🚀 Spring 核心思想：IoC 與 AOP 的哲學與架構演進
文章目錄
- 🚀 Spring 核心思想：IoC 與 AOP 的哲學與架構演進
- 🏛️ 一、Spring 誕生背景與設計哲學
- ⚡ EJB 時代的困境
- 💡 Spring 的設計哲學突破
- 🔄 二、IoC：控制反轉的核心思想
- 🔍 傳統依賴管理的困境
- 🎯 IoC 原理深度解析
- ⚙️ Spring IoC 容器工作機制
- ✂️ 三、AOP：面向切面編程的思想
- 🎯 橫切關注點的識別
- 🔧 AOP 核心概念體系
- ⚡ AOP 實現機制深度剖析
- 🛠️ Spring AOP 實戰應用
- 🤝 四、IoC 與 AOP 的融合設計
- 🏗️ Spring 框架的整合架構
- 🔧 技術實現深度解析
- 💡 融合設計的業務價值
- 📜 五、Spring 架構演進簡史
- 🕰️ Spring 版本演進時間線
- 🔄 配置方式的演進
- 🚀 Spring Boot 的革命性影響
- 🔮 六、總結與未來展望
- 💎 Spring 核心思想的價值總結
- 🎯 Spring 在現代架構中的位置
🏛️ 一、Spring 誕生背景與設計哲學
⚡ EJB 時代的困境
傳統 J2EE 開發的痛點分析：
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維度
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EJB 2.x 時代特徵
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問題分析
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影響範圍
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開發效率 |
繁瑣的部署描述符、XML 配置
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配置複雜、開發週期長
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整個項目生命週期
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測試能力 |
依賴容器運行
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難以單元測試、調試困難
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代碼質量保障
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代碼侵入性 |
繼承特定接口、綁定特定廠商
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移植性差、技術選型受限
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技術選型靈活性
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性能開銷 |
遠程調用、序列化
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資源消耗大、響應慢
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系統性能表現
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複雜度 |
重量級容器（WebLogic、JBoss）
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學習曲線陡峭、入門難
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團隊技術成長
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EJB 2.x 典型代碼示例：
// EJB 2.x 風格的業務代碼（問題重重）
public class UserManagementBean implements SessionBean {
private SessionContext context;
// EJB 容器回調方法（侵入性強）
public void setSessionContext(SessionContext context) {
this.context = context;
}
// 業務方法（依賴JNDI查找）
public User findUser(String userId) throws Exception {
// 硬編碼的JNDI查找
DataSource ds = (DataSource) new InitialContext().lookup("java:comp/env/jdbc/UserDB");
Connection conn = ds.getConnection();
// ... 繁瑣的數據庫操作
return user;
}
// 必須實現的空方法（模板代碼）
public void ejbActivate() {}
public void ejbPassivate() {}
public void ejbRemove() {}
}💡 Spring 的設計哲學突破
Spring 框架的核心設計原則：
Spring 的宣言式編程示例：
// Spring 風格的 POJO 業務組件（簡潔清晰）
@Component
public class UserService {
private final UserRepository userRepository;
// 構造函數注入（依賴關係明確）
public UserService(UserRepository userRepository) {
this.userRepository = userRepository;
}
// 純粹的業務邏輯（無框架依賴）
public User findUser(String userId) {
return userRepository.findById(userId);
}
}
// 數據訪問層接口（面向接口編程）
public interface UserRepository {
User findById(String userId);
}
// 實現類（可替換的實現）
@Repository
public class JdbcUserRepository implements UserRepository {
private final JdbcTemplate jdbcTemplate;
public JdbcUserRepository(JdbcTemplate jdbcTemplate) {
this.jdbcTemplate = jdbcTemplate;
}
@Override
public User findById(String userId) {
String sql = "SELECT * FROM users WHERE user_id = ?";
return jdbcTemplate.queryForObject(sql, new UserRowMapper(), userId);
}
}🔄 二、IoC：控制反轉的核心思想
🔍 傳統依賴管理的困境
緊耦合代碼的問題分析：
// 傳統緊耦合的實現方式
public class OrderService {
// 直接依賴具體實現類
private UserService userService = new UserServiceImpl();
private PaymentService paymentService = new PaymentServiceImpl();
public void processOrder(Order order) {
// 問題1：難以替換實現（硬編碼）
User user = userService.findUser(order.getUserId());
// 問題2：難以測試（無法Mock依賴）
boolean paymentResult = paymentService.processPayment(order);
// 問題3：生命週期管理複雜
// ...
