什么是Spring？
Spring是一个支持快速开发Java EE应用程序的框架。它提供了一系列底层容器和基础设施，并可以和大量常用的开源框架无缝集成，可以说是开发Java EE应用程序的必备。
Spring Framework主要包括几个模块：

• 支持IoC和AOP的容器；
• 支持JDBC和ORM的数据访问模块；
• 支持声明式事务的模块；
• 支持基于Servlet的MVC开发；
• 支持基于Reactive的Web开发；

• 以及集成JMS、JavaMail、JMX、缓存等其他模块。

  1.IoC容器

  什么是容器？容器是一种为某种特定组件的运行提供必要支持的一个软件环境。例如，Tomcat就是一个Servlet容器，它可以为Servlet的运行提供运行环境。类似Docker这样的软件也是一个容器，它提供了必要的Linux环境以便运行一个特定的Linux进程。
  通常来说，使用容器运行组件，除了提供一个组件运行环境之外，容器还提供了许多底层服务。例如，Servlet容器底层实现了TCP连接，解析HTTP协议等非常复杂的服务，如果没有容器来提供这些服务，我们就无法编写像Servlet这样代码简单，功能强大的组件。早期的JavaEE服务器提供的EJB容器最重要的功能就是通过声明式事务服务，使得EJB组件的开发人员不必自己编写冗长的事务处理代码，所以极大地简化了事务处理。
  Spring的核心就是提供了一个IoC容器，它可以管理所有轻量级的JavaBean组件，提供的底层服务包括组件的生命周期管理、配置和组装服务、AOP支持，以及建立在AOP基础上的声明式事务服务等。

  1.IoC原理

  Spring提供的容器又称为IoC容器，什么是IoC？
  IoC全称Inversion of Control，直译为控制反转。
  IoC模式下，控制权发生了反转，即从应用程序转移到了IoC容器，所有组件不再由应用程序自己创建和配置，而是由IoC容器负责，这样，应用程序只需要直接使用已经创建好并且配置好的组件。为了能让组件在IoC容器中被“装配”出来，需要某种“注入”机制，例如，BookService自己并不会创建DataSource，而是等待外部通过setDataSource()方法来注入一个DataSource：

  public class BookService {
    private DataSource dataSource;
    public void setDataSource(DataSource dataSource) {
        this.dataSource = dataSource;
    }
  }

  不直接new一个DataSource，而是注入一个DataSource，这个小小的改动虽然简单，却带来了一系列好处：

1. BookService不再关心如何创建DataSource，因此，不必编写读取数据库配置之类的代码；
2. DataSource实例被注入到BookService，同样也可以注入到UserService，因此，共享一个组件非常简单；
3. 测试BookService更容易，因为注入的是DataSource，可以使用内存数据库，而不是真实的MySQL配置。

因此，IoC又称为依赖注入（DI：Dependency Injection），它解决了一个最主要的问题：将组件的创建+配置与组件的使用相分离，并且，由IoC容器负责管理组件的生命周期。
因为IoC容器要负责实例化所有的组件，因此，有必要告诉容器如何创建组件，以及各组件的依赖关系。一种最简单的配置是通过XML文件来实现，例如：

<beans>
  <bean id="dataSource" class="HikariDataSource" />
  <bean id="bookService" class="BookService">
    <property name="dataSource" ref="dataSource" />
  </bean>
  <bean id="userService" class="UserService">
    <property name="dataSource" ref="dataSource" />
  </bean>
</beans>

上述XML配置文件指示IoC容器创建3个JavaBean组件，并把id为dataSource的组件通过属性dataSource（即调用setDataSource()方法）注入到另外两个组件中。
在Spring的IoC容器中，我们把所有组件统称为JavaBean，即配置一个组件就是配置一个Bean。

1.依赖注入方式

我们从上面的代码可以看到，依赖注入可以通过set()方法实现。但依赖注入也可以通过构造方法实现。
很多Java类都具有带参数的构造方法，如果我们把BookService改造为通过构造方法注入，那么实现代码如下：

public class BookService {
    private DataSource dataSource;
    public BookService(DataSource dataSource) {
        this.dataSource = dataSource;
    }
}

Spring的IoC容器同时支持属性注入和构造方法注入，并允许混合使用。

2.无侵入容器

在设计上，Spring的IoC容器是一个高度可扩展的无侵入容器。所谓无侵入，是指应用程序的组件无需实现Spring的特定接口，或者说，组件根本不知道自己在Spring的容器中运行。这种无侵入的设计有以下好处：

1. 应用程序组件既可以在Spring的IoC容器中运行，也可以自己编写代码自行组装配置；

2. 测试的时候并不依赖Spring容器，可单独进行测试，大大提高了开发效率。

   2.装配Bean

   需要编写一个特定的application.xml配置文件，告诉Spring的IoC容器应该如何创建并组装Bean：

   <?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
   <beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
    xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
    xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans
        https://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd">
    <bean id="userService" class="com.itranswarp.learnjava.service.UserService">
        <property name="mailService" ref="mailService" />
    </bean>
    <bean id="mailService" class="com.itranswarp.learnjava.service.MailService" />
   </beans>

   注意观察上述配置文件，其中与XML Schema相关的部分格式是固定的，我们只关注两个的配置：

• 每个都有一个id标识，相当于Bean的唯一ID；
• 在userServiceBean中，通过注入了另一个Bean；
• Bean的顺序不重要，Spring根据依赖关系会自动正确初始化。

把上述XML配置文件用Java代码写出来，就像这样：

UserService userService = new UserService();
MailService mailService = new MailService();
userService.setMailService(mailService);

只不过Spring容器是通过读取XML文件后使用反射完成的。
如果注入的不是Bean，而是boolean、int、String这样的数据类型，则通过value注入，例如，创建一个HikariDataSource：

<bean id="dataSource" class="com.zaxxer.hikari.HikariDataSource">
  <property name="jdbcUrl" value="jdbc:mysql://localhost:3306/test" />
  <property name="username" value="root" />
  <property name="password" value="password" />
  <property name="maximumPoolSize" value="10" />
  <property name="autoCommit" value="true" />
</bean>

最后一步，我们需要创建一个Spring的IoC容器实例，然后加载配置文件，让Spring容器为我们创建并装配好配置文件中指定的所有Bean，这只需要一行代码：

ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("application.xml");

