Spring 体系结构，核心理念

Spring 体系结构，核心理念

目录

• • spring概述
  • • spring的设计目标
    • spring的设计理念
    • spring的优缺点
  • spring的体系结构
  • spring的核心组件
  • • core模块的Resource
    • beans模块的BeanDefinition
    • beans模块的BeanFactory
    • context模块的ApplicationContext
  • spring的2大特性 | 核心
  • • IoC 控制反转
    • • IoC的优点
      • IoC常见的实现方式
      • IoC、DI的关系
      • spring IoC的实现机制
      • DI的实现原理
    • AOP 面向切面编程
    • • aop的优点
      • aop常见的应用场景
      • aop中的主要名词|概念
      • aop的织入时机 | 方式
      • spring提供的2种aop实现
  • spring中的2个核心概念
  • • bean
    • • 传统的java bean
      • spring bean
    • 容器
    • • spring容器提供的功能
      • spring中2种容器 | 容器的2个核心接口
      • spring容器的实现原理
  • spring中用到的设计模式

 

相关问题

• 什么是spring？谈谈你对spring的理解
• spring有什么优缺点
• spring的体系结构是怎样的？spring有哪些模块？
• spring中有哪些核心组件？
• spring有什么特性？
• spring是怎么实现aop的？spring有几种方式实现aop？spring aop的原理是什么？
• spring中用到了哪些设计模式？
• spring中有哪几种配置方式？

 

说明

• 本文使用的spring源码版本是 5.3.x
• 源码的一些方法上标注得有 spring的 @Nullable 注解，提醒开发者方法返回值可以为null。为了节省篇幅，我把注释和方法上标注的 @Nullable 都去了。

 

spring概述

spring的设计目标

设计目标 | 设计初衷

• 解决企业级应用开发的复杂性，即简化Java开发
• 为开发者提供一个一站式轻量级应用开发平台；

为了降低Java开发的复杂性，Spring采取了以下4种关键策略

• 基于POJO的轻量级和最小侵入性编程；
• 通过依赖注入和面向接口实现松耦合；
• 基于切面和惯例进行声明式编程；
• 通过切面和模板减少样板式代码。

 

spring的设计理念

BOP，bean oriented programming 面向bean编程

• bean是spring中的核心概念，是spring应用中的核心java对象；
• spring本身围绕bean进行设计，使用 BeanDefinition 封装bean的定义，使用 BeanFactory 获取bean的实例；
• spring容器其实是 spring bean container 是bean的容器，负责bean的实例化、装配、管理；
• 使用spring进行开发其实是面向bean进行编程，开发的主要任务是编写、配置bean。

 

spring的优缺点

优点|好处

• 轻量，非侵入式设计，降低代码耦合度
• 提供了IoC容器，开发者不必关心对象的创建过程、对象间复杂的依赖关系
• 支持AOP，把业务逻辑和横切逻辑分离开来
• 是一站式解决方案，提供了测试、web、数据访问、事务管理、异常处理等功能，简化了开发，降低了开发难度
• 强大的整合能力，可以和很多优秀框架无缝整合
   

缺点

• spring的设计初衷是轻量级的开发框架，但给人一种大而全的感觉
• 依赖反射，框架本身大量使用反射，很影响性能，且破坏类封装性。比如创建bean实例时通过反射调用构造方法创建实例，实现@Value、@Autowired时通过反射给字段赋值、调用方法注入依赖，
• aop使用大量使用动态代理，在运行时动态创建代理，很影响性能

 

spring的体系结构

spring是轻量级的一站式开发框架，以 IoC、AOP 为核心，集成了Test模块来支持测试，集成了 Data Access 数据访问模块来操作数据源，集成了Web模块来支持web开发。

 

spring的5大版块|功能

• Test 测试模块：提供对测试的支持
• Core Container 核心容器模块：实现了spring容器，主要提供IoC/DI功能
• AOP模块：提供对aop的支持，包括spring aop、aspectj 2种实现方式
• Data Access/Integration 数据访问/集成模块：提供对数据源操作的支持，包括对jdbc、orm映射框架、xml解析、消息队列、事务管理的支持
• Web模块：提供对web应用的支持。在目前最新的5.x版本中，Web模块已经废弃了 Portlet 组件，同时增加了用于异步响应式处理的 WebFlux 组件。

 