}
}
// 測試困難示例
public class OrderServiceTest {
@Test
public void testProcessOrder() {
OrderService service = new OrderService();
// 問題：無法隔離測試，必須啓動真實依賴
service.processOrder(testOrder); // 可能觸發真實支付！
}
}🎯 IoC 原理深度解析
控制權反轉示意圖：
graph LR
A[應用程序] --> B[傳統方式：主動創建依賴]
B --> C[緊耦合架構]
D[應用程序] --> E[IoC方式：被動接收依賴]
E --> F[鬆耦合架構]
G[Spring容器] --> E
style B fill:#ffccbc,stroke:#333
style E fill:#c8e6c9,stroke:#333
style G fill:#bbdefb,stroke:#333依賴注入的三種方式對比：
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注入方式
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優點
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缺點
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適用場景
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構造函數注入 |
依賴不可變、保證對象完全初始化
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參數過多時構造函數複雜
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推薦首選，強依賴，必須注入的場景
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Setter 注入 |
靈活，可選依賴
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對象可能處於不完整狀態
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可選依賴，非必需組件
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接口注入 |
高度解耦
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侵入性強、使用複雜
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特殊框架集成或面向接口編程
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⚙️ Spring IoC 容器工作機制
Bean 生命週期管理流程：
// Spring IoC 容器的核心工作機制
public class SpringIoCProcess {
/**
* Bean 定義加載階段
*/
public void loadBeanDefinitions() {
// 1. 配置源解析（XML/註解/JavaConfig）
BeanDefinitionReader reader = new XmlBeanDefinitionReader();
reader.loadBeanDefinitions("applicationContext.xml");
// 2. BeanDefinition 註冊到 BeanFactory
DefaultListableBeanFactory beanFactory = new DefaultListableBeanFactory();
reader.registerBeanDefinitions(beanFactory);
}
/**
* Bean 實例化階段
*/
public void instantiateBeans() {
// 3. 依賴關係分析
DependencyResolver resolver = new DependencyResolver();
Map<String, Set<String>> dependencies = resolver.resolveDependencies();
// 4. 按依賴順序實例化（反射機制）
for (String beanName : getInstantiationOrder(dependencies)) {
BeanDefinition bd = beanFactory.getBeanDefinition(beanName);
Object bean = instantiateBean(bd); // 反射創建實例
// 5. 依賴注入
populateDependencies(bean, bd);
// 6. 初始化回調
initializeBean(bean, bd);
}
}
private Object instantiateBean(BeanDefinition bd) {
Class<?> beanClass = Class.forName(bd.getClassName());
Constructor<?> constructor = beanClass.getDeclaredConstructor();
return constructor.newInstance();
}
}現代註解配置示例：
@Configuration
@ComponentScan("com.example.service")
public class AppConfig {
@Bean
public DataSource dataSource() {
// 配置數據源
return new HikariDataSource();
}
@Bean
public JdbcTemplate jdbcTemplate(DataSource dataSource) {
// 方法參數自動注入
return new JdbcTemplate(dataSource);
}
@Bean
@ConditionalOnClass(name = "com.redis.clients.jedis.Jedis")
public RedisTemplate redisTemplate() {
// 條件化配置
return new RedisTemplate();
}
}
// 使用示例
@SpringBootApplication
public class Application {
public static void main(String[] args) {
// IoC 容器啓動
ApplicationContext context = SpringApplication.run(Application.class, args);
// 依賴獲取（控制反轉）
UserService userService = context.getBean(UserService.class);
userService.findUser("123");
}
}✂️ 三、AOP：面向切面編程的思想
🎯 橫切關注點的識別
AOP 要解決的典型問題：
// 橫切關注點散落在業務代碼中
@Service
public class OrderService {
public Order createOrder(OrderRequest request) {
// 日誌記錄（橫切關注點）
log.info("開始創建訂單，用户：{}", request.getUserId());
long startTime = System.currentTimeMillis();
try {
// 事務管理（橫切關注點）
Transaction transaction = transactionManager.begin();
// 核心業務邏輯
Order order = new Order();
order.setUserId(request.getUserId());
order.setItems(request.getItems());
orderRepository.save(order);
// 事務提交
transactionManager.commit(transaction);
long costTime = System.currentTimeMillis() - startTime;
log.info("訂單創建成功，耗時：{}ms", costTime);
return order;
} catch (Exception e) {
// 異常處理（橫切關注點）
log.error("訂單創建失敗", e);
throw new BusinessException("訂單創建失敗");
}
}
}
// 類似的橫切代碼重複出現在各個服務中
@Service
public class UserService {
public User createUser(UserRequest request) {
log.info("開始創建用户：{}", request.getUsername());
long startTime = System.currentTimeMillis();
try {
Transaction transaction = transactionManager.begin();
// 業務邏輯...