接下来，我们就可以从Spring容器中“取出”装配好的Bean然后使用它：

// 获取Bean:
UserService userService = context.getBean(UserService.class);
// 正常调用:
User user = userService.login("bob@example.com", "password");

完整的main()方法如下：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("application.xml");
        UserService userService = context.getBean(UserService.class);
        User user = userService.login("bob@example.com", "password");
        System.out.println(user.getName());
    }
}

1.ApplicationContext

我们从创建Spring容器的代码：

ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("application.xml");

可以看到，Spring容器就是ApplicationContext，它是一个接口，有很多实现类，这里我们选择ClassPathXmlApplicationContext，表示它会自动从classpath中查找指定的XML配置文件。
获得了ApplicationContext的实例，就获得了IoC容器的引用。从ApplicationContext中我们可以根据Bean的ID获取Bean，但更多的时候我们根据Bean的类型获取Bean的引用：

UserService userService = context.getBean(UserService.class);

Spring还提供另一种IoC容器叫BeanFactory，使用方式和ApplicationContext类似：

BeanFactory factory = new XmlBeanFactory(new ClassPathResource("application.xml"));
MailService mailService = factory.getBean(MailService.class);

BeanFactory和ApplicationContext的区别在于，BeanFactory的实现是按需创建，即第一次获取Bean时才创建这个Bean，而ApplicationContext会一次性创建所有的Bean。实际上，ApplicationContext接口是从BeanFactory接口继承而来的，并且，ApplicationContext提供了一些额外的功能，包括国际化支持、事件和通知机制等。通常情况下，我们总是使用ApplicationContext，很少会考虑使用BeanFactory。
Spring的IoC容器接口是ApplicationContext，并提供了多种实现类；
通过XML配置文件创建IoC容器时，使用ClassPathXmlApplicationContext；
持有IoC容器后，通过getBean()方法获取Bean的引用。

3.使用Annotation配置

添加一个@Component注解：

@Component
public class MailService {
    ...
}

这个@Component注解就相当于定义了一个Bean，它有一个可选的名称，默认是mailService，即小写开头的类名。
然后，我们给UserService添加一个@Component注解和一个@Autowired注解：

@Component
public class UserService {
    @Autowired
    MailService mailService;
    ...
}

使用@Autowired就相当于把指定类型的Bean注入到指定的字段中。和XML配置相比，@Autowired大幅简化了注入，因为它不但可以写在set()方法上，还可以直接写在字段上，甚至可以写在构造方法中：

@Component
public class UserService {
    MailService mailService;
    public UserService(@Autowired MailService mailService) {
        this.mailService = mailService;
    }
    ...
}

我们一般把@Autowired写在字段上，通常使用package权限的字段，便于测试。
最后，编写一个AppConfig类启动容器：

@Configuration
@ComponentScan
public class AppConfig {
    public static void main(String[] args) {
        ApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
        UserService userService = context.getBean(UserService.class);
        User user = userService.login("bob@example.com", "password");
        System.out.println(user.getName());
    }
}

除了main()方法外，AppConfig标注了@Configuration，表示它是一个配置类，因为我们创建ApplicationContext时：

ApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);

使用的实现类是AnnotationConfigApplicationContext，必须传入一个标注了@Configuration的类名。
此外，AppConfig还标注了@ComponentScan，它告诉容器，自动搜索当前类所在的包以及子包，把所有标注为@Component的Bean自动创建出来，并根据@Autowired进行装配。
使用Annotation配合自动扫描能大幅简化Spring的配置，我们只需要保证：

• 每个Bean被标注为@Component并正确使用@Autowired注入；
• 配置类被标注为@Configuration和@ComponentScan；
• 所有Bean均在指定包以及子包内。

使用@ComponentScan非常方便，但是，我们也要特别注意包的层次结构。通常来说，启动配置AppConfig位于自定义的顶层包（例如com.itranswarp.learnjava），其他Bean按类别放入子包。
使用Annotation可以大幅简化配置，每个Bean通过@Component和@Autowired注入；
必须合理设计包的层次结构，才能发挥@ComponentScan的威力。

4.定制Bean

1.Scope

对于Spring容器来说，当我们把一个Bean标记为@Component后，它就会自动为我们创建一个单例（Singleton），即容器初始化时创建Bean，容器关闭前销毁Bean。在容器运行期间，我们调用getBean(Class)获取到的Bean总是同一个实例。
还有一种Bean，我们每次调用getBean(Class)，容器都返回一个新的实例，这种Bean称为Prototype（原型），它的生命周期显然和Singleton不同。声明一个Prototype的Bean时，需要添加一个额外的@Scope注解：

@Component
@Scope(ConfigurableBeanFactory.SCOPE_PROTOTYPE) // @Scope("prototype")
public class MailSession {
    ...
}

2.注入List

有些时候，我们会有一系列接口相同，不同实现类的Bean。例如，注册用户时，我们要对email、password和name这3个变量进行验证。为了便于扩展，我们先定义验证接口：

public interface Validator {
    void validate(String email, String password, String name);
}

然后，分别使用3个Validator对用户参数进行验证：

@Component
public class EmailValidator implements Validator {
    public void validate(String email, String password, String name) {
        if (!email.matches("^[a-z0-9]+\\@[a-z0-9]+\\.[a-z]{2,10}$")) {
            throw new IllegalArgumentException("invalid email: " + email);
        }
    }
}
@Component
public class PasswordValidator implements Validator {
    public void validate(String email, String password, String name) {
        if (!password.matches("^.{6,20}$")) {
            throw new IllegalArgumentException("invalid password");
        }
    }
}
@Component
public class NameValidator implements Validator {
    public void validate(String email, String password, String name) {
        if (name == null || name.isBlank() || name.length() > 20) {
            throw new IllegalArgumentException("invalid name: " + name);
        }
    }
}

最后，我们通过一个Validators作为入口进行验证：

@Component
public class Validators {
    @Autowired
    List<Validator> validators;
    public void validate(String email, String password, String name) {
        for (var validator : this.validators) {
            validator.validate(email, password, name);
        }
    }
}

