON 返回，没有 View。

### 请求的处理过程

所有请求都先交给一个 DispatcherServlet，由它的 doDispatch 方法完成分发：

1. 通过 HandlerMapping 找到处理这个请求的方法（Handler），以及要经过的拦截器，组成 HandlerExecutionChain；
2. 依次执行拦截器的 preHandle，任何一个返回 false 就不再继续；
3. 通过 HandlerAdapter 调用 Controller 的方法，调用前把请求参数转换为方法参数，调用后把返回值转换为响应，例如用 Jackson 把对象写成 JSON；
4. 倒序执行拦截器的 postHandle；
5. 返回的是视图名时，由 ViewResolver 找到视图并渲染；@RestController 直接把返回值写入响应体，没有这一步；
6. 倒序执行拦截器的 afterCompletion，即使前面发生了异常也会执行，常用于清理资源。

在 Spring Boot 3.3（Spring MVC 6.1）中注册一个打印日志的拦截器，请求 GET /orders?userId=1024 时依次输出：

```text
[interceptor] preHandle /orders handler=demo.App$OrderController#list(int)
[controller] OrderController.list(1024)
[interceptor] postHandle
[interceptor] afterCompletion status=200
```

拦截器与过滤器（Filter）的区别：过滤器是 Servlet 规范定义的，在请求进入 DispatcherServlet 之前执行，拿不到要调用哪个 Controller 方法；拦截器由 Spring MVC 调用，可以拿到 Handler，并且能使用 Spring 容器中的 Bean。

拦截器与 Spring AOP 的区别：拦截器按 URL 匹配，只作用于进入 DispatcherServlet 的请求；AOP 按切点匹配任意 Spring Bean 的方法，Service 之间的调用也能拦截。因此登录校验、访问日志这类与请求有关的处理用拦截器，事务、缓存、分布式锁这类与业务方法有关的处理用 AOP。

## 六、MyBatis

### #{} 和 ${} 的区别

MyBatis 中 #{} 会被替换为占位符 ?，参数通过 PreparedStatement 单独传给数据库；${} 则是把参数直接拼接到 SQL 字符串中。用 ${} 时，传入的参数会改变 SQL 的结构，造成 SQL 注入：

```java
@Select("SELECT id, user_id AS userId, status FROM orders WHERE user_id = #{userId} ORDER BY id LIMIT 3")
List<Order> byUser(@Param("userId") int userId);

@Select("SELECT id, user_id AS userId, status FROM orders WHERE user_id = ${userId} ORDER BY id LIMIT 3")
List<Order> byUserUnsafe(@Param("userId") String userId);
```

参数传入 1024 OR 1=1 时，MyBatis 输出的 SQL 分别为：

```text
==>  Preparing: SELECT ... WHERE user_id = ? ORDER BY id LIMIT 3
==> Parameters: 1024(Integer)

==>  Preparing: SELECT ... WHERE user_id = 1024 OR 1=1 ORDER BY id LIMIT 3
==> Parameters:
```

第二条语句的条件恒为真，返回了其他用户的订单。${} 只用于表名、列名、ORDER BY 的字段这类不能使用占位符的地方，并且要用白名单校验参数。

### Mapper 接口为什么不需要实现类

MyBatis 在启动时为每个 Mapper 接口生成 JDK 动态代理，例如上面的 OrderMapper 注入的对象类型是 jdk.proxy2.$Proxy63，调用处理器是 MapperProxy。调用接口方法时，MapperProxy 按“接口全名 + 方法名”找到对应的 SQL，绑定参数后交给 SqlSession 执行，再把结果映射成返回类型。

这个代理是通过 FactoryBean 放进容器的。FactoryBean 是一种特殊的 Bean，容器按名称获取它时，得到的是它的 getObject() 返回的对象，名称前加 & 才能取到 FactoryBean 本身。MyBatis-Spring 为每个 Mapper 接口注册一个 MapperFactoryBean：getBean("app.OrderMapper") 得到的是上面的代理对象，getBean("&app.OrderMapper") 得到的是 MapperFactoryBean（Spring Boot 3.3、mybatis-spring 3.0 实测）。BeanFactory 则是容器本身的根接口，负责创建和管理所有 Bean，两者只是名称相近。

