Java面试：Spring及Spring Cloud技术深度剖析

Spring及Spring Cloud技术深度剖析

前言

在Java开发领域，Spring框架一直是企业级应用开发的中流砥柱，而Spring Boot的出现更是极大地简化了Spring应用的开发过程。同时，Spring Cloud为构建分布式系统提供了强大的支持。本文将围绕Spring及Spring Cloud的一系列核心问题展开详细探讨，旨在帮助开发者深入理解这些技术的原理和应用。

1. Spring Boot与以前的Spring有什么区别

Spring是一个功能强大的Java开发框架，它提供了IoC（控制反转）和AOP（面向切面编程）等核心特性，帮助开发者构建企业级应用。然而，传统的Spring开发需要大量的配置文件，如XML配置，这使得项目的搭建和维护变得复杂。

Spring Boot则是为了解决这些问题而诞生的。它采用了“约定优于配置”的原则，通过自动配置机制，减少了开发者手动编写配置文件的工作量。Spring Boot还提供了嵌入式服务器，如Tomcat、Jetty等，使得应用可以像普通Java程序一样直接运行，无需额外的服务器配置。此外，Spring Boot集成了各种开发工具和插件，如Spring Initializr，方便开发者快速创建项目。

2. Spring Boot启动加载过程是什么样的

Spring Boot的启动过程主要包括以下几个步骤：

1. 启动入口：Spring Boot应用的启动通常从一个带有@SpringBootApplication注解的主类开始，该注解是一个组合注解，包含了@Configuration、@EnableAutoConfiguration和@ComponentScan。
2. 创建SpringApplication实例：在主类的main方法中，调用SpringApplication.run()方法，该方法会创建一个SpringApplication实例。
3. 初始化环境：SpringApplication实例会初始化应用的运行环境，包括加载配置文件、解析命令行参数等。
4. 创建ApplicationContext：根据应用类型（如Web应用或非Web应用）创建相应的ApplicationContext实例。
5. 自动配置：@EnableAutoConfiguration注解会触发Spring Boot的自动配置机制，根据类路径下的依赖和配置，自动配置Spring应用的各个组件。
6. 注册Bean：ApplicationContext会扫描应用中的@Component、@Service、@Repository等注解的类，并将它们注册为Bean。
7. 启动嵌入式服务器：如果是Web应用，Spring Boot会启动嵌入式服务器，如Tomcat或Jetty。
8. 应用启动完成：所有的初始化工作完成后，Spring Boot应用启动完成，开始接收请求。

3. Spring的IOC/AOP的实现

IOC（控制反转）

IOC是Spring的核心特性之一，它将对象的创建和依赖关系的管理从代码中分离出来，交给Spring容器来处理。Spring的IOC容器通过BeanFactory或ApplicationContext来实现。

BeanFactory是Spring IOC容器的基础接口，它提供了基本的Bean管理功能，如获取Bean、注册Bean等。ApplicationContext是BeanFactory的子接口，它在BeanFactory的基础上提供了更多的功能，如国际化支持、事件发布等。

Spring的IOC容器通过读取配置文件（如XML配置或Java注解）来创建和管理Bean。当需要使用某个Bean时，只需要从容器中获取即可，而不需要手动创建对象。

AOP（面向切面编程）

AOP是Spring的另一个核心特性，它允许开发者在不修改原有代码的情况下，对程序的功能进行增强。AOP通过将横切关注点（如日志记录、事务管理等）从业务逻辑中分离出来，提高了代码的可维护性和可复用性。

Spring的AOP实现基于动态代理，主要有两种方式：JDK动态代理和CGLIB动态代理。JDK动态代理基于接口实现，而CGLIB动态代理基于继承实现。

4. 动态代理的实现方式，是否使用过CGLiB，和JDK的区别是什么

动态代理的实现方式

动态代理是在运行时创建代理对象的一种技术，主要有两种实现方式：JDK动态代理和CGLIB动态代理。

JDK动态代理

JDK动态代理是Java提供的一种动态代理机制，它基于接口实现。使用JDK动态代理需要实现InvocationHandler接口，并重写invoke方法。在invoke方法中，可以对目标方法进行增强。

CGLIB动态代理

CGLIB是一个强大的、高性能的代码生成库，它可以在运行时扩展Java类和实现接口。CGLIB动态代理基于继承实现，它通过生成目标类的子类来实现代理。

区别

• 实现方式：JDK动态代理基于接口实现，而CGLIB动态代理基于继承实现。
• 性能：在调用次数较少的情况下，JDK动态代理的性能较好；在调用次数较多的情况下，CGLIB动态代理的性能较好。
• 适用场景：JDK动态代理适用于目标对象实现了接口的情况，而CGLIB动态代理适用于目标对象没有实现接口的情况。