Core Container 核心容器模块分为4个小模块

• Beans：提供BeanDefinition、BeanFactory，实现了容器的核心功能 IoC
• Core：提供Resource，集成了对多种资源的访问、解析能力
• Context：建立在Beans、Core模块的基础上，实现了高级容器ApplicationContext，用于暴露给开发者使用，以及整合其它框架时对第三方库提供支持
• SpEL：提供对Spring EL（表达式语言）的支持

 

spring的核心组件

spring的核心是bean，核心组件都是围绕bean进行设计的
 

core模块的Resource

定义对资源的访问，用于加载资源

public interface Resource extends InputStreamSource {boolean exists();default boolean isReadable() {return exists();}default boolean isOpen() {return false;}default boolean isFile() {return false;}URL getURL() throws IOException;URI getURI() throws IOException;File getFile() throws IOException;default ReadableByteChannel readableChannel() throws IOException {wChannel(getInputStream());}long contentLength() throws IOException;long lastModified() throws IOException;Resource createRelative(String relativePath) throws IOException;String getFilename();String getDescription();}

 
Resource接口定义的是通用的资源访问，屏蔽了资源的来源、格式的不同，常见的最终实现类如下

• UrlResource：实现了对网络资源的访问
• ClassPathResource：实现了对classpath中的资源访问
• FileSystemResource：实现了对文件系统中的资源访问
• InputStreamResource：实现了对输入流中的资源访问
• ByteArrayResource：实现了对字节数组中的资源访问

 

beans模块的BeanDefinition

用于描述bean的定义、元数据、bean之间的依赖关系。

xml文件或注解定义的bean会被转换为BeanDefinition实例，存储在 BeanFactory 中。

public interface BeanDefinition extends AttributeAccessor, BeanMetadataElement {//scope常量String SCOPE_SINGLETON = ConfigurableBeanFactory.SCOPE_SINGLETON;String SCOPE_PROTOTYPE = ConfigurableBeanFactory.SCOPE_PROTOTYPE;//role常量，标识bean在系统中的角色int ROLE_APPLICATION = 0;  //开发自定义的beanint ROLE_SUPPORT = 1;  //spring中对外提供支持、整合能力，暴露给开发使用的beanint ROLE_INFRASTRUCTURE = 2;  //基础设施，spring中的基础bean//父BeanDefinition的namevoid setParentName(@Nullable String parentName);String getParentName();//BeanClassName，bean对应的java类的类名void setBeanClassName(@Nullable String beanClassName);String getBeanClassName();//作用域void setScope(@Nullable String scope);String getScope();//懒加载void setLazyInit(boolean lazyInit);boolean isLazyInit();/** 依赖关系。dependsOn 是当前bean依赖的其它bean的name。在getBean()中：合并BeanDefinition修改后，会先通过getBean()获取dependsOn依赖的实例，保证所有dependsOn依赖都已经实例化，再根据bean的scope调用createBean()创建bean实例 */void setDependsOn(@ dependsOn);String[] getDependsOn();/** 自动装配时是否优先选用。有多个可用实例时，会优先使用primary为true的bean */void setPrimary(boolean primary);boolean isPrimary();//要使用的 FactoryBean 的namevoid setFactoryBeanName(@Nullable String factoryBeanName);String getFactoryBeanName();//要使用的 FactoryMethod 的namevoid setFactoryMethodName(@Nullable String factoryMethodName);String getFactoryMethodName();//构造器的参数表，包括参数名、参数类型、参数值ConstructorArgumentValues getConstructorArgumentValues();default boolean hasConstructorArgumentValues() {return !getConstructorArgumentValues().isEmpty();}//属性值，包括属性名、属性值MutablePropertyValues getPropertyValues();default boolean hasPropertyValues() {return !getPropertyValues().isEmpty();}//初始化方法void setInitMethodName(@Nullable String initMethodName);String getInitMethodName();//销毁方法void setDestroyMethodName(@Nullable String destroyMethodName);String getDestroyMethodName();//bean的角色，比如spring本身的bean、第三方框架的bean、开发自定义的beanvoid setRole(int role);int getRole();//bean的描述文字。对bean进行简单介绍，主要给其他开发看void setDescription(@Nullable String description);String getDescription();//一些判断方法。可以把抽象类标识为bean，但抽象类本身是不会实例化的。boolean isSingleton();boolean isPrototype();boolean isAbstract();//bean对应的Resource的描述信息String getResourceDescription();/** 获取原始的BeanDefinition。一个bean可以用多种方式共同配置，在加载过程中会合并BeanDefinition的修改，这个bean最先解析提取到的BeanDefinition即为原始BeanDefinition */BeanDefinition getOriginatingBeanDefinition();}