注意到Validators被注入了一个List，Spring会自动把所有类型为Validator的Bean装配为一个List注入进来，这样一来，我们每新增一个Validator类型，就自动被Spring装配到Validators中了，非常方便。
因为Spring是通过扫描classpath获取到所有的Bean，而List是有序的，要指定List中Bean的顺序，可以加上@Order注解：

@Component
@Order(1)
public class EmailValidator implements Validator {
    ...
}
@Component
@Order(2)
public class PasswordValidator implements Validator {
    ...
}
@Component
@Order(3)
public class NameValidator implements Validator {
    ...
}

3.可选注入

默认情况下，当我们标记了一个@Autowired后，Spring如果没有找到对应类型的Bean，它会抛出NoSuchBeanDefinitionException异常。
可以给@Autowired增加一个required = false的参数：

@Component
public class MailService {
    @Autowired(required = false)
    ZoneId zoneId = ZoneId.systemDefault();
    ...
}

这个参数告诉Spring容器，如果找到一个类型为ZoneId的Bean，就注入，如果找不到，就忽略。
这种方式非常适合有定义就使用定义，没有就使用默认值的情况。

4.创建第三方Bean

如果一个Bean不在我们自己的package管理之内，例如ZoneId，如何创建它？
答案是我们自己在@Configuration类中编写一个Java方法创建并返回它，注意给方法标记一个@Bean注解：

@Configuration
@ComponentScan
public class AppConfig {
    // 创建一个Bean:
    @Bean
    ZoneId createZoneId() {
        return ZoneId.of("Z");
    }
}

Spring对标记为@Bean的方法只调用一次，因此返回的Bean仍然是单例。

5.初始化和销毁

有些时候，一个Bean在注入必要的依赖后，需要进行初始化（监听消息等）。在容器关闭时，有时候还需要清理资源（关闭连接池等）。我们通常会定义一个init()方法进行初始化，定义一个shutdown()方法进行清理，然后，引入JSR-250定义的Annotation：

<dependency>
  <groupId>javax.annotation</groupId>
  <artifactId>javax.annotation-api</artifactId>
  <version>1.3.2</version>
</dependency>

在Bean的初始化和清理方法上标记@PostConstruct和@PreDestroy：

@Component
public class MailService {
    @Autowired(required = false)
    ZoneId zoneId = ZoneId.systemDefault();
    @PostConstruct
    public void init() {
        System.out.println("Init mail service with zoneId = " + this.zoneId);
    }
    @PreDestroy
    public void shutdown() {
        System.out.println("Shutdown mail service");
    }
}

Spring容器会对上述Bean做如下初始化流程：

• 调用构造方法创建MailService实例；
• 根据@Autowired进行注入；
• 调用标记有@PostConstruct的init()方法进行初始化。

而销毁时，容器会首先调用标记有@PreDestroy的shutdown()方法。
Spring只根据Annotation查找无参数方法，对方法名不作要求。

6.使用别名

默认情况下，对一种类型的Bean，容器只创建一个实例。但有些时候，我们需要对一种类型的Bean创建多个实例。例如，同时连接多个数据库，就必须创建多个DataSource实例。
如果我们在@Configuration类中创建了多个同类型的Bean：

@Configuration
@ComponentScan
public class AppConfig {
    @Bean
    ZoneId createZoneOfZ() {
        return ZoneId.of("Z");
    }
    @Bean
    ZoneId createZoneOfUTC8() {
        return ZoneId.of("UTC+08:00");
    }
}

Spring会报NoUniqueBeanDefinitionException异常，意思是出现了重复的Bean定义。
这个时候，需要给每个Bean添加不同的名字：

@Configuration
@ComponentScan
public class AppConfig {
    @Bean("z")
    ZoneId createZoneOfZ() {
        return ZoneId.of("Z");
    }
    @Bean
    @Qualifier("utc8")
    ZoneId createZoneOfUTC8() {
        return ZoneId.of("UTC+08:00");
    }
}

可以用@Bean(“name”)指定别名，也可以用@Bean+@Qualifier(“name”)指定别名。
存在多个同类型的Bean时，注入ZoneId又会报错：

NoUniqueBeanDefinitionException: No qualifying bean of type 'java.time.ZoneId' available: expected single matching bean but found 2

意思是期待找到唯一的ZoneId类型Bean，但是找到两。因此，注入时，要指定Bean的名称：

@Component
public class MailService {
    @Autowired(required = false)
    @Qualifier("z") // 指定注入名称为"z"的ZoneId
    ZoneId zoneId = ZoneId.systemDefault();
    ...
}

还有一种方法是把其中某个Bean指定为@Primary：

@Configuration
@ComponentScan
public class AppConfig {
    @Bean
    @Primary // 指定为主要Bean
    @Qualifier("z")
    ZoneId createZoneOfZ() {
        return ZoneId.of("Z");
    }
    @Bean
    @Qualifier("utc8")
    ZoneId createZoneOfUTC8() {
        return ZoneId.of("UTC+08:00");
    }
}

这样，在注入时，如果没有指出Bean的名字，Spring会注入标记有@Primary的Bean。这种方式也很常用。例如，对于主从两个数据源，通常将主数据源定义为@Primary：

@Configuration
@ComponentScan
public class AppConfig {
    @Bean
    @Primary
    DataSource createMasterDataSource() {
        ...
    }
    @Bean
    @Qualifier("slave")
    DataSource createSlaveDataSource() {
        ...
    }
}

其他Bean默认注入的就是主数据源。如果要注入从数据源，那么只需要指定名称即可。

7.使用FactoryBean

我们在设计模式的工厂方法中讲到，很多时候，可以通过工厂模式创建对象。Spring也提供了工厂模式，允许定义一个工厂，然后由工厂创建真正的Bean。
用工厂模式创建Bean需要实现FactoryBean接口。我们观察下面的代码：

@Component
public class ZoneIdFactoryBean implements FactoryBean<ZoneId> {
    String zone = "Z";
    @Override
    public ZoneId getObject() throws Exception {
        return ZoneId.of(zone);
    }
    @Override
    public Class<?> getObjectType() {
        return ZoneId.class;
    }
}

