Spring框架核心组件设计理念及设计模式分析

Spring框架部分设计理念及设计模式分析

Spring是目前最优秀的框架之一，本文介绍Spring的总体架构以及特性，然后主要针对Spring中部分组件分析其设计理念和设计模式。

Spring总体架构

Spring是一个轻量级的控制反转（IoC）和面向切面（AOP）的容器框架。在Spring框架中，总共有十几个组件，总体架构图如图所示：

Spring采用的是分层架构，Core Spring Container为Spring的核心，实现了基于IoC的bean管理容器。在IoC和AOP基础上，扩展了数据层和Web层。

Spring中IoC（DI）和AOP的理解

IoC

IoC（Inversion of Control）即控制反转，它是一种设计思想。在传统的Java编程思想中，我们会直接在Java对象内部通过new方法直接创建对象，导致程序对象紧密耦合。而在Spring中，创建对象的权限交由IoC容器处理，当程序需要对象时，通过向IoC容器获取得到对象的引用。总的来说，IoC容器控制了外部资源获取，容器查找及注入依赖对象，对象只是被动的接受依赖对象，所以称之为控制反转。

DI

DI（Dependency Injection）即依赖注入，它指的是在Spring中，不同对象之间的依赖关系由运行时通过容器进行确定，简单地说，就是容器在运行时动态地将依赖关系注入到组件中，向某个对象提供它所需要的其他对象。。依赖注入的使用可以提高组件的重用性。应用程序依赖于IoC容器来提供对象需要的外部资源。

IoC与DI

那么IoC和DI两个名词又有什么区别呢？从我的理解来看，它们只是对于Spring采用容器管理Java对象的同一件事不同层面的表示，IoC所阐述的是一种思想，指的是Spring将传统的使用new方法直接创建Java对象改为通过IoC容器获取Java对象，IoC容器控制的对象创建的权利，降低了Java对象之间的依赖关系；DI则大多指得是实现IoC的方式，通过依赖注入实现控制反转。其实DI是2004年大师级人物Martin Fowler针对“控制反转“给出了的新的名字，相对“控制反转“而言，“依赖注入”明确描述了“被注入对象依赖IoC容器配置依赖对象”。

Aop

Aop（Aspect Oriented Programming）即面向切面编程，它是针对与OOP（Object Oriented Programming）即面向对象编程的补充。”切面”，简单说就是那些与业务无关，却为业务模块所共同调用的逻辑或责任。OOP是针对业务处理过程的实体及其属性和行为进行抽象封装，以获得更加清晰高效的逻辑单元划分。Aop是针对业务处理过程中的切面进行提取，它所面对的是处理过程的某个步骤或阶段，利用”横切”技术，剖解开封装的对象内部，将影响了多个类的公共行为封装到一个可重用模块（即切面），减少系统的重复代码，降低模块之间的耦合度，有利于未来的可操作性和可维护性。Aop的应用场景有日志记录，性能统计，安全控制，事务处理，异常处理等。

Aop把系统分为核心关注点和横切关注点。核心关注点是业务处理的主要流程，横切关注点是与业务处理流程关系不大的补充其他补充功能。横切关注点的一个特点是经常发生在多个核心关注点上，而且各处处理方式基本相似，比如权限认证、日志、事务。Aop的作用在于分离系统中的核心关注点和横切关注点。

Aop采用了Proxy模式，例如JdkDynamicAopProxy和Cglib2AopProxy，用到了JDK的动态代理模式。

$Proxy是创建的代理对象，Subject是抽象主题，代理对象是通过Invocatio-nHandler来持有对目标对象的引用。除了实现被代理对象的接口外，还会有org.springframework.aop.SpringProxy和org.springframework.aop.fram-ework.Advised两个接口。

