Spring 框架
Spring简介
Spring框架由Rod Johnson开发,Rod Johnson’s twitter,Rod Johnson’s 百度百科,2004年发布了Spring框架的第一版。Spring是一个从实际开发中抽取出来的框架,因此它完成了大量开发中的通用步骤,留给开发者的仅仅是与特定应用相关的部分,从而大大提高了企业应用的开发效率。
Spring总结起来优点如下:
- 低侵入式设计,代码的污染极低;
- 独立于各种应用服务器,基于Spring框架的应用,可以真正实现Write Once,Run Anywhere的承诺;
- Spring的IoC容器降低了业务对象替换的复杂性,提高了组件之间的解耦;
- Spring的AOP支持允许将一些通用任务如安全、事务、日志等进行集中式管理,从而提供了更好的复用;
- Spring的ORM和DAO提供了与第三方持久层框架的良好整合,并简化了底层的数据库访问;
- Spring的高度开放性,并不强制应用完全依赖于Spring,开发者可自由选用Spring框架的部分或全部。
Spring框架的组成结构图如下所示:
Spring的核心机制
管理Bean
程序主要是通过Spring容器来访问容器中的Bean,ApplicationContext是Spring容器最常用的接口,该接口有如下两个实现类:
ClassPathXmlApplicationContext
: 从类加载路径下搜索配置文件,并根据配置文件来创建Spring容器FileSystemXmlApplicationContext
:从文件系统的相对路径或绝对路径下去搜索配置文件,并根据配置文件来创建Spring容器
public class BeanTest{
public static void main(String args[]) throws Exception{
ApplicationContext ctx = new ClassPathXmlApplicationContext("beans.xml");
Person p = ctx.getBean("person", Person.class);
p.say();
}
}
Eclipse使用Spring
在Eclipse等IDE工具中,用户可以自建User Library
,然后把Spring的Jar包都放入其中,当然也可以将Jar包直接放在项目的/WEB-INF/lib
目录下,但是如果使用User Library
,在项目发布时,需要将用户库所引用的Jar文件随应用一起发布,就是将User Library
所使用的Jar复制到/WEB-INF/lib
目录下,这是因为对于一个Web应用,Eclipse部署Web应用时不会将用户库的Jar文件复制到/WEB-INF/lib
下,需要手动复制。
依赖注入
Spring框架的核心功能有两个:
- Spring容器作为超级大工厂,负责创建、管理所有的Java对象,这些Java对象被称为Bean.
- Spring容器管理容器中Bean之间的依赖关系,Spring使用一种被称为“依赖注入”的方式来管理Bean之间的依赖关系。
使用依赖注入,不仅可以为Bean注入普通的属性值,还可以注入其他Bean的引用。依赖注入是一种优秀的解耦方式,其可以让Bean以配置文件组织在一起,而不是以硬编码的方式耦合在一起。
理解依赖注入
Rod Johnson是第一个高度重视以配置文件来管理Java实例的协作关系的人,他给这种方式起了一个名字:控制反转(Inverse of Control,IoC)。后来Martine Fowler为这种方式起了另一个名称:依赖注入(Dependency Injection),因此不管是依赖注入,还是控制反转,其含义完全相同。当某个Java对象(调用者)需要调用另一个Java对象(被依赖对象)的方法时,在传统模式下通常有两种做法:
- 原始做法: 调用者主动创建被依赖对象,然后再调用被依赖对象的方法。
- 简单工厂模式: 调用者先找到被依赖对象的工厂,然后主动通过工厂去获取被依赖对象,最后再调用被依赖对象的方法。
注意上面的主动二字,这必然会导致调用者与被依赖对象实现类的硬编码耦合,非常不利于项目升级的维护。使用Spring框架之后,调用者无需主动获取被依赖对象,调用者只要被动接受Spring容器为调用者的成员变量赋值即可,由此可见,使用Spring后,调用者获取被依赖对象的方式由原来的主动获取,变成了被动接受——所以Rod Johnson称之为控制反转。