当一个Bean实现了FactoryBean接口后，Spring会先实例化这个工厂，然后调用getObject()创建真正的Bean。getObjectType()可以指定创建的Bean的类型，因为指定类型不一定与实际类型一致，可以是接口或抽象类。
因此，如果定义了一个FactoryBean，要注意Spring创建的Bean实际上是这个FactoryBean的getObject()方法返回的Bean。为了和普通Bean区分，我们通常都以XxxFactoryBean命名。
Spring默认使用Singleton创建Bean，也可指定Scope为Prototype；
可将相同类型的Bean注入List；
可用@Autowired(required=false)允许可选注入；
可用带@Bean标注的方法创建Bean；
可使用@PostConstruct和@PreDestroy对Bean进行初始化和清理；
相同类型的Bean只能有一个指定为@Primary，其他必须用@Quanlifier(“beanName”)指定别名；
注入时，可通过别名@Quanlifier(“beanName”)指定某个Bean；
可以定义FactoryBean来使用工厂模式创建Bean。

5.使用Resource

在Java程序中，我们经常会读取配置文件、资源文件等。使用Spring容器时，我们也可以把“文件”注入进来，方便程序读取。
例如，AppService需要读取logo.txt这个文件，通常情况下，我们需要写很多繁琐的代码，主要是为了定位文件，打开InputStream。
Spring提供了一个org.springframework.core.io.Resource（注意不是javax.annotation.Resource），它可以像String、int一样使用@Value注入：

@Component
public class AppService {
    @Value("classpath:/logo.txt")
    private Resource resource;
    private String logo;
    @PostConstruct
    public void init() throws IOException {
        try (var reader = new BufferedReader(
                new InputStreamReader(resource.getInputStream(), StandardCharsets.UTF_8))) {
            this.logo = reader.lines().collect(Collectors.joining("\n"));
        }
    }
}

注入Resource最常用的方式是通过classpath，即类似classpath:/logo.txt表示在classpath中搜索logo.txt文件，然后，我们直接调用Resource.getInputStream()就可以获取到输入流，避免了自己搜索文件的代码。
也可以直接指定文件的路径，例如：

@Value("file:/path/to/logo.txt")
private Resource resource;

使用Maven的标准目录结构，所有资源文件放入src/main/resources即可。
Spring提供了Resource类便于注入资源文件。
最常用的注入是通过classpath以classpath:/path/to/file的形式注入。

6.注入配置

在开发应用程序时，经常需要读取配置文件。最常用的配置方法是以key=value的形式写在.properties文件中。
例如，MailService根据配置的app.zone=Asia/Shanghai来决定使用哪个时区。要读取配置文件，我们可以使用讲到的Resource来读取位于classpath下的一个app.properties文件。但是，这样仍然比较繁琐。
Spring容器还提供了一个更简单的@PropertySource来自动读取配置文件。我们只需要在@Configuration配置类上再添加一个注解：

@Configuration
@ComponentScan
@PropertySource("app.properties") // 表示读取classpath的app.properties
public class AppConfig {
    @Value("${app.zone:Z}")
    String zoneId;
    @Bean
    ZoneId createZoneId() {
        return ZoneId.of(zoneId);
    }
}

Spring容器看到@PropertySource(“app.properties”)注解后，自动读取这个配置文件，然后，我们使用@Value正常注入：

@Value("${app.zone:Z}")
String zoneId;

注意注入的字符串语法，它的格式如下：

• “${app.zone}”表示读取key为app.zone的value，如果key不存在，启动将报错；
• “${app.zone:Z}”表示读取key为app.zone的value，但如果key不存在，就使用默认值Z。

这样一来，我们就可以根据app.zone的配置来创建ZoneId。
还可以把注入的注解写到方法参数中：

@Bean
ZoneId createZoneId(@Value("${app.zone:Z}") String zoneId) {
    return ZoneId.of(zoneId);
}

可见，先使用@PropertySource读取配置文件，然后通过@Value以${key:defaultValue}的形式注入，可以极大地简化读取配置的麻烦。
另一种注入配置的方式是先通过一个简单的JavaBean持有所有的配置，例如，一个SmtpConfig：

@Component
public class SmtpConfig {
    @Value("${smtp.host}")
    private String host;
    @Value("${smtp.port:25}")
    private int port;
    public String getHost() {
        return host;
    }
    public int getPort() {
        return port;
    }
}

然后，在需要读取的地方，使用#{smtpConfig.host}注入：

@Component
public class MailService {
    @Value("#{smtpConfig.host}")
    private String smtpHost;
    @Value("#{smtpConfig.port}")
    private int smtpPort;
}

使用一个独立的JavaBean持有所有属性，然后在其他Bean中以#{bean.property}注入的好处是，多个Bean都可以引用同一个Bean的某个属性。例如，如果SmtpConfig决定从数据库中读取相关配置项，那么MailService注入的@Value(“#{smtpConfig.host}”)仍然可以不修改正常运行。
Spring容器可以通过@PropertySource自动读取配置，并以@Value(“${key}”)的形式注入；
可以通过${key:defaultValue}指定默认值；
以#{bean.property}形式注入时，Spring容器自动把指定Bean的指定属性值注入。

7.使用条件装配

开发应用程序时，我们会使用开发环境，例如，使用内存数据库以便快速启动。而运行在生产环境时，我们会使用生产环境，例如，使用MySQL数据库。如果应用程序可以根据自身的环境做一些适配，无疑会更加灵活。
Spring为应用程序准备了Profile这一概念，用来表示不同的环境。例如，我们分别定义开发、测试和生产这3个环境：

• native
• test
• production

创建某个Bean时，Spring容器可以根据注解@Profile来决定是否创建。例如，以下配置：

@Configuration
@ComponentScan
public class AppConfig {
    @Bean
    @Profile("!test")
    ZoneId createZoneId() {
        return ZoneId.systemDefault();
    }
    @Bean
    @Profile("test")
    ZoneId createZoneIdForTest() {
        return ZoneId.of("America/New_York");
    }
}

如果当前的Profile设置为test，则Spring容器会调用createZoneIdForTest()创建ZoneId，否则，调用createZoneId()创建ZoneId。注意到@Profile(“!test”)表示非test环境。
在运行程序时，加上JVM参数-Dspring.profiles.active=test就可以指定以test环境启动。
实际上，Spring允许指定多个Profile，例如：

-Dspring.profiles.active=test,master

可以表示test环境，并使用master分支代码。
要满足多个Profile条件，可以这样写：

@Bean
@Profile({ "test", "master" }) // 同时满足test和master
ZoneId createZoneId() {
    ...
}

