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Spring Boot微服务教程：入门与实践

标签：

SpringBoot 微服务

概述

本文提供了详细的Spring Boot微服务教程，涵盖了从基础概念到实战案例的各个方面。首先介绍了Spring Boot的核心优势和快速入门示例，接着深入讲解了微服务架构的特点和优势。文章还详细演示了如何使用Spring Boot创建和部署微服务项目，并探讨了微服务的通信机制和监控方法。

Spring Boot简介

Spring Boot是什么

Spring Boot 是一个基于Spring框架的开源框架，旨在简化Spring应用的创建、配置和部署过程。它通过约定优于配置的原则，帮助开发者快速构建独立的、生产级别的应用。Spring Boot提供了一整套开箱即用的功能，使得开发者可以专注于业务逻辑的实现，而无需过多关注底层技术细节。

Spring Boot的核心优势

Spring Boot 的核心优势在于其简化了Spring应用的开发流程，提供了大量预设的配置，使得开发者能够快速地创建应用。以下是Spring Boot的几个主要优势：

自动配置：Spring Boot能够根据类路径中的依赖自动配置应用程序。
内嵌Web服务器：Spring Boot可以内嵌Tomcat或Jetty等Web服务器，使得应用可以直接运行，无需外部容器。
starter依赖：通过引入特定的starter依赖，Spring Boot能够自动配置所需的bean，简化依赖管理。
Actuator监控：Spring Boot Actuator提供了生产就绪的特性，包括健康检查、审计、指标收集等。
无代码生成：Spring Boot应用无需生成和维护繁重的XML配置文件，所有配置都可以通过Java配置或属性文件完成。
快速启动：Spring Boot应用可以快速启动并运行，减少了开发和部署的复杂性。

第一个Spring Boot项目实例

本节将介绍如何创建和运行一个简单的Spring Boot项目。我们将使用Spring Initializr来生成项目结构，并编写一个简单的RESTful API。

创建项目

首先，访问Spring Initializr（https://start.spring.io/），选择所需的Spring Boot版本、语言（Java）、构建工具（Maven或Gradle），并添加所需的依赖。例如，选择Java、Maven以及Spring Web依赖，以便实现一个简单的RESTful API。点击生成项目ZIP文件，然后将其解压到本地项目目录中。

项目结构

生成的项目结构通常包含以下文件和目录：

src
├── main
│   ├── java
│   │   └── com
│   │       └── example
│   │           └── demo
│   │               ├── DemoApplication.java
│   │               └── controller
│   │                   └── HelloController.java
│   └── resources
│       └── application.properties
├── test
│   └── java
│       └── com
│           └── example
│               └── demo
│                   └── DemoApplicationTests.java
└── pom.xml

实现RESTful API

在src/main/java/com/example/demo/controller目录下创建一个控制器类HelloController.java，提供一个简单的RESTful API：

package com.example.demo.controller;

import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
@RequestMapping("/api")
public class HelloController {

    @GetMapping("/hello")
    public String hello() {
        return "Hello, World!";
    }
}

启动应用

在src/main/java/com/example/demo目录下，修改DemoApplication.java类以启动应用：

package com.example.demo;

import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;

@SpringBootApplication
public class DemoApplication {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(DemoApplication.class, args);
    }

}

运行应用

在命令行中，切换到项目根目录，通过Maven或Gradle启动应用：

mvn spring-boot:run

或者使用IDE（如IntelliJ IDEA或Eclipse）运行DemoApplication.java。

测试API

打开浏览器或使用Postman访问http://localhost:8080/api/hello，查看是否返回了Hello, World!。

微服务基础概念

微服务架构的特点

微服务架构是一种将单体应用拆分为多个小型、独立服务的设计模式，每个服务独立开发、部署和扩展，彼此之间通过轻量级通信机制（如HTTP REST）进行交互。微服务架构具有以下特点：

模块化：应用被拆分为多个独立的服务，每个服务负责一个单独的业务功能。
独立部署：每个服务都可以独立部署，具有自己的代码库、数据库、配置和运行环境。
技术多样性：微服务架构允许每个服务使用不同的编程语言和技术栈。
可扩展性：每个服务的独立性使其能够根据需要进行独立扩容或缩容。
容错性：服务之间通过API进行通信，一个服务的故障不会影响其他服务，提高了系统的容错性。

代码示例

以下是一个简单的用户服务示例：

package com.example.demo.service;

import org.springframework.stereotype.Service;

@Service
public class UserService {

    public void registerUser(String username, String password) {
        // 用户注册逻辑
    }

    public void loginUser(String username, String password) {
        // 用户登录逻辑
    }
}