另外从Spring容器的角度来看,Spring容器负责将被依赖对象赋值给调用者的成员变量——相当于为调用者注入它依赖的实例,因此Martine Fowler称之为依赖注入。
设值注入
设值注入是指IoC容器通过成员变量的setter方法来注入被依赖对象。这种注入方式简单、直观,因而在Spring的依赖注入里大量使用。
构造注入
利用构造器来设置依赖关系的方式,被称为构造注入。通俗来说,就是驱动Spring在底层以反射方式执行带指定参数的构造器,当执行带参数的构造器时,就可利用构造器参数对成员变量执行初始化——这就是构造注入的本质。
两种注入方式的对比
设值注入有如下优点:
- 与传统的JavaBean的写法更相似,程序开发人员更容易理解、接受。通过setter方法设定依赖关系显得更加直观、自然。
- 对于复杂的依赖关系,如果采用构造注入,会导致构造器过于臃肿,难以阅读。Spring在创建Bean实例时,需要同时实例化其依赖的全部实例,因而导致性能下降。而使用设值注入,则能避免这些问题。
- 尤其在某些成员变量可选的情况下,多参数的构造器更加笨重。
构造注入优势如下:
- 构造注入可以在构造器中决定依赖关系的注入顺序,优先依赖的优先注入。
- 对于依赖关系无需变化的Bean,构造注入更有用处。因为没有setter方法,所有的依赖关系全部在构造器内设定,无须担心后续的代码对依赖关系产生破坏。
- 依赖关系只能在构造器中设定,则只有组件的创建者才能改变组件的依赖关系,对组件的调用者而言,组件内部的依赖关系完全透明,更符合高内聚的原则。
Notes
建议采用设值注入为主,构造注入为辅的注入策略。对于依赖关系无须变化的注入,尽量采用构造注入;而其他依赖关系的注入,则考虑采用设值注入。
Spring容器中的Bean
对于开发者来说,开发者使用Spring框架主要是做两件事:①开发Bean;②配置Bean。对于Spring框架来说,它要做的就是根据配置文件来创建Bean实例,并调用Bean实例的方法完成“依赖注入”——这就是所谓IoC的本质。
容器中Bean的作用域
当通过Spring容器创建一个Bean实例时,不仅可以完成Bean实例的实例化,还可以为Bean指定特定的作用域。Spring支持如下五种作用域:
singleton
: 单例模式,在整个Spring IoC容器中,singleton作用域的Bean将只生成一个实例;prototype
: 每次通过容器的getBean()方法获取prototype作用域的Bean时,都将产生一个新的Bean实例;request
:对于一次HTTP请求,request作用域的Bean将只生成一个实例,这意味着,在同一次HTTP请求内,程序每次请求该Bean,得到的总是同一个实例。只有在Web应用中使用Spring时,该作用域才真正有效;- 对于一次HTTP会话,session作用域的Bean将只生成一个实例,这意味着,在同一次HTTP会话内,程序每次请求该Bean,得到的总是同一个实例。只有在Web应用中使用Spring时,该作用域才真正有效;
global session
: 每个全局的HTTP Session对应一个Bean实例。在典型的情况下,仅在使用portlet context的时候有效,同样只在Web应用中有效。
如果不指定Bean的作用域,Spring默认使用singleton作用域。prototype作用域的Bean的创建、销毁代价比较大。而singleton作用域的Bean实例一旦创建成果,就可以重复使用。因此,应该尽量避免将Bean设置成prototype作用域。
使用自动装配注入合作者Bean
Spring能自动装配Bean与Bean之间的依赖关系,即无须使用ref显式指定依赖Bean,而是由Spring容器检查XML配置文件内容,根据某种规则,为调用者Bean注入被依赖的Bean。
Spring自动装配可通过<beans/>
元素的default-autowire
属性指定,该属性对配置文件中所有的Bean起作用;也可通过对<bean/>
元素的autowire
属性指定,该属性只对该Bean起作用。
autowire
和default-autowire
可以接受如下值:
no
:不使用自动装配。Bean依赖必须通过ref元素定义。这是默认配置,在较大的部署环境中不鼓励改变这个配置,显式配置合作者能够得到更清晰的依赖关系。byName
:根据setter方法名进行自动装配。Spring容器查找容器中全部Bean,找出其id与setter方法名去掉set前缀,并小写首字母后同名的Bean来完成注入。如果没有找到匹配的Bean实例,则Spring不会进行任何注入。byType