1.使用Conditional

除了根据@Profile条件来决定是否创建某个Bean外，Spring还可以根据@Conditional决定是否创建某个Bean。
例如，我们对SmtpMailService添加如下注解：

@Component
@Conditional(OnSmtpEnvCondition.class)
public class SmtpMailService implements MailService {
    ...
}

它的意思是，如果满足OnSmtpEnvCondition的条件，才会创建SmtpMailService这个Bean。OnSmtpEnvCondition的条件是什么呢？我们看一下代码：

public class OnSmtpEnvCondition implements Condition {
    public boolean matches(ConditionContext context, AnnotatedTypeMetadata metadata) {
        return "true".equalsIgnoreCase(System.getenv("smtp"));
    }
}

因此，OnSmtpEnvCondition的条件是存在环境变量smtp，值为true。这样，我们就可以通过环境变量来控制是否创建SmtpMailService。
Spring只提供了@Conditional注解，具体判断逻辑还需要我们自己实现。Spring Boot提供了更多使用起来更简单的条件注解，例如，如果配置文件中存在app.smtp=true，则创建MailService：

@Component
@ConditionalOnProperty(name="app.smtp", havingValue="true")
public class MailService {
    ...
}

如果当前classpath中存在类javax.mail.Transport，则创建MailService：

@Component
@ConditionalOnClass(name = "javax.mail.Transport")
public class MailService {
    ...
}

后续我们会介绍Spring Boot的条件装配。我们以文件存储为例，假设我们需要保存用户上传的头像，并返回存储路径，在本地开发运行时，我们总是存储到文件：

@Component
@ConditionalOnProperty(name = "app.storage", havingValue = "file", matchIfMissing = true)
public class FileUploader implements Uploader {
    ...
}

在生产环境运行时，我们会把文件存储到类似AWS S3上：

@Component
@ConditionalOnProperty(name = "app.storage", havingValue = "s3")
public class S3Uploader implements Uploader {
    ...
}

其他需要存储的服务则注入Uploader：

@Component
public class UserImageService {
    @Autowired
    Uploader uploader;
}

当应用程序检测到配置文件存在app.storage=s3时，自动使用S3Uploader，如果存在配置app.storage=file，或者配置app.storage不存在，则使用FileUploader。
可见，使用条件注解，能更灵活地装配Bean。
Spring允许通过@Profile配置不同的Bean；
Spring还提供了@Conditional来进行条件装配，Spring Boot在此基础上进一步提供了基于配置、Class、Bean等条件进行装配。

2.使用AOP

AOP是Aspect Oriented Programming，即面向切面编程。
那什么是AOP？
我们先回顾一下OOP：Object Oriented Programming，OOP作为面向对象编程的模式，获得了巨大的成功，OOP的主要功能是数据封装、继承和多态。
而AOP是一种新的编程方式，它和OOP不同，OOP把系统看作多个对象的交互，AOP把系统分解为不同的关注点，或者称之为切面（Aspect）。
要理解AOP的概念，我们先用OOP举例，比如一个业务组件BookService，它有几个业务方法：

• createBook：添加新的Book；
• updateBook：修改Book；
• deleteBook：删除Book。

对每个业务方法，例如，createBook()，除了业务逻辑，还需要安全检查、日志记录和事务处理，它的代码像这样：

public class BookService {
    public void createBook(Book book) {
        securityCheck();
        Transaction tx = startTransaction();
        try {
            // 核心业务逻辑
            tx.commit();
        } catch (RuntimeException e) {
            tx.rollback();
            throw e;
        }
        log("created book: " + book);
    }
}

继续编写updateBook()，代码如下：

public class BookService {
    public void updateBook(Book book) {
        securityCheck();
        Transaction tx = startTransaction();
        try {
            // 核心业务逻辑
            tx.commit();
        } catch (RuntimeException e) {
            tx.rollback();
            throw e;
        }
        log("updated book: " + book);
    }
}

对于安全检查、日志、事务等代码，它们会重复出现在每个业务方法中。使用OOP，我们很难将这些四处分散的代码模块化。
考察业务模型可以发现，BookService关心的是自身的核心逻辑，但整个系统还要求关注安全检查、日志、事务等功能，这些功能实际上“横跨”多个业务方法，为了实现这些功能，不得不在每个业务方法上重复编写代码。
一种可行的方式是使用Proxy模式，将某个功能，例如，权限检查，放入Proxy中：

public class SecurityCheckBookService implements BookService {
    private final BookService target;
    public SecurityCheckBookService(BookService target) {
        this.target = target;
    }
    public void createBook(Book book) {
        securityCheck();
        target.createBook(book);
    }
    public void updateBook(Book book) {
        securityCheck();
        target.updateBook(book);
    }
    public void deleteBook(Book book) {
        securityCheck();
        target.deleteBook(book);
    }
    private void securityCheck() {
        ...
    }
}

这种方式的缺点是比较麻烦，必须先抽取接口，然后，针对每个方法实现Proxy。
另一种方法是，既然SecurityCheckBookService的代码都是标准的Proxy样板代码，不如把权限检查视作一种切面（Aspect），把日志、事务也视为切面，然后，以某种自动化的方式，把切面织入到核心逻辑中，实现Proxy模式。
如果我们以AOP的视角来编写上述业务，可以依次实现：

1. 核心逻辑，即BookService；
2. 切面逻辑，即：
3. 权限检查的Aspect；
4. 日志的Aspect；
5. 事务的Aspect。

然后，以某种方式，让框架来把上述3个Aspect以Proxy的方式“织入”到BookService中，这样一来，就不必编写复杂而冗长的Proxy模式。

1.AOP原理

如何把切面织入到核心逻辑中？这正是AOP需要解决的问题。换句话说，如果客户端获得了BookService的引用，当调用bookService.createBook()时，如何对调用方法进行拦截，并在拦截前后进行安全检查、日志、事务等处理，就相当于完成了所有业务功能。
在Java平台上，对于AOP的织入，有3种方式：

1. 编译期：在编译时，由编译器把切面调用编译进字节码，这种方式需要定义新的关键字并扩展编译器，AspectJ就扩展了Java编译器，使用关键字aspect来实现织入；
2. 类加载器：在目标类被装载到JVM时，通过一个特殊的类加载器，对目标类的字节码重新“增强”；
3. 运行期：目标对象和切面都是普通Java类，通过JVM的动态代理功能或者第三方库实现运行期动态织入。