微服务与传统单体应用的区别

单体应用

单体应用是一种将所有功能打包在一起的大而单一的应用程序。以下是单体应用的几个特征：

整体部署：整个应用作为一个单元进行部署。
共享资源：所有服务共享同一个数据库和运行时环境。
集中管理：开发、测试和部署都由一个团队负责。
复杂性高：随着应用的规模和复杂性增加，维护和扩展变得困难。

微服务

微服务架构将应用拆分为多个独立的服务，每个服务负责一个单独的业务功能。以下是微服务的一些特征：

独立部署：每个服务都可以独立部署，具有自己的代码库、数据库和运行环境。
技术多样性：每个服务可以选择适合自己的编程语言和技术栈。
松耦合：服务之间通过轻量级通信机制进行交互，降低了服务之间的耦合度。
可扩展性：独立的服务能够根据需要进行独立扩容或缩容。
容错性：服务之间的通信通过API进行，一个服务的故障不会影响其他服务。

代码示例

以下是一个简单的微服务示例：

package com.example.demo.controller;

import org.springframework.web.bind.annotation.PostMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestBody;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
public class UserController {

    @PostMapping("/register")
    public String register(@RequestBody User user) {
        // 注册用户逻辑
        return "User registered successfully!";
    }

    @PostMapping("/login")
    public String login(@RequestBody User user) {
        // 登录用户逻辑
        return "User logged in successfully!";
    }
}

微服务架构的优势与挑战

优势

快速迭代：独立的服务可以快速开发、测试和部署，提高了开发效率。
可扩展性：每个服务可以独立扩容或缩容，提高了系统的可扩展性。
容错性：服务之间的松耦合使得一个服务的故障不会影响其他服务。
技术多样性：每个服务可以选择适合自己的编程语言和技术栈。
灵活部署：服务可以独立部署，简化了部署流程。

挑战

复杂性：微服务架构的引入使得应用的复杂性增加，需要更多的开发、测试和部署工具和流程。
服务通信：服务之间的通信需要通过API进行，增加了服务之间的通信开销。
运维挑战：微服务架构需要更复杂的运维工具和流程来管理多个服务的部署和监控。
一致性问题：跨多个服务的数据一致性问题需要通过分布式事务等技术来解决。
服务发现：服务之间的通信需要服务发现机制来实现，增加了系统的复杂性。

Spring Boot微服务开发实战

创建Spring Boot微服务项目

本节将介绍如何使用Spring Boot创建一个微服务项目。我们将创建一个简单的用户服务，包括用户注册、登录和查询功能。

项目结构

项目结构通常包含以下内容：

src
├── main
│   ├── java
│   │   └── com
│   │       └── example
│   │           └── userservice
│   │               ├── UserApplication.java
│   │               └── controller
│   │                   └── UserController.java
│   └── resources
│       └── application.properties
├── test
│   └── java
│       └── com
│           └── example
│               └── userservice
│                   └── UserApplicationTests.java
└── pom.xml

实现用户注册功能

在src/main/java/com/example/userservice/controller目录下创建一个控制器类UserController.java，实现用户注册功能：

package com.example.userservice.controller;

import org.springframework.web.bind.annotation.PostMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestBody;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
public class UserController {

    @PostMapping("/register")
    public String register(@RequestBody User user) {
        // 注册用户逻辑
        return "User registered successfully!";
    }
}

数据模型定义

在src/main/java/com/example/userservice目录下创建一个数据模型类User.java：

package com.example.userservice;

public class User {
    private String username;
    private String password;

    public User(String username, String password) {
        this.username = username;
        this.password = password;
    }

    public String getUsername() {
        return username;
    }

    public void setUsername(String username) {
        this.username = username;
    }

    public String getPassword() {
        return password;
    }

    public void setPassword(String password) {
        this.password = password;
    }
}

启动应用

在src/main/java/com/example/userservice目录下，修改UserApplication.java类以启动应用：

package com.example.userservice;

import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;

@SpringBootApplication
public class UserApplication {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(UserApplication.class, args);
    }

}

运行应用

在命令行中，切换到项目根目录，通过Maven或Gradle启动应用：

mvn spring-boot:run

或者使用IDE（如IntelliJ IDEA或Eclipse）运行UserApplication.java。

测试API

打开浏览器或使用Postman访问http://localhost:8080/register，发送一个包含用户信息的POST请求，查看是否返回了User registered successfully!。

实现RESTful API

在上一节的基础上，我们将实现用户登录和查询功能，以完成一个简单的用户服务。

实现用户登录功能

在src/main/java/com/example/userservice/controller目录下，修改UserController.java，添加用户登录功能：

package com.example.userservice.controller;

import org.springframework.web.bind.annotation.PostMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestBody;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
public class UserController {