5. 何时使用JDK还是CGLiB？如何强制使用CGLIB实现AOP

何时使用JDK还是CGLiB

• 使用JDK动态代理：当目标对象实现了接口时，建议使用JDK动态代理，因为它是Java原生的动态代理机制，性能较好。
• 使用CGLIB动态代理：当目标对象没有实现接口时，只能使用CGLIB动态代理。

如何强制使用CGLIB实现AOP

在Spring中，可以通过配置proxy-target-class属性为true来强制使用CGLIB实现AOP。例如，在XML配置中可以这样配置：

<aop:aspectj-autoproxy proxy-target-class="true"/>

在Java配置中可以这样配置：

@Configuration
@EnableAspectJAutoProxy(proxyTargetClass = true)
public class AppConfig {// 配置类内容
}

6. Spring在选择用JDK还是CGLiB的依据是什么？CGlib比JDK快?

选择依据

Spring在选择使用JDK还是CGLIB动态代理时，主要依据目标对象是否实现了接口。如果目标对象实现了接口，Spring默认使用JDK动态代理；如果目标对象没有实现接口，Spring会使用CGLIB动态代理。

CGlib比JDK快?

在调用次数较少的情况下，JDK动态代理的性能较好，因为它是Java原生的动态代理机制，不需要额外的类生成过程。在调用次数较多的情况下，CGLIB动态代理的性能较好，因为它在生成代理类时进行了优化，减少了方法调用的开销。

7. Spring如何解决循环依赖（三级缓存）

Spring通过三级缓存来解决循环依赖问题，三级缓存分别是：

1. singletonObjects：单例对象缓存，用于存储已经创建好的单例对象。
2. singletonFactories：单例工厂缓存，用于存储创建单例对象的工厂。
3. earlySingletonObjects：提前暴露的单例对象缓存，用于存储还未完全初始化的单例对象。

当一个Bean被创建时，首先会将其对应的ObjectFactory放入singletonFactories中。如果在创建过程中发现有循环依赖，会从singletonFactories中获取对应的ObjectFactory，并调用其getObject()方法，将创建的早期对象放入earlySingletonObjects中。最后，当Bean完全初始化完成后，将其从earlySingletonObjects中移除，并放入singletonObjects中。

8. Spring中解决循环依赖为什么要用三级缓存，二级为什么不行呢?

使用三级缓存的主要原因是为了支持AOP。在创建Bean的过程中，如果需要进行AOP增强，需要在早期暴露的对象上进行代理。如果只有二级缓存，无法在早期暴露的对象上进行代理，因为此时对象还没有完全初始化。

通过三级缓存，Spring可以在早期暴露的对象上进行代理，并将代理对象放入earlySingletonObjects中。这样，在解决循环依赖时，就可以使用代理对象，而不是原始对象。

9. spring能解决那些循环依赖、不能解决那些循环依赖，为什么?

能解决的循环依赖

Spring可以解决单例Bean的循环依赖问题，无论是通过构造函数注入还是通过Setter方法注入。对于单例Bean，Spring通过三级缓存机制可以在对象还未完全初始化时就提前暴露对象，从而解决循环依赖问题。

不能解决的循环依赖

Spring不能解决原型Bean的循环依赖问题。因为原型Bean每次请求都会创建一个新的对象，Spring无法提前暴露对象，也就无法解决循环依赖问题。此外，如果循环依赖是通过构造函数注入的，并且使用了@Scope("prototype")注解，Spring也无法解决循环依赖问题。

10. Spring注入bean的方式有哪些

构造函数注入

构造函数注入是通过在类的构造函数中声明依赖的Bean来实现的。例如：

public class UserService {private UserRepository userRepository;public UserService(UserRepository userRepository) {this.userRepository = userRepository;}
}

Setter方法注入

Setter方法注入是通过在类中提供Setter方法来注入依赖的Bean。例如：

public class UserService {private UserRepository userRepository;public void setUserRepository(UserRepository userRepository) {this.userRepository = userRepository;}
}

字段注入

字段注入是通过在类的字段上使用@Autowired注解来注入依赖的Bean。例如：

public class UserService {@Autowiredprivate UserRepository userRepository;
}

11. Spring的后置处理器分析

Spring的后置处理器是一种特殊的Bean，它可以在Bean的生命周期的不同阶段对Bean进行处理。Spring提供了两种类型的后置处理器：BeanFactoryPostProcessor和BeanPostProcessor。