最简单的方式是第三种，Spring的AOP实现就是基于JVM的动态代理。由于JVM的动态代理要求必须实现接口，如果一个普通类没有业务接口，就需要通过CGLIB或者Javassist这些第三方库实现。
AOP技术看上去比较神秘，但实际上，它本质就是一个动态代理，让我们把一些常用功能如权限检查、日志、事务等，从每个业务方法中剥离出来。
需要特别指出的是，AOP对于解决特定问题，例如事务管理非常有用，这是因为分散在各处的事务代码几乎是完全相同的，并且它们需要的参数（JDBC的Connection）也是固定的。另一些特定问题，如日志，就不那么容易实现，因为日志虽然简单，但打印日志的时候，经常需要捕获局部变量，如果使用AOP实现日志，我们只能输出固定格式的日志，因此，使用AOP时，必须适合特定的场景。

2.装配AOP

在AOP编程中，我们经常会遇到下面的概念：

• Aspect：切面，即一个横跨多个核心逻辑的功能，或者称之为系统关注点；
• Joinpoint：连接点，即定义在应用程序流程的何处插入切面的执行；
• Pointcut：切入点，即一组连接点的集合；
• Advice：增强，指特定连接点上执行的动作；
• Introduction：引介，指为一个已有的Java对象动态地增加新的接口；
• Weaving：织入，指将切面整合到程序的执行流程中；
• Interceptor：拦截器，是一种实现增强的方式；
• Target Object：目标对象，即真正执行业务的核心逻辑对象；
• AOP Proxy：AOP代理，是客户端持有的增强后的对象引用。

看完上述术语，是不是感觉对AOP有了进一步的困惑？其实，我们不用关心AOP创造的“术语”，只需要理解AOP本质上只是一种代理模式的实现方式，在Spring的容器中实现AOP特别方便。
我们以UserService和MailService为例，这两个属于核心业务逻辑，现在，我们准备给UserService的每个业务方法执行前添加日志，给MailService的每个业务方法执行前后添加日志，在Spring中，需要以下步骤：
首先，我们通过Maven引入Spring对AOP的支持：

<dependency>
    <groupId>org.springframework</groupId>
    <artifactId>spring-aspects</artifactId>
    <version>${spring.version}</version>
</dependency>

上述依赖会自动引入AspectJ，使用AspectJ实现AOP比较方便，因为它的定义比较简单。
然后，我们定义一个LoggingAspect：

@Aspect
@Component
public class LoggingAspect {
    // 在执行UserService的每个方法前执行:
    @Before("execution(public * com.itranswarp.learnjava.service.UserService.*(..))")
    public void doAccessCheck() {
        System.err.println("[Before] do access check...");
    }
    // 在执行MailService的每个方法前后执行:
    @Around("execution(public * com.itranswarp.learnjava.service.MailService.*(..))")
    public Object doLogging(ProceedingJoinPoint pjp) throws Throwable {
        System.err.println("[Around] start " + pjp.getSignature());
        Object retVal = pjp.proceed();
        System.err.println("[Around] done " + pjp.getSignature());
        return retVal;
    }
}

观察doAccessCheck()方法，我们定义了一个@Before注解，后面的字符串是告诉AspectJ应该在何处执行该方法，这里写的意思是：执行UserService的每个public方法前执行doAccessCheck()代码。
再观察doLogging()方法，我们定义了一个@Around注解，它和@Before不同，@Around可以决定是否执行目标方法，因此，我们在doLogging()内部先打印日志，再调用方法，最后打印日志后返回结果。
在LoggingAspect类的声明处，除了用@Component表示它本身也是一个Bean外，我们再加上@Aspect注解，表示它的@Before标注的方法需要注入到UserService的每个public方法执行前，@Around标注的方法需要注入到MailService的每个public方法执行前后。
紧接着，我们需要给@Configuration类加上一个@EnableAspectJAutoProxy注解：

@Configuration
@ComponentScan
@EnableAspectJAutoProxy
public class AppConfig {
    ...
}

Spring的IoC容器看到这个注解，就会自动查找带有@Aspect的Bean，然后根据每个方法的@Before、@Around等注解把AOP注入到特定的Bean中。执行代码，我们可以看到以下输出：

[Before] do access check...
[Around] start void com.itranswarp.learnjava.service.MailService.sendRegistrationMail(User)
Welcome, test!
[Around] done void com.itranswarp.learnjava.service.MailService.sendRegistrationMail(User)
[Before] do access check...
[Around] start void com.itranswarp.learnjava.service.MailService.sendLoginMail(User)
Hi, Bob! You are logged in at 2020-02-14T23:13:52.167996+08:00[Asia/Shanghai]
[Around] done void com.itranswarp.learnjava.service.MailService.sendLoginMail(User)

这说明执行业务逻辑前后，确实执行了我们定义的Aspect（即LoggingAspect的方法）。
LoggingAspect定义的方法，是如何注入到其他Bean的呢？
其实AOP的原理非常简单。我们以LoggingAspect.doAccessCheck()为例，要把它注入到UserService的每个public方法中，最简单的方法是编写一个子类，并持有原始实例的引用：

public UserServiceAopProxy extends UserService {
    private UserService target;
    private LoggingAspect aspect;
    public UserServiceAopProxy(UserService target, LoggingAspect aspect) {
        this.target = target;
        this.aspect = aspect;
    }
    public User login(String email, String password) {
        // 先执行Aspect的代码:
        aspect.doAccessCheck();
        // 再执行UserService的逻辑:
        return target.login(email, password);
    }
    public User register(String email, String password, String name) {
        aspect.doAccessCheck();
        return target.register(email, password, name);
    }
    ...
}

这些都是Spring容器启动时为我们自动创建的注入了Aspect的子类，它取代了原始的UserService（原始的UserService实例作为内部变量隐藏在UserServiceAopProxy中）。如果我们打印从Spring容器获取的UserService实例类型，它类似UserServiceEnhancerBySpringCGLIB1f44e01c，实际上是Spring使用CGLIB动态创建的子类，但对于调用方来说，感觉不到任何区别。
Spring对接口类型使用JDK动态代理，对普通类使用CGLIB创建子类。如果一个Bean的class是final，Spring将无法为其创建子类。
可见，虽然Spring容器内部实现AOP的逻辑比较复杂（需要使用AspectJ解析注解，并通过CGLIB实现代理类），但我们使用AOP非常简单，一共需要三步：