    @PostMapping("/register")
    public String register(@RequestBody User user) {
        // 注册用户逻辑
        return "User registered successfully!";
    }

    @PostMapping("/login")
    public String login(@RequestBody User user) {
        // 登录用户逻辑
        return "User logged in successfully!";
    }
}

实现用户查询功能

在src/main/java/com/example/userservice/controller目录下，继续修改UserController.java，添加用户查询功能：

package com.example.userservice.controller;

import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.PathVariable;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
@RequestMapping("/users")
public class UserController {

    @PostMapping("/register")
    public String register(@RequestBody User user) {
        // 注册用户逻辑
        return "User registered successfully!";
    }

    @PostMapping("/login")
    public String login(@RequestBody User user) {
        // 登录用户逻辑
        return "User logged in successfully!";
    }

    @GetMapping("/{id}")
    public User getUser(@PathVariable Long id) {
        // 查询用户逻辑
        User user = new User("username", "password");
        return user;
    }
}

测试API

使用Postman或其他工具发送POST请求到http://localhost:8080/register和http://localhost:8080/login，并发送GET请求到http://localhost:8080/users/1，查看是否返回正确的响应。

使用Spring Boot Actuator监控微服务

Spring Boot Actuator提供了生产就绪的特性，如健康检查、审计、指标收集等。本节将介绍如何使用Spring Boot Actuator监控微服务。

启用Actuator

在pom.xml文件中添加Spring Boot Actuator依赖：

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-actuator</artifactId>
</dependency>

修改`application.properties`配置

在src/main/resources/application.properties文件中添加以下配置：

management.endpoints.web.exposure.include=*
management.endpoint.health.show-details=always

启动应用

重新启动应用，访问http://localhost:8080/actuator，查看Actuator提供的所有端点。

测试健康检查

访问http://localhost:8080/actuator/health，查看应用的健康状态信息。

微服务通信机制

RESTful服务通信

RESTful服务通信是微服务架构中最常见的通信方式之一。通过HTTP REST API，服务之间可以进行简单的交互和数据交换。本节将介绍如何使用Spring Boot实现RESTful服务通信。

创建服务提供者

在src/main/java/com/example/userservice目录下，创建一个服务提供者应用，实现用户注册和登录功能。

package com.example.userservice.controller;

import org.springframework.web.bind.annotation.PostMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestBody;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
public class UserController {

    @PostMapping("/register")
    public String register(@RequestBody User user) {
        // 注册用户逻辑
        return "User registered successfully!";
    }

    @PostMapping("/login")
    public String login(@RequestBody User user) {
        // 登录用户逻辑
        return "User logged in successfully!";
    }
}

创建服务消费者

在src/main/java/com/example/authservice目录下，创建一个服务消费者应用，调用用户服务的注册和登录功能。

package com.example.authservice;

import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
import org.springframework.web.client.RestTemplate;

@SpringBootApplication
public class AuthServiceApplication {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(AuthServiceApplication.class, args);

        // 创建RestTemplate实例
        RestTemplate restTemplate = new RestTemplate();

        // 调用用户服务的注册接口
        String result = restTemplate.postForObject("http://localhost:8080/register", new User(), String.class);
        System.out.println("Registration result: " + result);

        // 调用用户服务的登录接口
        result = restTemplate.postForObject("http://localhost:8080/login", new User(), String.class);
        System.out.println("Login result: " + result);
    }
}

启动应用

分别启动用户服务和认证服务应用，查看认证服务调用用户服务的注册和登录接口是否返回正确的响应。

使用Spring Cloud进行服务间通信

Spring Cloud是一组组件的集合，用于简化微服务架构中的常见问题。Spring Cloud提供了一套工具来实现服务发现、配置管理、负载均衡等。本节将介绍如何使用Spring Cloud实现服务间通信。

引入Spring Cloud依赖

在pom.xml文件中添加Spring Cloud依赖：

<dependency>
    <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-netflix-eureka-server</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-netflix-eureka-client</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-netflix-ribbon</artifactId>
</dependency>

配置服务注册与发现

在用户服务中配置Eureka服务注册与发现：

spring.application.name=user-service
server.port=8080
eureka.client.service-url.defaultZone=http://localhost:8761/eureka/

在认证服务中配置Eureka服务注册与发现：

spring.application.name=auth-service
server.port=8081
eureka.client.service-url.defaultZone=http://localhost:8761/eureka/