BeanFactoryPostProcessor

BeanFactoryPostProcessor是在BeanFactory初始化完成后，但在Bean实例化之前执行的。它可以对BeanFactory中的Bean定义进行修改。例如，可以通过PropertySourcesPlaceholderConfigurer来替换配置文件中的占位符。

BeanPostProcessor

BeanPostProcessor是在Bean实例化和属性注入之后，但在初始化方法调用前后执行的。它可以对Bean进行增强，如添加代理、修改属性等。例如，ApplicationContextAwareProcessor可以在Bean中注入ApplicationContext。

12. BeanFactory和ApplicationContext的联系和区别

联系

ApplicationContext是BeanFactory的子接口，它继承了BeanFactory的所有功能，并提供了更多的特性，如国际化支持、事件发布等。

区别

• 功能特性：BeanFactory是Spring IOC容器的基础接口，提供了基本的Bean管理功能；ApplicationContext在BeanFactory的基础上提供了更多的高级功能，如国际化支持、事件发布、AOP自动代理等。
• 初始化方式：BeanFactory是懒加载的，只有在需要使用Bean时才会创建；ApplicationContext是在启动时就会创建所有的单例Bean。
• 使用场景：BeanFactory适用于资源有限的环境，如嵌入式系统；ApplicationContext适用于大多数企业级应用开发。

13. 说说你对spring事务的理解

Spring事务是Spring框架提供的一种机制，用于管理数据库操作的一致性和完整性。通过Spring事务，可以将一组数据库操作作为一个原子操作来执行，要么全部成功，要么全部失败。

Spring事务的实现基于AOP，通过在方法执行前后进行事务的开启、提交或回滚操作来实现事务的管理。Spring提供了两种事务管理方式：编程式事务管理和声明式事务管理。

编程式事务管理

编程式事务管理需要在代码中手动编写事务管理的代码，如开启事务、提交事务、回滚事务等。这种方式比较灵活，但代码量较大，维护成本较高。

声明式事务管理

声明式事务管理是通过注解或XML配置来实现的，不需要在代码中手动编写事务管理的代码。这种方式代码简洁，维护成本较低，是Spring中推荐的事务管理方式。

14. Spring的@Transactional如何实现的

@Transactional是Spring提供的一个注解，用于声明式事务管理。它的实现基于AOP，主要步骤如下：

1. 解析注解：Spring在启动时会扫描带有@Transactional注解的方法，并解析注解中的属性，如事务传播级别、事务隔离级别等。
2. 创建代理对象：Spring会为带有@Transactional注解的类创建代理对象，在代理对象中插入事务管理的逻辑。
3. 事务拦截：在调用带有@Transactional注解的方法时，代理对象会拦截该方法的调用，并在方法执行前后进行事务的开启、提交或回滚操作。
4. 异常处理：如果方法执行过程中抛出异常，代理对象会根据异常类型和@Transactional注解的配置决定是否回滚事务。

15. Spring的事务传播级别

Spring的事务传播级别定义了在一个事务方法中调用另一个事务方法时，事务的行为。Spring提供了7种事务传播级别：

1. PROPAGATION_REQUIRED：如果当前存在事务，则加入该事务；如果当前没有事务，则创建一个新的事务。
2. PROPAGATION_SUPPORTS：如果当前存在事务，则加入该事务；如果当前没有事务，则以非事务方式执行。
3. PROPAGATION_MANDATORY：如果当前存在事务，则加入该事务；如果当前没有事务，则抛出异常。
4. PROPAGATION_REQUIRES_NEW：创建一个新的事务，并挂起当前事务。
5. PROPAGATION_NOT_SUPPORTED：以非事务方式执行，并挂起当前事务。
6. PROPAGATION_NEVER：以非事务方式执行，如果当前存在事务，则抛出异常。
7. PROPAGATION_NESTED：如果当前存在事务，则在嵌套事务中执行；如果当前没有事务，则创建一个新的事务。