### 动态 SQL

XML 中可以用 if、where、foreach 等标签按参数拼接 SQL：

```xml
<select id="search" resultType="demo.App$Order">
  SELECT id, user_id AS userId, status FROM orders
  <where>
    <if test="userId != null">AND user_id = #{userId}</if>
    <if test="status != null">AND status = #{status}</if>
  </where>
</select>
```

只传 status 时生成 WHERE status = ?，两个都传时生成 WHERE user_id = ? AND status = ?，where 标签会去掉开头多余的 AND。

foreach 用于拼接 IN 列表。方法有多个参数时用 @Param 给参数命名，XML 中按名称引用：

```java
List<Order> byStatuses(@Param("userId") Integer userId, @Param("statuses") List<Integer> statuses);
```

```xml
<select id="byStatuses" resultType="demo.App$Order">
  SELECT id, user_id AS userId, status FROM orders
  WHERE user_id = #{userId} AND status IN
  <foreach collection="statuses" item="s" open="(" separator="," close=")">#{s}</foreach>
</select>
```

传入 1024 和 [0, 3] 时，生成的 SQL 和参数为：

```text
==>  Preparing: SELECT id, user_id AS userId, status FROM orders WHERE user_id = ? AND status IN ( ? , ? )
==> Parameters: 1024(Integer), 0(Integer), 3(Integer)
```

列表中的每个元素仍然是一个占位符。需要注意的是，列表为空时 foreach 不输出任何内容，括号也没有，SQL 变成 status IN 后面直接结束，执行时报语法错误，所以调用前要先判断列表是否为空。

### 缓存

- 一级缓存：默认开启，作用范围是一个 SqlSession，同一个会话中相同的查询只执行一次，执行增删改或提交后清空。与 Spring 集成时，不在事务中的每次调用都会使用新的 SqlSession，一级缓存基本不起作用；
- 二级缓存：需要在 Mapper 中配置 cache 才开启，多个会话共享，但缓存在单个应用的内存中，多个实例之间不一致，实际项目中很少使用，通常用 Redis 等缓存代替。

## 七、Spring 中的设计模式

| 模式 | Spring 中的例子 | 解决的问题 |
| --- | --- | --- |
| [工厂](设计模式%20-%20工厂方法.md) | BeanFactory、FactoryBean | 使用者只按名称或类型获取对象，不关心对象怎样创建 |
| [单例](设计模式%20%20-%20单例.md) | 默认的 singleton 作用域，由 DefaultSingletonBeanRegistry 保存 | 每个 Bean 在容器中只有一个对象，不是通过私有构造函数实现的 |
| [代理](设计模式%20-%20代理.md) | AOP 的 JdkDynamicAopProxy、CglibAopProxy | 在不修改原类的情况下加入事务、日志等逻辑，见 [动态代理](#动态代理) |
| [模板方法](设计模式%20-%20模板方法.md) | JdbcTemplate、TransactionTemplate、AbstractApplicationContext 的 refresh() | 固定的步骤（获取连接、执行、释放、处理异常）由框架完成，变化的部分由使用者传入 |
| [观察者](设计模式%20-%20观察者.md) | ApplicationEvent、ApplicationListener、@EventListener | 发布方不需要知道有哪些接收方 |
| [适配器](设计模式%20-%20适配器.md) | Spring MVC 的 HandlerAdapter | DispatcherServlet 用同一个接口调用不同形式的处理器，见 [请求的处理过程](#请求的处理过程) |
| [责任链](设计模式%20-%20责任链.md) | HandlerExecutionChain 中的拦截器、AOP 的 ReflectiveMethodInvocation | 多个拦截器或通知依次处理同一个请求 |
| [策略](设计模式%20-%20策略.md) | InstantiationStrategy、Resource 的多种实现 | 同一件事有多种做法，运行时选择其中一种 |

以观察者模式为例，订单支付成功后需要加积分、发短信，用事件解耦后，订单服务只负责发布事件：

```java
public record OrderPaidEvent(long orderId) {}

publisher.publishEvent(new OrderPaidEvent(1024));      // 订单服务，publisher 是注入的 ApplicationEventPublisher

@EventListener
public void on(OrderPaidEvent e) { ... }               // 积分服务、短信服务各写一个监听方法
```

