Spring踩坑：抽象类作为父类，使用子类@Autowired属性进行填充，属性值为null

Spring Boot中抽象类和依赖注入的最佳实践

引言

在Spring Boot应用程序中，抽象类经常被用作一种强大的设计模式，用于封装共同的行为和属性。然而，当涉及到依赖注入时，特别是在抽象类中，我们需要格外小心。本文将深入探讨在Spring Boot 2.0及以上版本中使用抽象类作为父类时的最佳实践，特别关注依赖注入的正确使用方式。

在抽象类中使用@Autowired注解

在Spring Boot 2.0及以上版本中，我们可以直接在抽象类的属性上使用@Autowired注解进行依赖注入。这为我们提供了一种方便的方式来在父类中定义共同的依赖，供子类使用。

protected vs private修饰符

当在抽象类中使用@Autowired注解时，我们通常有两种选择来修饰这些属性：protected或private。

1. 使用protected修饰符:

   public abstract class AbstractService {@Autowiredprotected SomeRepository repository;
   }
   

   优点：

   • 允许子类直接访问注入的依赖
   • 提供了更大的灵活性，子类可以根据需要重写或扩展这些依赖的使用

   缺点：

   • 可能会破坏封装性，因为子类可以直接修改这些依赖

2. 使用private修饰符:

   public abstract class AbstractService {@Autowiredprivate SomeRepository repository;protected SomeRepository getRepository() {return repository;}
   }
   

   优点：

   • 保持了良好的封装性
   • 父类可以控制子类如何访问这些依赖

   缺点：

   • 需要额外的getter方法来允许子类访问这些依赖

在Spring Boot 2.0中，这两种方式都是可行的。选择哪种方式主要取决于你的设计需求和偏好。如果你希望严格控制依赖的访问，使用private加getter方法可能是更好的选择。如果你希望提供最大的灵活性给子类，使用protected可能更合适。

低版本Spring Boot的注意事项

在低于2.0的Spring Boot版本中，使用protected修饰符通常是更安全的选择。这是因为在一些早期版本中，private字段的自动注入可能会遇到问题。如果你正在使用较旧的Spring Boot版本，建议使用protected修饰符来确保依赖能够正确注入。

构造器中的依赖注入陷阱

在抽象类中，我们经常需要在构造器中执行一些初始化逻辑。然而，这里有一个重要的陷阱需要注意：不应该在构造器中引用通过@Autowired注入的属性。

为什么不能在构造器中使用注入的属性？

原因在于Spring的bean生命周期和依赖注入的时机。当Spring创建一个bean时，它遵循以下步骤：

1. 实例化bean（调用构造器）
2. 注入依赖（设置@Autowired字段）
3. 调用初始化方法（如@PostConstruct注解的方法）

这意味着在构造器执行时，@Autowired注解的属性还没有被注入，它们的值为null。如果你在构造器中尝试使用这些属性，很可能会遇到NullPointerException。

让我们看一个错误的例子：

public abstract class AbstractService {@Autowiredprivate SomeRepository repository;public AbstractService() {// 错误：此时repository还是nullrepository.doSomething();}
}

这段代码会在运行时抛出NullPointerException，因为在构造器执行时，repository还没有被注入。

子类构造的问题

这个问题在子类中更加复杂。当你创建一个抽象类的子类时，子类的构造器会首先调用父类的构造器。这意味着即使是在子类的构造器中，父类中@Autowired注解的属性仍然是null。

public class ConcreteService extends AbstractService {public ConcreteService() {super(); // 调用AbstractService的构造器// 错误：此时父类中的repository仍然是nullgetRepository().doSomething();}
}

这段代码同样会抛出NullPointerException，因为在调用子类构造器时，父类中的依赖还没有被注入。

@PostConstruct的使用

为了解决构造器中无法使用注入依赖的问题，Spring提供了@PostConstruct注解。被@PostConstruct注解的方法会在依赖注入完成后被自动调用，这使得它成为执行初始化逻辑的理想位置。

正确使用@PostConstruct的例子

public abstract class AbstractService {@Autowiredprivate SomeRepository repository;@PostConstructpublic void init() {// 正确：此时repository已经被注入repository.doSomething();}
}

在这个例子中，init()方法会在所有依赖注入完成后被调用，因此可以安全地使用repository。

子类中的@PostConstruct

子类也可以定义自己的@PostConstruct方法，这些方法会在父类的@PostConstruct方法之后被调用：

public class ConcreteService extends AbstractService {@Autowiredprivate AnotherDependency anotherDependency;@PostConstructpublic void initChild() {// 父类的init()方法已经被调用// 可以安全地使用父类和子类的所有依赖getRepository().doSomething();anotherDependency.doSomethingElse();}
}