1. 定义执行方法，并在方法上通过AspectJ的注解告诉Spring应该在何处调用此方法；
2. 标记@Component和@Aspect；
3. 在@Configuration类上标注@EnableAspectJAutoProxy。

至于AspectJ的注入语法则比较复杂，请参考Spring文档。
Spring也提供其他方法来装配AOP，但都没有使用AspectJ注解的方式来得简洁明了。

3.拦截器类型

顾名思义，拦截器有以下类型：

• @Before：这种拦截器先执行拦截代码，再执行目标代码。如果拦截器抛异常，那么目标代码就不执行了；
• @After：这种拦截器先执行目标代码，再执行拦截器代码。无论目标代码是否抛异常，拦截器代码都会执行；
• @AfterReturning：和@After不同的是，只有当目标代码正常返回时，才执行拦截器代码；
• @AfterThrowing：和@After不同的是，只有当目标代码抛出了异常时，才执行拦截器代码；
• @Around：能完全控制目标代码是否执行，并可以在执行前后、抛异常后执行任意拦截代码，可以说是包含了上面所有功能。

在Spring容器中使用AOP非常简单，只需要定义执行方法，并用AspectJ的注解标注应该在何处触发并执行。
Spring通过CGLIB动态创建子类等方式来实现AOP代理模式，大大简化了代码。

4.使用注解装配AOP

以一个实际例子演示如何使用注解实现AOP装配。为了监控应用程序的性能，我们定义一个性能监控的注解：

@Target(METHOD)
@Retention(RUNTIME)
public @interface MetricTime {
    String value();
}

在需要被监控的关键方法上标注该注解：

@Component
public class UserService {
    // 监控register()方法性能:
    @MetricTime("register")
    public User register(String email, String password, String name) {
        ...
    }
    ...
}

然后，我们定义MetricAspect：

@Aspect
@Component
public class MetricAspect {
    @Around("@annotation(metricTime)")
    public Object metric(ProceedingJoinPoint joinPoint, MetricTime metricTime) throws Throwable {
        String name = metricTime.value();
        long start = System.currentTimeMillis();
        try {
            return joinPoint.proceed();
        } finally {
            long t = System.currentTimeMillis() - start;
            // 写入日志或发送至JMX:
            System.err.println("[Metrics] " + name + ": " + t + "ms");
        }
    }
}

注意metric()方法标注了@Around(“@annotation(metricTime)”)，它的意思是，符合条件的目标方法是带有@MetricTime注解的方法，因为metric()方法参数类型是MetricTime（注意参数名是metricTime不是MetricTime），我们通过它获取性能监控的名称。
有了@MetricTime注解，再配合MetricAspect，任何Bean，只要方法标注了@MetricTime注解，就可以自动实现性能监控。运行代码，输出结果如下：

Welcome, Bob!
[Metrics] register: 16ms

使用注解实现AOP需要先定义注解，然后使用@Around(“@annotation(name)”)实现装配；
使用注解既简单，又能明确标识AOP装配，是使用AOP推荐的方式。

5.AOP避坑指南

无论是使用AspectJ语法，还是配合Annotation，使用AOP，实际上就是让Spring自动为我们创建一个Proxy，使得调用方能无感知地调用指定方法，但运行期却动态“织入”了其他逻辑，因此，AOP本质上就是一个代理模式。
因为Spring使用了CGLIB来实现运行期动态创建Proxy，如果我们没能深入理解其运行原理和实现机制，就极有可能遇到各种诡异的问题。
我们来看一个实际的例子。
假设我们定义了一个UserService的Bean：

@Component
public class UserService {
    // 成员变量:
    public final ZoneId zoneId = ZoneId.systemDefault();
    // 构造方法:
    public UserService() {
        System.out.println("UserService(): init...");
        System.out.println("UserService(): zoneId = " + this.zoneId);
    }
    // public方法:
    public ZoneId getZoneId() {
        return zoneId;
    }
    // public final方法:
    public final ZoneId getFinalZoneId() {
        return zoneId;
    }
}

再写个MailService，并注入UserService：

@Component
public class MailService {
    @Autowired
    UserService userService;
    public String sendMail() {
        ZoneId zoneId = userService.zoneId;
        String dt = ZonedDateTime.now(zoneId).toString();
        return "Hello, it is " + dt;
    }
}

最后用main()方法测试一下：

@Configuration
@ComponentScan
public class AppConfig {
    public static void main(String[] args) {
        ApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
        MailService mailService = context.getBean(MailService.class);
        System.out.println(mailService.sendMail());
    }
}

查看输出，一切正常：

UserService(): init...
UserService(): zoneId = Asia/Shanghai
Hello, it is 2020-04-12T10:23:22.917721+08:00[Asia/Shanghai]

下一步，我们给UserService加上AOP支持，就添加一个最简单的LoggingAspect：

@Aspect
@Component
public class LoggingAspect {
    @Before("execution(public * com..*.UserService.*(..))")
    public void doAccessCheck() {
        System.err.println("[Before] do access check...");
    }
}

别忘了在AppConfig上加上@EnableAspectJAutoProxy。再次运行，不出意外的话，会得到一个NullPointerException：

Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException: zone
    at java.base/java.util.Objects.requireNonNull(Objects.java:246)
    at java.base/java.time.Clock.system(Clock.java:203)
    at java.base/java.time.ZonedDateTime.now(ZonedDateTime.java:216)
    at com.itranswarp.learnjava.service.MailService.sendMail(MailService.java:19)
    at com.itranswarp.learnjava.AppConfig.main(AppConfig.java:21)

仔细跟踪代码，会发现null值出现在MailService.sendMail()内部的这一行代码：

@Component
public class MailService {
    @Autowired
    UserService userService;
    public String sendMail() {
        ZoneId zoneId = userService.zoneId;
        System.out.println(zoneId); // null
        ...
    }
}