transactionManager.commit(transaction);
log.info("用户創建成功，耗時：{}ms", System.currentTimeMillis() - startTime);
} catch (Exception e) {
log.error("用户創建失敗", e);
throw new BusinessException("用户創建失敗");
}
}
}🔧 AOP 核心概念體系
AOP 概念關係圖：
AOP 專業術語詳解：
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術語
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英文
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含義
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示例
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切面
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Aspect
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橫切關注點的模塊化
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日誌切面、事務切面
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連接點
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Joinpoint
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程序執行中的特定點
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方法調用、異常拋出
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切點
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Pointcut
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匹配連接點的謂詞
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通知
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Advice
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切面在特定連接點執行的動作
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引入
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Introduction
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為類添加新接口或方法
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為 Bean 添加 |
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目標對象
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Target Object
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被代理的對象
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AOP 代理
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AOP Proxy
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由 AOP 框架創建的對象
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JDK 動態代理或 CGLIB 代理
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⚡ AOP 實現機制深度剖析
動態代理工作原理：
// JDK 動態代理機制示例
public class JdkDynamicProxyDemo {
public static void main(String[] args) {
// 原始目標對象
UserService target = new UserServiceImpl();
// 創建代理對象
UserService proxy = (UserService) Proxy.newProxyInstance(
target.getClass().getClassLoader(),
target.getClass().getInterfaces(),
new InvocationHandler() {
@Override
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)
throws Throwable {
// 前置增強
System.out.println("方法執行前: " + method.getName());
long startTime = System.currentTimeMillis();
try {
// 調用原始方法
Object result = method.invoke(target, args);
// 後置增強
System.out.println("方法執行成功，耗時: " +
(System.currentTimeMillis() - startTime) + "ms");
return result;
} catch (Exception e) {
// 異常增強
System.out.println("方法執行異常: " + e.getMessage());
throw e;
}
}
}
);
// 使用代理對象
proxy.findUser("123"); // 將觸發增強邏輯
}
}
// CGLIB 代理機制（針對類而非接口）
public class CglibProxyDemo {
public static void main(String[] args) {
Enhancer enhancer = new Enhancer();
enhancer.setSuperclass(UserServiceImpl.class);
enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() {
@Override
public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args,
MethodProxy proxy) throws Throwable {
System.out.println("CGLIB代理前置處理");
Object result = proxy.invokeSuper(obj, args);
System.out.println("CGLIB代理後置處理");
return result;
}
});
UserService proxy = (UserService) enhancer.create();
proxy.findUser("123");
}
}🛠️ Spring AOP 實戰應用
聲明式 AOP 配置：
// 切面定義
@Aspect
@Component
public class LoggingAspect {
private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(LoggingAspect.class);
// 切點定義：匹配service包下的所有方法
@Pointcut("execution(* com.example.service.*.*(..))")