这种方式确保了所有的初始化逻辑都在依赖注入完成后执行，避免了NullPointerException的风险。

避免在构造器中使用ApplicationContext.getBean

另一个常见的陷阱是在构造器中使用ApplicationContext.getBean()方法来获取bean。这种做法应该被避免，原因如下：

1. 在构造器执行时，ApplicationContextAware接口可能还没有被调用，这意味着ApplicationContext可能还不可用。
2. 即使ApplicationContext可用，其他bean可能还没有被完全初始化，调用getBean()可能会返回未完全初始化的bean或触发意外的初始化。
3. 使用ApplicationContext.getBean()会使你的代码与Spring框架紧密耦合，降低了可测试性和可维护性。

错误示例

public abstract class AbstractService implements ApplicationContextAware {private ApplicationContext context;public AbstractService() {// 错误：此时context还是nullSomeBean someBean = context.getBean(SomeBean.class);}@Overridepublic void setApplicationContext(ApplicationContext applicationContext) throws BeansException {this.context = applicationContext;}
}

这段代码会抛出NullPointerException，因为在构造器执行时，setApplicationContext()方法还没有被调用。

正确做法

正确的做法是使用依赖注入，让Spring容器管理对象的创建和依赖关系：

public abstract class AbstractService {@Autowiredprivate SomeBean someBean;@PostConstructpublic void init() {// 正确：此时someBean已经被注入someBean.doSomething();}
}

这种方式不仅避免了NullPointerException，还降低了与Spring框架的耦合度，使代码更易于测试和维护。

最佳实践示例

让我们通过一个完整的例子来展示这些最佳实践：

@Service
public abstract class AbstractUserService {@Autowiredprivate UserRepository userRepository;@Autowiredprivate EmailService emailService;protected AbstractUserService() {// 构造器中不做任何依赖相关的操作}@PostConstructprotected void init() {// 初始化逻辑System.out.println("AbstractUserService initialized with " + userRepository.getClass().getSimpleName());}public User findUserById(Long id) {return userRepository.findById(id).orElse(null);}protected void sendEmail(User user, String message) {emailService.sendEmail(user.getEmail(), message);}// 抽象方法，由子类实现public abstract void processUser(User user);
}@Service
public class ConcreteUserService extends AbstractUserService {@Autowiredprivate SpecialProcessor specialProcessor;@PostConstructprotected void initChild() {System.out.println("ConcreteUserService initialized with " + specialProcessor.getClass().getSimpleName());}@Overridepublic void processUser(User user) {User processedUser = specialProcessor.process(user);sendEmail(processedUser, "Your account has been processed.");}
}// 使用示例
@RestController
@RequestMapping("/users")
public class UserController {@Autowiredprivate ConcreteUserService userService;@GetMapping("/{id}")public ResponseEntity<User> getUser(@PathVariable Long id) {User user = userService.findUserById(id);if (user != null) {userService.processUser(user);return ResponseEntity.ok(user);} else {return ResponseEntity.notFound().build();}}
}

在这个例子中：

1. ​AbstractUserService​ 是一个抽象类，它定义了一些通用的用户服务逻辑。
2. 依赖（UserRepository​ 和 EmailService​）通过 @Autowired​ 注入到抽象类中。
3. 初始化逻辑放在 @PostConstruct​ 注解的 init()​ 方法中，确保在所有依赖注入完成后执行。
4. ​ConcreteUserService​ 继承自 AbstractUserService​，并实现了抽象方法。
5. ​ConcreteUserService​ 有自己的依赖（SpecialProcessor​）和初始化逻辑。
6. 在 UserController​ 中，我们注入并使用 ConcreteUserService​。

这个设计遵循了我们讨论的所有最佳实践：

• 在抽象类中使用 @Autowired​ 注入依赖
• 避免在构造器中使用注入的依赖
• 使用 @PostConstruct​ 进行初始化
• 不使用 ApplicationContext.getBean()​

常见问题和解决方案

在使用抽象类和依赖注入时，开发者可能会遇到一些常见问题。以下是一些问题及其解决方案：

1. 循环依赖

问题：当两个类相互依赖时，可能会导致循环依赖问题。

解决方案：

• 重新设计以消除循环依赖
• 使用 @Lazy​ 注解来延迟其中一个依赖的初始化
• 使用 setter 注入而不是构造器注入

@Service
public class ServiceA {private ServiceB serviceB;@Autowiredpublic void setServiceB(@Lazy ServiceB serviceB) {this.serviceB = serviceB;}
}@Service
public class ServiceB {@Autowiredprivate ServiceA serviceA;
}

2. 依赖注入在单元测试中的问题

问题：在单元测试中，可能难以模拟复杂的依赖注入场景。

解决方案：

• 使用 Spring 的测试支持，如 @SpringBootTest​
• 为测试创建一个简化的配置类
• 使用模拟框架如 Mockito 来模拟依赖

@SpringBootTest
class ConcreteUserServiceTest {@MockBeanprivate UserRepository userRepository;@Autowiredprivate ConcreteUserService userService;@Testvoid testFindUserById() {when(userRepository.findById(1L)).thenReturn(Optional.of(new User(1L, "Test User")));User user = userService.findUserById(1L);assertNotNull(user);assertEquals("Test User", user.getName());}
}