需要注意的是，监听方法默认在发布事件的线程中同步执行。在 Spring Boot 3.3 中让短信服务的监听方法抛出异常，输出如下：

```text
[main] 订单 1024 支付成功，发布事件
[main] 短信服务：发送失败
[main] 发布方收到异常：短信网关超时
```

两个监听方法都在 main 线程中执行；短信服务先执行并抛出异常后，积分服务的监听方法没有被调用，异常还传回了订单服务。监听方法之间的顺序默认不确定，可以用 @Order 指定；不希望互相影响时，加上 @Async 让监听方法在线程池中异步执行，或者用 @TransactionalEventListener 在订单的事务提交之后再处理。

## 附录：实测

### A1 单例 Bean 的成员变量

Spring Boot 3.3.5、JDK 21，Apple M1 Pro。CounterController 与正文相同，用 Python 的线程池以 64 个线程请求 /count，每轮 1 万次，用请求前后 /count 的返回值计算增加了多少，应用启动后连续运行 3 轮：

```text
第 1 轮：64 个线程并发请求 10000 次，计数增加 9987，丢失 13 次更新
第 2 轮：64 个线程并发请求 10000 次，计数增加 10000，丢失 0 次更新
第 3 轮：64 个线程并发请求 10000 次，计数增加 10000，丢失 0 次更新
```

2026-10-28 重新启动应用后再运行两组：

```text
== 启动后第 1 组
第 1 轮：64 个线程并发请求 10000 次，计数增加 9933，丢失 67 次更新
第 2 轮：64 个线程并发请求 10000 次，计数增加 9986，丢失 14 次更新
第 3 轮：64 个线程并发请求 10000 次，计数增加 9997，丢失 3 次更新
== 启动后第 2 组
第 1 轮：64 个线程并发请求 10000 次，计数增加 9999，丢失 1 次更新
第 2 轮：64 个线程并发请求 10000 次，计数增加 9997，丢失 3 次更新
第 3 轮：64 个线程并发请求 10000 次，计数增加 9998，丢失 2 次更新
```

### A2 锁与事务的先后

Spring Boot 3.3.5（spring-boot-starter-aop、spring-boot-starter-data-redis）、JDK 21，MySQL 8.0.44（默认的可重复读），Redis 7.4.1，Apple M1 Pro。切面和 OrderService 与正文相同，createOrder() 的方法体为：

```java
Integer n = jdbc.queryForObject(
        "SELECT COUNT(*) FROM t3_order WHERE user_id = ? AND sku_id = ?", Integer.class, userId, skuId);
if (n > 0) {
    return false;                          // 一人一单
}
jdbc.update("INSERT INTO t3_order (user_id, sku_id) VALUES (?, ?)", userId, skuId);
return true;
```

每轮先清空 t3_order，再用 20 个线程同时调用 createOrder(1024, 10086)，统计返回 true 的次数和表中的行数。对照组加一个配置类 @EnableTransactionManagement(order = 0)，让事务切面比锁的切面（@Order(1)）更靠外：

```text
锁在事务外（锁 @Order(1)，事务切面为默认的 LOWEST_PRECEDENCE）
第 1～10 轮：20 个并发请求，返回成功 1 次，订单表中 1 行
锁在事务内（事务切面 order = 0）
第 1 轮：20 个并发请求，返回成功 2 次，订单表中 2 行
第 2 轮：20 个并发请求，返回成功 2 次，订单表中 2 行
第 3 轮：20 个并发请求，返回成功 1 次，订单表中 1 行
第 4 轮：20 个并发请求，返回成功 2 次，订单表中 2 行
第 5 轮：20 个并发请求，返回成功 1 次，订单表中 1 行
第 6 轮：20 个并发请求，返回成功 2 次，订单表中 2 行
第 7 轮：20 个并发请求，返回成功 2 次，订单表中 2 行
第 8 轮：20 个并发请求，返回成功 2 次，订单表中 2 行
第 9 轮：20 个并发请求，返回成功 2 次，订单表中 2 行
第 10 轮：20 个并发请求，返回成功 2 次，订单表中 2 行
```