public void serviceMethods() {}
// 前置通知
@Before("serviceMethods()")
public void logMethodStart(JoinPoint joinPoint) {
String methodName = joinPoint.getSignature().getName();
logger.info("開始執行方法: {}", methodName);
}
// 環繞通知（功能最強大）
@Around("serviceMethods()")
public Object measureMethodPerformance(ProceedingJoinPoint joinPoint)
throws Throwable {
long startTime = System.currentTimeMillis();
try {
// 執行目標方法
Object result = joinPoint.proceed();
long elapsedTime = System.currentTimeMillis() - startTime;
logger.info("方法 {} 執行完成，耗時: {}ms",
joinPoint.getSignature().getName(), elapsedTime);
return result;
} catch (Exception e) {
logger.error("方法執行異常: {}", joinPoint.getSignature().getName(), e);
throw e;
}
}
// 後置通知（無論是否異常都執行）
@After("serviceMethods()")
public void logMethodEnd(JoinPoint joinPoint) {
logger.info("方法執行結束: {}", joinPoint.getSignature().getName());
}
// 異常通知
@AfterThrowing(pointcut = "serviceMethods()", throwing = "ex")
public void logException(JoinPoint joinPoint, Exception ex) {
logger.error("方法執行出現異常: {}", joinPoint.getSignature().getName(), ex);
}
}
// 事務管理切面（Spring內置）
@Service
@Transactional // 聲明式事務管理
public class OrderService {
public Order createOrder(OrderRequest request) {
// 純淨的業務邏輯，無事務代碼
Order order = new Order();
order.setUserId(request.getUserId());
return orderRepository.save(order);
}
}🤝 四、IoC 與 AOP 的融合設計
🏗️ Spring 框架的整合架構
IoC 容器與 AOP 的協作流程：
🔧 技術實現深度解析
BeanPostProcessor 機制：
// Spring AOP 的核心實現機制
@Component
public class AopBeanPostProcessor implements BeanPostProcessor, PriorityOrdered {
private final AspectJAdvisorFactory advisorFactory;
private final BeanFactory beanFactory;
@Override
public Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName) {
if (bean instanceof AopInfrastructureBean) {
return bean; // 基礎設施Bean不代理
}
// 檢查是否需要為Bean創建代理
Object[] specificInterceptors = getAdvicesAndAdvisorsForBean(bean.getClass(), beanName);
if (specificInterceptors != null) {
// 創建AOP代理
Object proxy = createProxy(bean.getClass(), bean, beanName, specificInterceptors);
return proxy;
}
return bean;
}
private Object createProxy(Class<?> beanClass, Object bean, String beanName,
Object[] specificInterceptors) {
ProxyFactory proxyFactory = new ProxyFactory();
proxyFactory.setTarget(bean);
// 添加切面通知
for (Object interceptor : specificInterceptors) {
proxyFactory.addAdvisor((Advisor) interceptor);
}
// 選擇代理策略
if (beanClass.isInterface()) {
proxyFactory.setInterfaces(beanClass.getInterfaces()); // JDK代理
} else {
proxyFactory.setProxyTargetClass(true); // CGLIB代理
}
return proxyFactory.getProxy();
}
}
// 自定義Bean後處理器示例
@Component
public class CustomBeanPostProcessor implements BeanPostProcessor {
@Override
public Object postProcessBeforeInitialization(Object bean, String beanName) {
// Bean初始化前的處理
System.out.println("Before initialization: " + beanName);
return bean;
}
@Override
public Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName) {
// Bean初始化後的處理
System.out.println("After initialization: " + beanName);
return bean;
}
}💡 融合設計的業務價值
解耦後的純淨業務代碼：
// 業務服務類（完全專注於業務邏輯）
@Service
public class CleanOrderService {
private final OrderRepository orderRepository;
private final UserService userService;
// 依賴注入（IoC好處）
public CleanOrderService(OrderRepository orderRepository, UserService userService) {
this.orderRepository = orderRepository;
this.userService = userService;
}
// 純淨的業務方法（AOP處理橫切關注點）
public Order createOrder(CreateOrderCommand command) {
// 業務驗證
User user = userService.validateUser(command.getUserId());
// 業務邏輯
Order order = new Order();
order.setUserId(command.getUserId());
order.setItems(command.getItems());
order.setStatus(OrderStatus.CREATED);
// 數據持久化
return orderRepository.save(order);
}
public Order payOrder(String orderId, PaymentInfo paymentInfo) {
Order order = orderRepository.findById(orderId);
// 支付業務邏輯
order.setStatus(OrderStatus.PAID);
order.setPaymentTime(LocalDateTime.now());
return orderRepository.save(order);
}
}
// 橫切關注點由AOP統一處理
@Aspect
@Component
public class BusinessAspect {
@Around("@within(org.springframework.stereotype.Service)")
public Object businessMethodMonitor(ProceedingJoinPoint joinPoint) throws Throwable {
// 統一日誌記錄
// 統一性能監控
// 統一異常處理
// 統一事務管理
return joinPoint.proceed();
}
}📜 五、Spring 架構演進簡史
🕰️ Spring 版本演進時間線
🔄 配置方式的演進
從 XML 到註解的配置演進：
<!-- Spring 1.x: XML 配置方式 -->
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans">
<bean id="userService" class="com.example.UserServiceImpl">
<property name="userRepository" ref="userRepository"/>
</bean>
<bean id="userRepository" class="com.example.JdbcUserRepository">
<property name="dataSource" ref="dataSource"/>
</bean>
<bean id="dataSource" class="org.apache.commons.dbcp.BasicDataSource">
<property name="driverClassName" value="com.mysql.jdbc.Driver"/>
<property name="url" value="jdbc:mysql://localhost/test"/>
</bean>
<!-- AOP XML 配置 -->
<bean id="logAspect" class="com.example.LogAspect"/>
<aop:config>
<aop:aspect ref="logAspect">
<aop:before pointcut="execution(* com.example.*.*(..))"