3. 属性注入vs构造器注入

问题：虽然属性注入（使用 @Autowired​ on fields）很方便，但它可能使得依赖关系不那么明显。

解决方案：考虑使用构造器注入，特别是对于必需的依赖。这使得依赖关系更加明确，并有助于创建不可变的服务。

@Service
public abstract class AbstractUserService {private final UserRepository userRepository;private final EmailService emailService;@Autowiredprotected AbstractUserService(UserRepository userRepository, EmailService emailService) {this.userRepository = userRepository;this.emailService = emailService;}// ... 其他方法
}@Service
public class ConcreteUserService extends AbstractUserService {private final SpecialProcessor specialProcessor;@Autowiredpublic ConcreteUserService(UserRepository userRepository, EmailService emailService,SpecialProcessor specialProcessor) {super(userRepository, emailService);this.specialProcessor = specialProcessor;}// ... 其他方法
}

这种方法的优点是：

• 依赖关系更加明确
• 有助于创建不可变的服务
• 更易于单元测试

4. 抽象类中的 @Autowired 方法

问题：有时我们可能想在抽象类中有一个被 @Autowired 注解的方法，但这个方法在子类中被重写了。

解决方案：使用 @Autowired 注解抽象方法，并在子类中实现它。

public abstract class AbstractService {@Autowiredprotected abstract Dependencies getDependencies();@PostConstructpublic void init() {getDependencies().doSomething();}
}@Service
public class ConcreteService extends AbstractService {@Autowiredprivate Dependencies dependencies;@Overrideprotected Dependencies getDependencies() {return dependencies;}
}

这种方法允许子类控制依赖的具体实现，同时保持父类的通用逻辑。

5. 运行时依赖注入

问题：有时我们可能需要在运行时动态注入依赖，而不是在启动时。

解决方案：使用 ObjectProvider<T>​ 来延迟依赖的解析。

@Service
public abstract class AbstractDynamicService {@Autowiredprivate ObjectProvider<DynamicDependency> dependencyProvider;protected DynamicDependency getDependency() {return dependencyProvider.getIfAvailable();}// ... 其他方法
}

这种方法允许我们在需要时才解析依赖，这在某些场景下可能很有用，比如条件性的bean创建。

最佳实践总结

基于我们的讨论，以下是在Spring Boot中使用抽象类和依赖注入的最佳实践总结：

1. 在抽象类中使用 @Autowired： 可以直接在抽象类的字段上使用 @Autowired 注解。使用 protected 修饰符可以让子类直接访问这些依赖，而使用 private 加 getter 方法可以提供更好的封装。
2. 避免在构造器中使用注入的依赖： 构造器执行时，依赖还没有被注入，因此不应该在构造器中使用它们。
3. 使用 @PostConstruct 进行初始化： 将需要依赖的初始化逻辑放在 @PostConstruct 注解的方法中，确保所有依赖都已注入。
4. 不要在构造器中使用 ApplicationContext.getBean： 这可能导致意外的行为，因为在构造器执行时，ApplicationContext 可能还未完全准备好。
5. 考虑使用构造器注入： 对于必需的依赖，构造器注入可以使依赖关系更加明确，并有助于创建不可变的服务。
6. 处理循环依赖： 使用 @Lazy 注解或 setter 注入来解决循环依赖问题。
7. 合理使用抽象方法： 在抽象类中定义抽象方法可以让子类控制某些依赖的具体实现。
8. 使用 ObjectProvider 进行动态依赖注入： 当需要在运行时动态解析依赖时，考虑使用 ObjectProvider。
9. 注意测试： 在单元测试中，使用 Spring 的测试支持和模拟框架来处理复杂的依赖注入场景。
10. 遵循 SOLID 原则： 特别是单一责任原则和依赖倒置原则，这有助于创建更易维护和测试的代码。

结论

在Spring Boot中使用抽象类和依赖注入是一种强大的技术，可以帮助我们创建灵活、可维护的代码。然而，它也带来了一些挑战，特别是在处理依赖注入的时机和方式上。

通过遵循本文讨论的最佳实践，我们可以避免常见的陷阱，充分利用Spring Boot提供的依赖注入功能。记住，关键是要理解Spring Bean的生命周期，合理使用 @PostConstruct 注解，避免在不适当的时候访问依赖，并选择适合你的项目的依赖注入方式。

最后，虽然这些是普遍认可的最佳实践，但每个项目都有其独特的需求。因此，始终要根据你的具体情况来调整这些实践。持续学习和实践是掌握Spring Boot中抽象类和依赖注入的关键。