16. Spring的事务隔离级别

Spring的事务隔离级别定义了一个事务对其他事务的可见性。Spring提供了4种事务隔离级别：

1. ISOLATION_DEFAULT：使用数据库的默认隔离级别。
2. ISOLATION_READ_UNCOMMITTED：允许读取未提交的数据，可能会导致脏读、不可重复读和幻读问题。
3. ISOLATION_READ_COMMITTED：只允许读取已提交的数据，避免了脏读问题，但可能会导致不可重复读和幻读问题。
4. ISOLATION_REPEATABLE_READ：确保在同一个事务中多次读取同一数据时，数据的结果是一致的，避免了脏读和不可重复读问题，但可能会导致幻读问题。
5. ISOLATION_SERIALIZABLE：最高的隔离级别，确保所有事务依次执行，避免了脏读、不可重复读和幻读问题，但会降低并发性能。

17. Spring的事务失效场景分析

方法不是public的

@Transactional注解只能用于public方法上，如果用于非public方法，事务将失效。

异常被捕获但未抛出

如果在事务方法中捕获了异常但没有重新抛出，Spring无法感知到异常，不会进行事务回滚。

自调用问题

如果在同一个类中，一个方法调用另一个带有@Transactional注解的方法，事务将失效。因为Spring的事务管理是基于AOP的，自调用不会经过代理对象，所以事务注解不会生效。

数据库不支持事务

如果使用的数据库不支持事务，如MySQL的MyISAM引擎，Spring的事务管理将失效。

18. Spring的事务失效原因分析

注解配置问题

如@Transactional注解的属性配置错误，或注解没有正确使用，可能导致事务失效。

AOP代理问题

Spring的事务管理是基于AOP的，如果AOP代理配置不正确，如没有开启AOP自动代理，或代理模式选择错误，可能导致事务失效。

数据库连接问题

如果数据库连接配置不正确，或数据库连接池出现问题，可能导致事务失效。

19. Spring Cloud Zuul网关的调优策略有哪些？怎么实现其高可用？Zuu和Gataway，你们项目中是怎么选择的？项目中对Zuul网关层的要求是什么样的？

调优策略

• 线程池配置：调整Zuul的线程池大小，根据实际业务需求合理分配线程资源。
• 超时配置：设置合理的请求超时时间，避免长时间等待导致资源浪费。
• 缓存配置：使用缓存来减少重复请求，提高响应速度。
• 限流配置：对请求进行限流，防止过多的请求导致系统崩溃。

高可用实现

可以通过部署多个Zuul实例，并使用负载均衡器（如Nginx）来实现Zuul的高可用。负载均衡器会将请求均匀地分发到各个Zuul实例上，当某个实例出现故障时，负载均衡器会自动将请求转发到其他正常的实例上。

Zuul和Gateway的选择

• Zuul：Zuul是Netflix开源的网关组件，功能强大，有丰富的过滤器和插件。适用于已经使用Netflix生态系统的项目。
• Gateway：Spring Cloud Gateway是Spring官方推出的网关组件，基于Reactor和Netty，性能更好，支持响应式编程。适用于基于Spring Cloud的新项目。

项目中对Zuul网关层的要求

• 高性能：能够快速处理大量的请求，减少响应时间。
• 高可用：具备容错和故障转移能力，确保系统的稳定性。
• 安全性：提供身份验证、授权、限流等安全功能，保护后端服务。
• 可扩展性：能够方便地添加新的过滤器和插件，满足业务需求的变化。

20. Spring Cloud Eureka和Nacos对比？怎么做选择？Eureka中高可用是怎么做的？进行的调优有哪些？原理是什么?

对比

• 功能特性：Eureka是Netflix开源的服务发现组件，主要提供服务注册和发现功能；Nacos是阿里巴巴开源的服务发现和配置管理平台，除了服务注册和发现功能外，还提供了配置管理、动态路由等功能。
• 性能：Nacos在性能上优于Eureka，尤其是在大规模服务注册和发现场景下。
• 社区活跃度：Nacos的社区活跃度较高，有更多的用户和贡献者，更新和维护也比较及时。

选择

如果项目已经使用了Netflix的其他组件，如Zuul、Ribbon等，建议选择Eureka；如果项目需要更强大的功能，如配置管理、动态路由等，建议选择Nacos。

Eureka高可用实现

Eureka的高可用是通过多个Eureka Server实例之间的相互注册和同步来实现的。每个Eureka Server实例都可以作为其他实例的客户端，将自己的服务信息注册到其他实例上，并从其他实例上获取服务信息。

调优

• 心跳间隔：调整服务实例向Eureka Server发送心跳的间隔时间，减少网络开销。
• 服务过期时间：设置合理的服务过期时间，避免长时间未收到心跳的服务实例一直占用资源。
• 缓存配置：使用缓存来减少Eureka Server的负载，提高响应速度。