:根据setter方法的形参类型来自动装配。Spring容器查找容器中的全部Bean,如果正好有一个Bean类型与setter方法的形参类型匹配,就自动注入这个Bean;如果找到多个这样的Bean,就抛出一个异常;如果没有找到这样的Bean,则什么都不会发生,setter方法不会被调用。constructor
:与byType类似,区别是用于自动匹配构造器的参数。如果容器不能恰好找到一个与构造器参数类型匹配的Bean,则会抛出一个异常。autodetect
:Spring容器根据Bean内部结构,自行决定使用constructor或byType策略。如果找到一个默认的构造函数,那么就会应用byType策略。
当一个Bean既使用自动装配依赖,又使用ref显式指定依赖时,则显式指定的依赖覆盖自动装配依赖;对于大型的应用,不鼓励使用自动装配。虽然使用自动装配可减少配置文件的工作量,但大大将死了依赖关系的清晰性和透明性。依赖关系的装配依赖于源文件的属性名和属性类型,导致Bean与Bean之间的耦合降低到代码层次,不利于高层次解耦。
<!--通过设置可以将Bean排除在自动装配之外-->
<bean id="" autowire-candidate="false"/>
<!--除此之外,还可以在beans元素中指定,支持模式字符串,如下所有以abc结尾的Bean都被排除在自动装配之外-->
<beans default-autowire-candidates="*abc"/>
创建Bean的3种方式
使用构造器创建Bean实例
使用构造器来创建Bean实例是最常见的情况,如果不采用构造注入,Spring底层会调用Bean类的无参数构造器来创建实例,因此要求该Bean类提供无参数的构造器。
采用默认的构造器创建Bean实例,Spring对Bean实例的所有属性执行默认初始化,即所有的基本类型的值初始化为0或false;所有的引用类型的值初始化为null。
使用静态工厂方法创建Bean
使用静态工厂方法创建Bean实例时,class属性也必须指定,但此时class属性并不是指定Bean实例的实现类,而是静态工厂类,Spring通过该属性知道由哪个工厂类来创建Bean实例。
除此之外,还需要使用factory-method属性来指定静态工厂方法,Spring将调用静态工厂方法返回一个Bean实例,一旦获得了指定Bean实例,Spring后面的处理步骤与采用普通方法创建Bean实例完全一样。如果静态工厂方法需要参数,则使用<constructor-arg.../>
元素指定静态工厂方法的参数。
调用实例工厂方法创建Bean
实例工厂方法与静态工厂方法只有一个不同:调用静态工厂方法只需使用工厂类即可,而调用实例工厂方法则需要工厂实例。使用实例工厂方法时,配置Bean实例的<bean.../>
元素无须class属性,配置实例工厂方法使用factory-bean
指定工厂实例。
采用实例工厂方法创建Bean的<bean.../>
元素时需要指定如下两个属性:
factory-bean
: 该属性的值为工厂Bean的id。factory-method
: 该属性指定实例工厂的工厂方法。
若调用实例工厂方法时需要传入参数,则使用<constructor-arg.../>
元素确定参数值。
协调作用域不同步的Bean
当singleton作用域的Bean依赖于prototype作用域的Bean时,会产生不同步的现象,原因是因为当Spring容器初始化时,容器会预初始化容器中所有的singleton Bean
,由于singleton Bean
依赖于prototype Bean
,因此Spring在初始化singleton Bean
之前,会先创建prototypeBean
——然后才创建singleton Bean
,接下里将prototype Bean
注入singleton Bean
。
解决不同步的方法有两种:
- 放弃依赖注入: singleton作用域的Bean每次需要prototype作用域的Bean时,主动向容器请求新的Bean实例,即可保证每次注入的prototype Bean实例都是最新的实例;
- 利用方法注入: 方法注入通常使用lookup方法注入,使用lookup方法注入可以让Spring容器重写容器中Bean的抽象或具体方法,返回查找容器中其他Bean的结果,被查找的Bean通常是一个
non-singleton Bean
。Spring通过使用JDK动态代理或cglib库修改客户端的二进制码,从而实现上述要求。
建议采用第二种方法,使用方法注入。为了使用lookup方法注入,大致需要如下两步:
- 将调用者Bean的实现类定义为抽象类,并定义一个抽象方法来获取被依赖的Bean;
- 在
<bean.../>
元素中添加<lookup-method.../>
子元素让Spring为调用者Bean的实现类实现指定的抽象方法。
Notes
Spring会采用运行时动态增强的方式来实现
<lookup-method.../>
元素所指定的抽象方法,如果目标抽象类实现过接口,Spring会采用JDK动态代理来实现该抽象类,并为之实现抽象方法;如果目标抽象类没有实现过接口,Spring会采用cglib
实现该抽象类,并为之实现抽象方法。Spring4.0的spring-core-xxx.jar
包中已经集成了cglib
类库。
两种后处理器
Spring提供了两种常用的后处理器:
- Bean后处理器: 这种后处理器会对容器中Bean进行后处理,对Bean进行额外加强;
- 容器后处理器: 这种后处理器会对IoC容器进行后处理,用于增强容器功能。
Bean后处理器
Bean后处理器是一种特殊的Bean,这种特殊的Bean并不对外提供服务,它甚至可以无须id属性,它主要负责对容器中的其他Bean执行后处理,例如为容器中的目标Bean生成代理等,这种Bean称为Bean后处理器。Bean后处理器会在Bean实例创建成功之后,对Bean实例进行进一步的增强处理。Bean后处理器必须实现BeanPostProcessor
接口,同时必须实现该接口的两个方法。
Object postProcessBeforeInitialization(Object bean, String name)throws BeansException
: 该方法的第一个参数是系统即将进行后处理的Bean实例,第二个参数是该Bean的配置id;Object postProcessAfterinitialization(Object bean, String name)throws BeansException
: 该方法的第一个参数是系统即将进行后处理的Bean实例,第二个参数是该Bean的配置id。
容器中一旦注册了Bean后处理器,Bean后处理器就会自动启动,在容器中每个Bean创建时自动工作,Bean后处理器两个方法的回调时机如下图:
注意一点,如果使用BeanFactory
作为Spring容器,则必须手动注册Bean后处理器,程序必须获取Bean后处理器实例,然后手动注册。
BeanPostProcessor bp = (BeanPostProcessor)beanFactory.getBean("bp");
beanFactory.addBeanPostProcessor(bp);
Person p = (Person)beanFactory.getBean("person");
容器后处理器
Bean后处理器负责处理容器中的所有Bean实例,而容器后处理器则负责处理容器本身。容器后处理器必须实现BeanFactoryPostProcessor
接口,并实现该接口的一个方法postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory)
实现该方法的方法体就是对Spring容器进行的处理,这种处理可以对Spring容器进行自定义扩展,当然也可以对Spring容器不进行任何处理。
类似于BeanPostProcessor
,ApplicationContext
可自动检测到容器中的容器后处理器,并且自动注册容器后处理器。但若使用BeanFactory
作为Spring容器,则必须手动调用该容器后处理器来处理BeanFactory
容器。
Spring的“零配置”支持
搜索Bean类
Spring提供如下几个Annotation来标注Spring Bean:
@Component
: 标注一个普通的Spring Bean类;@Controller
: 标注一个控制器组件类;@Service
: 标注一个业务逻辑组件类;@Repository
: 标注一个DAO组件类;
在Spring配置文件中做如下配置,指定自动扫描的包。
<context:component-scan base-package="edu.shu.spring.domain"/>
使用@Resource配置依赖
@Resource
位于javax.annotation
包下,是来自JavaEE规范的一个Annotation
,Spring直接借鉴了该Annotation
,通过使用该Annotation