method="logBefore"/>
</aop:aspect>
</aop:config>
</beans>// Spring 2.x: 註解配置開始興起
@Component
public class UserServiceImpl implements UserService {
@Autowired
private UserRepository userRepository;
}
@Repository
public class JdbcUserRepository implements UserRepository {
@Autowired
private DataSource dataSource;
}
// 仍需XML開啓註解掃描
<context:component-scan base-package="com.example"/>// Spring 3.x+: 純Java配置
@Configuration
@ComponentScan("com.example")
public class AppConfig {
@Bean
public DataSource dataSource() {
return DataSourceBuilder.create()
.driverClassName("com.mysql.jdbc.Driver")
.url("jdbc:mysql://localhost/test")
.build();
}
@Bean
public UserService userService(UserRepository userRepository) {
return new UserServiceImpl(userRepository);
}
}
// AOP 註解配置
@Aspect
@Component
public class LogAspect {
@Before("execution(* com.example.*.*(..))")
public void logBefore() {
System.out.println("方法執行前");
}
}🚀 Spring Boot 的革命性影響
Spring Boot 的自動配置魔法：
// Spring Boot 應用（極簡配置）
@SpringBootApplication // 複合註解：@Configuration + @ComponentScan + @EnableAutoConfiguration
public class Application {
public static void main(String[] args) {
SpringApplication.run(Application.class, args);
}
}
// 自動配置原理
@Configuration
@ConditionalOnClass(DataSource.class)
@ConditionalOnProperty(name = "spring.datasource.url")
public class DataSourceAutoConfiguration {
@Bean
@ConditionalOnMissingBean
public DataSource dataSource(Environment environment) {
// 根據application.properties自動創建DataSource
return DataSourceBuilder.create()
.url(environment.getProperty("spring.datasource.url"))
.username(environment.getProperty("spring.datasource.username"))
.build();
}
}
// 條件化配置示例
@Configuration
@ConditionalOnWebApplication // 僅Web應用生效
@ConditionalOnClass(SpringSecurityConfig.class) // 類路徑存在時生效
@AutoConfigureAfter(SecurityAutoConfiguration.class) // 在指定配置後生效
public class CustomSecurityAutoConfiguration {
@Bean
@ConditionalOnMissingBean // 不存在該Bean時創建
public SecurityFilterChain securityFilterChain(HttpSecurity http) throws Exception {
return http.authorizeHttpRequests(auth -> auth.anyRequest().authenticated())
.build();
}
}🔮 六、總結與未來展望
💎 Spring 核心思想的價值總結
IoC 與 AOP 的協同效應：
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設計原則
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解決的問題
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帶來的價值
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實際影響
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控制反轉（IoC）
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組件間緊耦合
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代碼可測試、可維護
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支撐敏捷開發、快速迭代
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依賴注入（DI）
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對象創建複雜
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配置靈活、替換容易
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微服務架構基礎
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面向切面（AOP）
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代碼重複分散
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關注點分離、代碼純淨
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系統可觀測性提升
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面向接口（OOP/接口隔離）
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實現綁定具體類
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多態性、擴展性強
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架構靈活性增強
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🎯 Spring 在現代架構中的位置
雲原生時代的 Spring：
// 現代 Spring 應用架構
@SpringBootApplication
@EnableEurekaClient // 服務註冊發現
@EnableCircuitBreaker // 熔斷保護
@EnableConfigServer // 配置中心
public class CloudNativeApplication {
public static void main(String[] args) {
SpringApplication.run(CloudNativeApplication.class, args);
}
}
// 響應式編程支持
@RestController
public class ReactiveController {
@GetMapping("/users")
public Flux<User> getUsers() {
return userRepository.findAll(); // 響應式數據流
}
@PostMapping("/users")
public Mono<User> createUser(@RequestBody User user) {
return userRepository.save(user);
}
}
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