启动Eureka服务注册中心

在src/main/java/com/example/eurekaservice目录下，创建一个Eureka服务注册中心应用：

package com.example.eurekaservice;

import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
import org.springframework.cloud.netflix.eureka.server.EnableEurekaServer;

@SpringBootApplication
@EnableEurekaServer
public class EurekaServiceApplication {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(EurekaServiceApplication.class, args);
    }

}

启动应用

分别启动Eureka服务注册中心、用户服务和认证服务应用，查看认证服务调用用户服务的注册和登录接口是否返回正确的响应。

使用Ribbon进行负载均衡

在认证服务中使用Ribbon进行负载均衡：

package com.example.authservice;

import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
import org.springframework.cloud.client.loadbalancer.LoadBalanced;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.web.client.RestTemplate;

@SpringBootApplication
public class AuthServiceApplication {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(AuthServiceApplication.class, args);
    }

    @Bean
    @LoadBalanced
    public RestTemplate restTemplate() {
        return new RestTemplate();
    }
}

测试负载均衡

启动多个用户服务实例，查看认证服务调用用户服务的注册和登录接口是否实现了负载均衡。

服务发现与负载均衡

服务发现是指在微服务架构中，一个服务能够自动发现其他服务的能力。负载均衡是指在多个服务实例之间分配请求的能力。Spring Cloud提供了一套工具来实现服务发现和负载均衡。

使用Eureka实现服务发现

Eureka是一个基于REST的服务注册与发现框架，由Netflix开源。它主要用于服务注册、服务发现和健康检查。Spring Cloud整合了Eureka，简化了服务注册与发现的过程。

使用Ribbon实现负载均衡

Ribbon是Netflix开源的一个基于HTTP和TCP的客户端负载均衡器。它通过一个可插拔的接口来提供多种负载均衡算法，如轮询、随机、最少活跃请求等。

使用Feign实现声明式服务调用

Feign是Netflix开源的一个声明式的Web服务客户端。它使得编写Web服务客户端变得更加容易，减少了样板代码。Feign支持Ribbon，可以与Eureka进行集成，实现负载均衡。

使用Hystrix实现服务容错

Hystrix是Netflix开源的一个延迟和容错库。它用于隔离外部依赖的访问点，防止级联故障，同时保证系统整体的可用性。Hystrix通过熔断器、断路器等机制，实现服务容错。

微服务部署与运维

微服务部署策略

微服务部署策略是将多个微服务部署到生产环境的过程。微服务部署可以采用多种策略，如单体部署、容器化部署、无服务器部署等。本节将介绍如何使用容器化部署微服务。

单体部署

单体部署是将所有微服务打包成一个独立的应用程序进行部署。这种部署方式简单直接，但在处理大规模和复杂性时存在局限性。

容器化部署

容器化部署是将微服务打包成容器（如Docker容器）进行部署。容器化部署可以提供一致的运行环境，简化部署流程，提高部署效率。

无服务器部署

无服务器部署是将微服务部署到无服务器平台（如AWS Lambda、Google Cloud Functions等），由平台负责管理和扩展服务。无服务器部署可以减少运维工作量，提高资源利用率。

使用Docker容器化微服务

Docker是一个开源的容器化平台，它将应用和其依赖打包成一个轻量级、可移植的容器，使得应用可以在不同的环境中保持一致的运行。本节将介绍如何使用Docker容器化微服务。

创建Docker镜像

在微服务项目的根目录下，创建一个Dockerfile文件，定义Docker镜像的构建过程：

# 使用官方的Java运行时作为基础镜像
FROM openjdk:8-jdk-alpine

# 设置工作目录
WORKDIR /app

# 将构建好的JAR文件复制到镜像中
COPY target/*.jar /app/app.jar

# 设置容器启动时运行的命令
ENTRYPOINT ["java","-jar","/app/app.jar"]

构建Docker镜像

在命令行中，切换到项目根目录，执行以下命令构建Docker镜像：

docker build -t userservice:v1 .