为目标Bean指定协作者Bean。使用@Resource
与<property.../>
元素的ref
属性有相同的效果。
@Resource
不仅可以修饰setter
方法,也可以直接修饰实例变量,如果使用@Resource
修饰实例变量将会更加简单,此时Spring将会直接使用JavaEE规范的Field注入,此时连setter
方法都可以不要。
使用@PostConstruct
和@PreDestroy
定制生命周期行为
@PostConstruct
和@PreDestroy
同样位于javax.annotation
包下,也是来自JavaEE规范的两个Annotation
,Spring直接借鉴了它们,用于定制Spring容器中Bean的生命周期行为。它们都用于修饰方法,无须任何属性。其中前者修饰的方法时Bean的初始化方法;而后者修饰的方法时Bean销毁之前的方法。
Spring4.0增强的自动装配和精确装配
Spring提供了@Autowired
注解来指定自动装配,@Autowired
可以修饰setter
方法、普通方法、实例变量和构造器等。当使用@Autowired
标注setter
方法时,默认采用byType自动装配策略。在这种策略下,符合自动装配类型的候选Bean实例常常有多个,这个时候就可能引起异常,为了实现精确的自动装配,Spring提供了@Qualifier
注解,通过使用@Qualifier
,允许根据Bean的id来执行自动装配。
Spring的AOP
为什么需要AOP
AOP(Aspect Orient Programming)也就是面向切面编程,作为面向对象编程的一种补充,已经成为一种比较成熟的编程方式。其实AOP问世的时间并不太长,AOP和OOP互为补充,面向切面编程将程序运行过程分解成各个切面。
AOP专门用于处理系统中分布于各个模块(不同方法)中的交叉关注点的问题,在JavaEE应用中,常常通过AOP来处理一些具有横切性质的系统级服务,如事务管理、安全检查、缓存、对象池管理等,AOP已经成为一种非常常用的解决方案。
使用AspectJ实现AOP
AspectJ是一个基于Java语言的AOP框架,提供了强大的AOP功能,其他很多AOP框架都借鉴或采纳其中的一些思想。其主要包括两个部分:一个部分定义了如何表达、定义AOP编程中的语法规范,通过这套语法规范,可以方便地用AOP来解决Java语言中存在的交叉关注点的问题;另一个部分是工具部分,包括编译、调试工具等。
AOP实现可分为两类:
- 静态AOP实现: AOP框架在编译阶段对程序进行修改,即实现对目标类的增强,生成静态的AOP代理类,以AspectJ为代表;
- 动态AOP实现: AOP框架在运行阶段动态生成AOP代理,以实现对目标对象的增强,以Spring AOP为代表。
一般来说,静态AOP实现具有较好的性能,但需要使用特殊的编译器。动态AOP实现是纯Java实现,因此无须特殊的编译器,但是通常性能略差。
AOP的基本概念
关于面向切面编程的一些术语:
- 切面(Aspect): 切面用于组织多个Advice,Advice放在切面中定义。
- 连接点(Joinpoint): 程序执行过程中明确的点,如方法的调用,或者异常的抛出。在Spring AOP中,连接点总是方法的调用。
- 增强处理(Advice): AOP框架在特定的切入点执行的增强处理。处理有“around”、“before”和“after”等类型。
- 切入点(Pointcut):可以插入增强处理的连接点。简而言之,当某个连接点满足指定要求时,该连接点将被添加增强处理,该连接点也就变成了切入点。
Spring的AOP支持
Spring中的AOP代理由Spring的IoC容器负责生成、管理,其依赖关系也由IoC容器负责管理。
为了在应用中使用@AspectJ
支持,Spring需要添加三个库:
aspectjweaver.jar
aspectjrt.jar
aopalliance.jar
并在Spring配置文件中做如下配置:
<!--启动@AspectJ支持-->
<aop:aspectj-autoproxy/>
<!--指定自动搜索Bean组件、自动搜索切面类-->
<context:component-scan base-package="edu.shu.sprint.service">
<context:include-filter type="annotation" expression="org.aspectj.lang.annotation.Aspect"/>
</context:component-scan>