 

beans模块的BeanFactory

BeanFactory是容器的顶级接口，定义IoC容器的基础功能，包括bean的创建、装配、获取、管理

 

context模块的ApplicationContext

spring加载资源、配置得到Resource，根据Resource创建Context。

context：背景、环境、上下文，融合了spring容器中的各种资源，开发者、第三方类库通过与context交互来操作spring容器、获取容器中的资源，相当于spring营造的的应用环境、spring对外暴露的util。

ApplicationContext 就是context模块中的。

 

spring的2大特性 | 核心

IoC 控制反转

IoC：Inversion of Control，控制反转，传统应用是由开发者在代码中控制对象的创建，IoC是将对象创建的控制权交给IoC容器，由IoC容器负责对象的创建、管理。
 

IoC的优点

• 避免在各处使用new来创建实例，降低类之间的耦合度，易于维护
• 由容器负责创建类的实例、注入所需依赖，开发者无需关心对象创建的细节、对象间复杂的依赖关系，简化了应用开发、降低了开发难度。

 

IoC常见的实现方式

• DL：依赖查找，bean主动到IoC容器中查找所需的依赖
• DI：Dependency Injection，依赖注入，由IoC容器主动给bean注入所需的依赖

DL是EJB时代的实现方式，现在主流的实现方式是DI

 

IoC、DI的关系

IoC是一种编程思想，DI是IoC的一种实现方式

 

spring IoC的实现机制

镜像问题

• spring IoC的实现原理|机制
• spring IoC是怎么实现的
   

核心点：工厂模式+反射机制+工厂方法

主要采用工厂模式实现，通过 BeanFactory 的 getBean() 方法获取所需实例，如果实例不存在，会调用 createBean() 主动创建所需实例。

创建实例可以使用构造方法方式，实质是通过反射机制调用构造方法创建实例；也可以通过工厂方法创建实例。

 

DI的实现原理

镜像问题：spring是如何实现DI的？

通过 getBean() 获取bean实例时，如果没有对应的实例，会调用 createBean() 创建bean实例。

在填充属性阶段，根据注入模式选择 autowireByName() 或 autowireByType() 进行注入，在注入过程中使用 getBean() 获取所需依赖。

 

AOP 面向切面编程

aop： Aspect-Oriented Programming 面向切面编程，是面向对象编程的一种补充， 在不改变原有业务逻辑的基础上添加额外的处理。
 

aop的优点

把和业务逻辑无关的横切逻辑剥离出来，不与业务代码耦合在一起，减少系统中的重复代码，使系统变得高内聚、低耦合，更易维护。

 

aop常见的应用场景

• 记录日志、流水
• 事务管理
• 安全检查、权限控制
• 更新缓存

 

aop中的主要名词|概念

• Aspect：切面，横切逻辑的代码实现，通常是一个类，定义了切入点、通知
• Advice：通知、增强，可以看做把切面按作用时机的划分
• Target：目标，要应用切面的业务对象、类
• JointPoint：连接点，目标类|对象中的所有方法都可以作为连接点
• PointCut：切入点，目标类|对象中实际应用切面 | 切面的方法
• Weaving：织入，把切面应用到连接点以实现增强的过程

 

aop的织入时机 | 方式

• 编译时织入：通过修改编译生成的字节码实现，需要借助专门的编译器，缺点是编译就已确定要增强的对象、要应用的增强，不够灵活
• 编译后织入：生成字节码之后、类加载之前，使用工具对字节码进行处理以应用增强
• 类加载时织入：使用自定义的类加载器，在类加载时应用增强
• 运行时织入：在运行时通过动态代理生成代理，使用代理代替目标对象进行操作

 

spring提供的2种aop实现

1、spring aop

spring早期版本提供的aop实现，只提供了简单的aop实现，局限多，只能对spring容器中的bean应用增强，只能对方法进行增强。
 

spring aop默认使用的代理策略、织入时机

• spring aop基于动态代理实现，可以指定要使用的动态代理类型，在运行时进行织入
• 未指定要使用的动态代理类型时，默认使用jdk动态代理，如果不满足jdk动态代理的使用条件（目标类没有实现接口），则使用cglib代理。
   

spring aop的实现原理

• spring aop是基于动态代理实现的，在运行时动态生成代理
• 默认使用jdk动态代理，如果目标没有实现接口，则使用cglib代理

 