原理

Eureka的原理基于客户端-服务器模式。服务实例作为客户端，将自己的服务信息注册到Eureka Server上；Eureka Server作为服务器，负责存储和管理服务信息，并提供服务发现功能。服务消费者可以从Eureka Server上获取服务提供者的信息，并进行调用。

21. Spring Cloud 中常用的注解有哪些？怎么用的?

@EnableEurekaClient

用于启用Eureka客户端功能，将服务注册到Eureka Server上。例如：

@SpringBootApplication
@EnableEurekaClient
public class MyServiceApplication {public static void main(String[] args) {SpringApplication.run(MyServiceApplication.class, args);}
}

@EnableZuulProxy

用于启用Zuul网关代理功能。例如：

@SpringBootApplication
@EnableZuulProxy
public class ZuulGatewayApplication {public static void main(String[] args) {SpringApplication.run(ZuulGatewayApplication.class, args);}
}

@FeignClient

用于创建Feign客户端，实现声明式的REST调用。例如：

@FeignClient(name = "my-service")
public interface MyServiceClient {@GetMapping("/api/data")String getData();
}

@HystrixCommand

用于为方法添加Hystrix熔断机制，当方法调用失败时，会执行fallback方法。例如：

@Service
public class MyService {@HystrixCommand(fallbackMethod = "fallback")public String getData() {// 调用远程服务return restTemplate.getForObject("http://my-service/api/data", String.class);}public String fallback() {return "Fallback data";}
}

22. Spring Cloud中的组件有哪些？具体说说？微服务架构中用到的关键技术有哪些?

Spring Cloud中的组件

• Eureka：服务注册和发现组件，用于管理服务的注册和发现。
• Zuul：网关组件，用于实现请求的路由和过滤。
• Ribbon：负载均衡组件，用于实现客户端的负载均衡。
• Feign：声明式的REST客户端，用于简化REST调用。
• Hystrix：熔断和限流组件，用于保护服务的稳定性。
• Config：配置管理组件，用于集中管理微服务的配置。
• Gateway：新一代的网关组件，基于Reactor和Netty，性能更好。

微服务架构中用到的关键技术

• 服务注册和发现：通过服务注册和发现机制，微服务可以动态地注册和发现其他服务。
• 负载均衡：通过负载均衡技术，将请求均匀地分发到多个服务实例上，提高系统的性能和可用性。
• 熔断和限流：通过熔断和限流机制，保护服务免受故障和过载的影响。
• 配置管理：通过配置管理技术，集中管理微服务的配置，方便配置的更新和维护。
• 消息队列：通过消息队列实现微服务之间的异步通信，提高系统的解耦性和可扩展性。

23. Spring Cloud Config配置架构是什么样的？可视化怎么做的？设计的业务有哪些?

配置架构

Spring Cloud Config的配置架构主要由三部分组成：

• Config Server：配置服务器，用于存储和管理配置文件。可以从本地文件系统、Git仓库、SVN仓库等获取配置文件。
• Config Client：配置客户端，用于从Config Server获取配置信息。在应用启动时，Config Client会自动从Config Server获取配置信息，并将其注入到应用中。
• 配置仓库：用于存储配置文件的仓库，可以是本地文件系统、Git仓库、SVN仓库等。

可视化

可以使用Spring Cloud Config Dashboard来实现Spring Cloud Config的可视化管理。Spring Cloud Config Dashboard是一个基于Web的可视化工具，它可以方便地查看和管理配置信息。

设计的业务

• 多环境配置管理：可以为不同的环境（如开发、测试、生产）配置不同的配置文件，方便管理和维护。
• 动态配置更新：可以在不重启应用的情况下，动态更新配置信息，提高系统的灵活性和可维护性。
• 配置共享：可以将公共的配置信息集中管理，供多个微服务共享使用。

参考书籍、文献和资料

• 《Spring实战》
• 《Spring Cloud微服务实战》
• Spring官方文档：https://spring.io/docs
• Spring Cloud官方文档：https://spring.io/projects/spring-cloud

总结

本文围绕Spring及Spring Cloud的核心问题进行了详细探讨，包括Spring Boot与传统Spring的区别、Spring Boot的启动加载过程、Spring的IOC/AOP实现、动态代理、循环依赖解决、Bean注入方式、后置处理器、事务管理、Spring Cloud的组件和注解等。通过深入理解这些技术的原理和应用，开发者可以更好地使用Spring和Spring Cloud来构建企业级应用和分布式系统。同时，在实际项目中，需要根据具体的业务需求和场景，选择合适的技术和配置，以提高系统的性能、可用性和可维护性。