运行Docker容器

执行以下命令运行Docker容器：

docker run -d -p 8080:8080 --name userservice userservice:v1

测试容器

访问http://localhost:8080/register，查看是否返回正确的响应。

部署至云平台

微服务可以部署到各种云平台，如AWS、Azure、阿里云等。本节将介绍如何将微服务部署到AWS和Azure。

部署至AWS

使用AWS EC2实例部署微服务。首先，创建一个EC2实例，然后使用SSH登录到实例，上传并解压微服务应用的JAR文件，最后启动应用。

# 登录EC2实例
ssh -i my-key-pair.pem ec2-user@public-dns-name

# 解压并启动应用
unzip userservice.jar
java -jar userservice.jar

也可以使用AWS Elastic Beanstalk部署微服务，简化部署流程。

部署至Azure

使用Azure VM部署微服务。首先，创建一个Azure VM，然后使用SSH登录到VM，上传并解压微服务应用的JAR文件，最后启动应用。

# 登录Azure VM
ssh azureuser@public-ip-address

# 解压并启动应用
unzip userservice.jar
java -jar userservice.jar

也可以使用Azure App Service部署微服务，简化部署流程。

具体实践示例

在AWS上创建EC2实例并部署应用

创建EC2实例，选择适当的AMI、实例类型、存储和网络配置。
登录EC2实例（例如，使用SSH）。

上传并解压应用：

ssh -i my-key-pair.pem ec2-user@public-dns-name
unzip userservice.jar
java -jar userservice.jar

在Azure上创建VM并部署应用

创建Azure VM，选择适当的VM类型、存储和网络配置。
登录Azure VM（例如，使用SSH）。

上传并解压应用：

ssh azureuser@public-ip-address
unzip userservice.jar
java -jar userservice.jar

实战案例分析

分析一个简单的微服务系统架构

本节将分析一个简单的微服务系统架构，包括微服务的拆分、部署和监控。

微服务拆分

微服务系统通常由多个独立的服务组成，每个服务负责一个单独的业务功能。例如，在一个电商系统中，可以拆分为订单服务、商品服务、用户服务等。

代码示例

订单服务

package com.example.demo.service;

import org.springframework.stereotype.Service;

@Service
public class OrderService {

    public void createOrder(String productId, int quantity) {
        // 订单创建逻辑
    }

    public void updateOrder(String orderId, int newQuantity) {
        // 订单更新逻辑
    }
}

商品服务

package com.example.demo.service;

import org.springframework.stereotype.Service;

@Service
public class ProductService {

    public Product getProductById(String productId) {
        // 产品查询逻辑
        return new Product();
    }

    public void updateProductStock(String productId, int newStock) {
        // 产品库存更新逻辑
    }
}

用户服务

package com.example.demo.service;

import org.springframework.stereotype.Service;

@Service
public class UserService {

    public void registerUser(String username, String password) {
        // 用户注册逻辑
    }

    public void loginUser(String username, String password) {
        // 用户登录逻辑
    }
}

微服务部署

微服务可以部署到本地服务器、虚拟机或容器中。例如，在一个电商系统中，订单服务可以部署到AWS EC2实例，商品服务可以部署到Azure VM，用户服务可以部署到阿里云。每个服务都可以使用Docker容器化部署，简化部署流程。

微服务监控

微服务需要通过监控工具来监控服务的健康状态、性能指标等。例如，在一个电商系统中，可以使用Spring Boot Actuator监控微服务的健康状态，使用Prometheus监控微服务的性能指标。

代码示例

使用Spring Boot Actuator监控健康状态

在pom.xml文件中添加Spring Boot Actuator依赖：

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-actuator</artifactId>
</dependency>

在application.properties文件中配置Actuator：

management.endpoints.web.exposure.include=*
management.endpoint.health.show-details=always

使用Prometheus监控性能指标

在pom.xml文件中添加Prometheus依赖：

<dependency>
   <groupId>io.micrometer</groupId>
   <artifactId>micrometer-registry-prometheus</artifactId>
</dependency>

配置Prometheus收集微服务的指标：

management.metrics.web.server.auto-time-requests=true
management.metrics.web.client.auto-time-requests=true
management.endpoints.web.exposure.include=prometheus

通过以上实践和优化，可以更好地设计和实现微服务系统，提高系统的可维护性、可扩展性和可用性。

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项目结构

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运行应用

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实现用户查询功能

测试API

启用Actuator

修改application.properties配置

启动应用

测试健康检查

创建服务提供者

创建服务消费者

启动应用

引入Spring Cloud依赖

配置服务注册与发现

启动Eureka服务注册中心

启动应用

使用Ribbon进行负载均衡

测试负载均衡

使用Eureka实现服务发现

使用Ribbon实现负载均衡

使用Feign实现声明式服务调用

使用Hystrix实现服务容错

单体部署

容器化部署

无服务器部署

创建Docker镜像

构建Docker镜像

运行Docker容器

测试容器

部署至AWS

部署至Azure

具体实践示例

在AWS上创建EC2实例并部署应用

在Azure上创建VM并部署应用

微服务拆分

代码示例

订单服务

商品服务

用户服务

微服务部署

微服务监控

代码示例

使用Spring Boot Actuator监控健康状态

使用Prometheus监控性能指标

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修改`application.properties`配置