### A3 Bean 创建的调用栈

环境同 A2。在一个 @Component 的构造函数和带 @Autowired 的 Setter 方法中 new Throwable().getStackTrace()，只保留 org.springframework.beans、org.springframework.context 和反射的帧（从栈顶到栈底）：

```text
== 构造函数
  DirectConstructorHandleAccessor.newInstance
  Constructor.newInstanceWithCaller
  Constructor.newInstance
  BeanUtils.instantiateClass
  SimpleInstantiationStrategy.instantiate
  AbstractAutowireCapableBeanFactory.instantiateBean
  AbstractAutowireCapableBeanFactory.createBeanInstance
  AbstractAutowireCapableBeanFactory.doCreateBean
  AbstractAutowireCapableBeanFactory.createBean
  AbstractBeanFactory.lambda$doGetBean$0
  DefaultSingletonBeanRegistry.getSingleton
  AbstractBeanFactory.doGetBean
  AbstractBeanFactory.getBean
  DefaultListableBeanFactory.preInstantiateSingletons
  AbstractApplicationContext.finishBeanFactoryInitialization
  AbstractApplicationContext.refresh
== Setter 注入
  DirectMethodHandleAccessor.invoke
  Method.invoke
  AutowiredAnnotationBeanPostProcessor$AutowiredMethodElement.inject
  InjectionMetadata.inject
  AutowiredAnnotationBeanPostProcessor.postProcessProperties
  AbstractAutowireCapableBeanFactory.populateBean
  AbstractAutowireCapableBeanFactory.doCreateBean
  （以下与构造函数相同）
```

## 参考资料

- [Spring Framework: Dependency Injection](https://docs.spring.io/spring-framework/reference/core/beans/dependencies/factory-collaborators.html)
- [Spring Framework: Customizing the Nature of a Bean](https://docs.spring.io/spring-framework/reference/core/beans/factory-nature.html)
- [Spring Framework: Container Extension Points](https://docs.spring.io/spring-framework/reference/core/beans/factory-extension.html)
- [Spring Framework: Proxying Mechanisms](https://docs.spring.io/spring-framework/reference/core/aop/proxying.html)
- [Spring Framework: Using @Transactional](https://docs.spring.io/spring-framework/reference/data-access/transaction/declarative/annotations.html)
- [Spring Framework: Transaction Propagation](https://docs.spring.io/spring-framework/reference/data-access/transaction/declarative/tx-propagation.html)
- [Spring Framework 源码：DefaultSingletonBeanRegistry](https://github.com/spring-projects/spring-framework/blob/main/spring-beans/src/main/java/org/springframework/beans/factory/support/DefaultSingletonBeanRegistry.java)
- [Spring Boot: Creating Your Own Auto-configuration](https://docs.spring.io/spring-boot/reference/features/developing-auto-configuration.html)
- [Spring Boot: Using the @SpringBootApplication Annotation](https://docs.spring.io/spring-boot/reference/using/using-the-springbootapplication-annotation.html)
- [Spring Framework: Programmatic Transaction Management](https://docs.spring.io/spring-framework/reference/data-access/transaction/programmatic.html)
- [Spring Framework: Declaring Advice（Advice Ordering）](https://docs.spring.io/spring-framework/reference/core/aop/ataspectj/advice.html)
- [Spring Framework 源码：AbstractApplicationContext](https://github.com/spring-projects/spring-framework/blob/6.1.x/spring-context/src/main/java/org/springframework/context/support/AbstractApplicationContext.java)
- [Spring Boot 2.6 Release Notes](https://github.com/spring-projects/spring-boot/wiki/Spring-Boot-2.6-Release-Notes)
- [Spring Boot 2.7 Release Notes](https://github.com/spring-projects/spring-boot/wiki/Spring-Boot-2.7-Release-Notes)
- [MyBatis 3 文档](https://mybatis.org/mybatis-3/zh_CN/index.html)
- [MyBatis 3: Dynamic SQL](https://mybatis.org/mybatis-3/dynamic-sql.html)
- [DispatcherServlet | Spring Framework 文档](https://docs.spring.io/spring-framework/reference/web/webmvc/mvc-servlet.html)