Spring部分组件及其设计模式

Bean组件

在Spring中，Bean类似于java面向对象编程中的Object，Spring把对象包装在Bean中而达到对对象管理以及一些额外操作的目的。Bean组件在Spring的org.springframework.beans包下。Bean 组件主要包括三项功能：Bean定义，Bean创建以及Bean解析。在使用Spring框架时，用户只需对Bean进行定义，对于Bean的创建和解析由Spring负责（对用户是透明的）。

Bean在创建时采用的是工厂模式，类图如图1所示，它的顶级接口是BeanFactory，它是典型工厂方法模式的接口，有三个子接口继承至该接口，分别为ListableBeanFactory、HierarchicalBeanFactory和Autowire-CapableBeanFactory。虽然最终的实现类实现了之前接口中的所有方法，但是对于每一个接口来说，它们都有各自使用的场合，主要是为了区分在Spring 内部对象的传递和转化过程中，对对象的数据访问所做的限制。例如ListableBean-Factory 接口表示这些 Bean 是可列表的，它可以列出工厂可以生产的所有实例；HierarchicalBeanFactory 表示的是这些 Bean 是有继承关系的，也就是每个 Bean 有可能有父 Bean；AutowireCapableBean-Factory 接口定义 Bean 的自动装配规则，根据类定义BeanDefinition装配Bean、执行前、后处理器等。这四个接口共同定义了 Bean 的集合、Bean 之间的关系、以及 Bean 行为。

Bean的定义完整地描述了在Spring配置文件中定义的<bean/>节点中所有的信息，包括各种子节点。当 Spring 成功解析一个<bean/>节点后，在 Spring 的内部它被转化成 BeanDefinition 对象，以后所有的操作都是对这个对象完成的。

Bean 的解析过程非常复杂，功能被分的很细，因为需要被扩展的地方很多，必须保证有足够的灵活性，以应对可能的变化。Bean 的解析主要就是对 Spring 配置文件的解析。

Context组件

Context 组件源代码位于 Spring 的 org.springframework.context 包下，Context 组件在 Spring 中的实际上就是给 Spring 提供一个运行时的环境，用以保存各个对象的状态。

ApplicationContext 是 Context 的顶级父类，它除了能标识一个应用环境的基本信息外，他还继承了五个接口，这五个接口主要是扩展了 Context 的功能。ApplicationContext继承了BeanFactory，说明了Spring容器中运行的主体对象是Bean，另外ApplicationContext继承了ResourceLoader接口，使得ApplicationContext可以访问到任何外部资源。

ApplicationContext的子类主要包含两个：

1. ConfigurableApplicationContext表示该种类型的Context是可修改的，也就是在构建Context时用户可以动态添加或修改已有的配置信息，它又有多个子类，其中最经常使用的是可更新的Context，即
   AbstractRefreshableApplicationContext类。

2. WebApplicationContext是为web准备的Context，它可以直接访问到ServletContext，通常情况下，这个接口使用的少。

再往下分就是按照构建Context的文件类型，接着就是访问Context的方式。这样一级一级构成了完整的Context等级层次。

总体来说ApplicationContext必须要完成以下几件事：

• 标识一个应用环境
• 利用BeanFactory创建Bean对象
• 保存对象关系表
• 能够捕获各种事件

Context作为Spring的IoC容器，基本上整合了Spring的大部分功能，或者说是大部分功能的基础。

Core组件

Core组件一个重要组成部分就是定义了资源的访问方式，把资源都抽象成一个接口，本节内容主要介绍该部分内容。

Resource接口封装了各种可能的资源类型，对使用者屏蔽了文件类型的不同。Resource接口继承了InputStreamSource接口，接口中的getInput-Stream方法，返回的是InputStream类。这样所有的资源都被可以通过InputStream这个类来获取，所以屏蔽了资源的提供者对文件类型不同的感受。另外还有一个问题就是加载资源的问题，也就是资源的加载者要统一，在Spring中这个任务是由ResourceLoader接口完成，它屏蔽了所有的资源加载者的差异，只需要实现这个接口就可以加载所有的资源，它的默认实现是DefaultResourceLoader。