我们还故意在UserService中特意用final修饰了一下成员变量：

@Component
public class UserService {
    public final ZoneId zoneId = ZoneId.systemDefault();
    ...
}

为什么加了AOP就报NPE，去了AOP就一切正常？final字段不执行，难道JVM有问题？为了解答这个诡异的问题，我们需要深入理解Spring使用CGLIB生成Proxy的原理：
第一步，正常创建一个UserService的原始实例，这是通过反射调用构造方法实现的，它的行为和我们预期的完全一致；
第二步，通过CGLIB创建一个UserService的子类，并引用了原始实例和LoggingAspect：

public UserService$$EnhancerBySpringCGLIB extends UserService {
    UserService target;
    LoggingAspect aspect;
    public UserService$$EnhancerBySpringCGLIB() {
    }
    public ZoneId getZoneId() {
        aspect.doAccessCheck();
        return target.getZoneId();
    }
}

如果我们观察Spring创建的AOP代理，它的类名总是类似UserServiceEnhancerBySpringCGLIB1c76af9d（你没看错，Java的类名实际上允许$字符）。为了让调用方获得UserService的引用，它必须继承自UserService。然后，该代理类会覆写所有public和protected方法，并在内部将调用委托给原始的UserService实例。
这里出现了两个UserService实例：
一个是我们代码中定义的原始实例，它的成员变量已经按照我们预期的方式被初始化完成：

UserService original = new UserService();

第二个UserService实例实际上类型是UserService$$EnhancerBySpringCGLIB，它引用了原始的UserService实例：

UserService$$EnhancerBySpringCGLIB proxy = new UserService$$EnhancerBySpringCGLIB();
proxy.target = original;
proxy.aspect = ...

注意到这种情况仅出现在启用了AOP的情况，此刻，从ApplicationContext中获取的UserService实例是proxy，注入到MailService中的UserService实例也是proxy。
那么最终的问题来了：proxy实例的成员变量，也就是从UserService继承的zoneId，它的值是null。
原因在于，UserService成员变量的初始化：

public class UserService {
    public final ZoneId zoneId = ZoneId.systemDefault();
    ...
}

在UserService$$EnhancerBySpringCGLIB中，并未执行。原因是，没必要初始化proxy的成员变量，因为proxy的目的是代理方法。
实际上，成员变量的初始化是在构造方法中完成的。这是我们看到的代码：

public class UserService {
    public final ZoneId zoneId = ZoneId.systemDefault();
    public UserService() {
    }
}

这是编译器实际编译的代码：

public class UserService {
    public final ZoneId zoneId;
    public UserService() {
        super(); // 构造方法的第一行代码总是调用super()
        zoneId = ZoneId.systemDefault(); // 继续初始化成员变量
    }
}

然而，对于Spring通过CGLIB动态创建的UserService$$EnhancerBySpringCGLIB代理类，它的构造方法中，并未调用super()，因此，从父类继承的成员变量，包括final类型的成员变量，统统都没有初始化。
有的会问：Java语言规定，任何类的构造方法，第一行必须调用super()，如果没有，编译器会自动加上，怎么Spring的CGLIB就可以搞特殊？
这是因为自动加super()的功能是Java编译器实现的，它发现你没加，就自动给加上，发现你加错了，就报编译错误。但实际上，如果直接构造字节码，一个类的构造方法中，不一定非要调用super()。Spring使用CGLIB构造的Proxy类，是直接生成字节码，并没有源码-编译-字节码这个步骤，因此：
Spring通过CGLIB创建的代理类，不会初始化代理类自身继承的任何成员变量，包括final类型的成员变量！
再考察MailService的代码：

@Component
public class MailService {
    @Autowired
    UserService userService;
    public String sendMail() {
        ZoneId zoneId = userService.zoneId;
        System.out.println(zoneId); // null
        ...
    }
}

如果没有启用AOP，注入的是原始的UserService实例，那么一切正常，因为UserService实例的zoneId字段已经被正确初始化了。
如果启动了AOP，注入的是代理后的UserServiceEnhancerBySpringCGLIB实例，那么问题大了：获取的UserServiceEnhancerBySpringCGLIB实例的zoneId字段，永远为null。
那么问题来了：启用了AOP，如何修复？
修复很简单，只需要把直接访问字段的代码，改为通过方法访问：

@Component
public class MailService {
    @Autowired
    UserService userService;
    public String sendMail() {
        // 不要直接访问UserService的字段:
        ZoneId zoneId = userService.getZoneId();
        ...
    }
}

无论注入的UserService是原始实例还是代理实例，getZoneId()都能正常工作，因为代理类会覆写getZoneId()方法，并将其委托给原始实例：

public UserService$$EnhancerBySpringCGLIB extends UserService {
    UserService target = ...
    ...
    public ZoneId getZoneId() {
        return target.getZoneId();
    }
}

注意到我们还给UserService添加了一个public+final的方法：

@Component
public class UserService {
    ...
    public final ZoneId getFinalZoneId() {
        return zoneId;
    }
}

如果在MailService中，调用的不是getZoneId()，而是getFinalZoneId()，又会出现NullPointerException，这是因为，代理类无法覆写final方法（这一点绕不过JVM的ClassLoader检查），该方法返回的是代理类的zoneId字段，即null。
实际上，如果我们加上日志，Spring在启动时会打印一个警告：

10:43:09.929 [main] DEBUG org.springframework.aop.framework.CglibAopProxy - Final method [public final java.time.ZoneId xxx.UserService.getFinalZoneId()] cannot get proxied via CGLIB: Calls to this method will NOT be routed to the target instance and might lead to NPEs against uninitialized fields in the proxy instance.

上面的日志大意就是，因为被代理的UserService有一个final方法getFinalZoneId()，这会导致其他Bean如果调用此方法，无法将其代理到真正的原始实例，从而可能发生NPE异常。
因此，正确使用AOP，我们需要一个避坑指南：

1. 访问被注入的Bean时，总是调用方法而非直接访问字段；
2. 编写Bean时，如果可能会被代理，就不要编写public final方法。

这样才能保证有没有AOP，代码都能正常工作。
由于Spring通过CGLIB实现代理类，我们要避免直接访问Bean的字段，以及由final方法带来的“未代理”问题。
遇到CglibAopProxy的相关日志，务必要仔细检查，防止因为AOP出现NPE异常。