2、aspectj

aspectj是一个专业的aop框架，提供了一套完整的aop解决方案，在spring的后续版本中集成aspectj。aspectj比spring aop更加强大，可对所有域中的对象进行增强，可对字段、方法、构造方法等内容进行增强。
 

aspectj的织入时机、原理

• aspectj支持在编译时、编译后、类加载时进行织入
• 通常使用编译时织入，需要借助AspectJ 编译器 (ajc) ，基于字节码操作，使用的是静态代理。
   

性能比较

• aspectj通常使用编译时织入，在编译时就可以确定增强，使用时直接生成代理
• spring aop是在运行时动态生成代理，性能比aspectj差，在大量使用aop的项目中性能差距尤其明显
   

aspectj的应用范围更广、性能更好，比spring aop更强大，更常用，也更推荐使用aspectj。

 

spring中的2个核心概念

bean

常见问题

• java bean、spring bean的区别
• 什么是spring bean
   

传统的java bean

简单来说就是实体类，用来封装对象，包含成员属性和对应的getter、setter方法。

 

spring bean

bean是spring中的核心概念，使用spring其实是面向bean编程，开发的主要任务就是编写、配置bean。

spring中的bean有2层含义

• 可以看成 BeanDefinition 实例
• 也可以看成由spring容器负责创建、装配、管理的 java 对象

 

容器

实现了IoC的容器都可以叫做IoC容器，spring容器只是IoC的一种实现，只是IoC容器中的一种，spring容器 ≠ IoC容器。

 

spring容器提供的功能

• 依赖注入，这是最重要的功能
• 自动装配
• 可以设置回调方法，以及bean的初始化方法、销毁方法

 

spring中2种容器 | 容器的2个核心接口

相关问题：BeanFactory、ApplicationContext的联系与区别
 

BeanFactory

• 功能：提供IoC容器的基础功能，负责创建bean实例、注入所需依赖，是获取bean实例的工厂、低级容器
• 定位：面向spring框架本身，主要在spring框架内部使用
• bean的实例化时机：低级容器启动时，不会实例化bean，调用getBean()从容器中获取bean实例时才会实例化对应的bean
• 注册方式：支持 BeanPostProcessor、BeanFactoryPostProcessor ，但需要手动注册
   

ApplicationContext

• 功能：在BeanFactory的基础上继承了多个接口，集成了更多功能，几乎包括了应用中的各种资源，是context 应用运行的环境、高级容器，而非简单的获取bean实例的工厂
• 定位：面向spring的使用者，主要提供给spring的使用者进行调用
• bean的实例化时机：高级容器启动时，会实例化所有单例（懒加载的单例除外），这也造成了高级容器启动速度比低级容器慢得多
• 注册方式：支持 BeanPostProcessor、BeanFactoryPostProcessor ，高级容器启动时会自动注册
   

一般把 BeanFactory 称为低级容器、IoC 容器，把 ApplicationContext 称为应用上下文、高级容器，通常说的Spring容器是指高级容器 ApplicationContext 。

 

spring容器的实现原理

镜像问题

• spring是怎么实现容器的
• spring是如何设计容器的
• spring容器的实现机制 | 原理
   

spring提供了2个容器

• BeanFactory：低级容器，实现了容器的基础功能IoC，负责bean实例的创建、依赖注入
• ApplicationContext：高级容器，在BeanFactory的基础上集成了更丰富的功能，是整个应用的运行环境、上下文。

DefaultListableBeanFactory整合了BeanFactory体系的主要接口，功能齐全，常作为低级容器的实现。

AbstractApplicationContext 实现了加载|刷新配置的 refresh() 方法，是 ApplicationContext 的主要实现类，也是高级容器最终实现类的共同基类。

高级容器中内置了低级容器，通过内置的低级容器提供IoC容器的基础功能。

 

spring中用到的设计模式

• 工厂模式：通过BeanFactory创建bean实例
• 单例模式：bean默认是单例的
• 代理模式：spring aop通过动态代理实现
• 模板方法：抽取特定场景中经常复用的代码，解决重复代码多的问题，比如JdbcTemplate、RestTemplate, JmsTemplate, JpaTemplate
• 观察者模式：主题对象的状态发生改变时，通知订阅了该主题的所有对象，Spring的事件驱动模型（listener 监听器）就是观察者模式的经典应用。
• 适配器模式：比如springmvc中的处理器适配器 HandlerAdapter，spring aop中用于适配Advice的AdviceAdapter
• 策略模式