多圖詳解Spring框架的設(shè)計(jì)理念與設(shè)計(jì)模式
Spring作為現(xiàn)在最優(yōu)秀的框架之一,已被廣泛的使用,51CTO也曾經(jīng)針對(duì)Spring框架中的JDBC應(yīng)用做過報(bào)道。本文將從另外一個(gè)視角試圖剖析出Spring框架的作者設(shè)計(jì)Spring框架的骨骼架構(gòu)的設(shè)計(jì)理念,有那幾個(gè)核心組件?為什么需要這些組件?它們又是如何結(jié)合在一起構(gòu)成Spring的骨骼架構(gòu)?Spring的AOP特性又是如何利用這些基礎(chǔ)的骨骼架構(gòu)來工作的?Spring中又使用了那些設(shè)計(jì)模式來完成它的這種設(shè)計(jì)的?它的這種 設(shè)計(jì)理念對(duì)對(duì)我們以后的軟件設(shè)計(jì)有何啟示?本文將詳細(xì)解答這些問題。
Spring的骨骼架構(gòu)
Spring總共有十幾個(gè)組件,但是真正核心的組件只有幾個(gè),下面是Spring框架的總體架構(gòu)圖:
從上圖中可以看出Spring框架中的核心組件只有三個(gè):Core、Context和Beans。它們構(gòu)建起了整個(gè)Spring的骨骼架構(gòu)。沒有它們就不可能有AOP、Web等上層的特性功能。下面也將主要從這三個(gè)組件入手分析Spring。
Spring的設(shè)計(jì)理念
前面介紹了Spring的三個(gè)核心組件,如果再在它們?nèi)齻€(gè)中選出核心的話,那就非Beans組件莫屬了,為何這樣說,其實(shí)Spring就是面向Bean的編程(BOP,Bean Oriented Programming),Bean在Spring 中才是真正的主角。
Bean在Spring中作用就像Object對(duì)OOP的意義一樣,沒有對(duì)象的概念就像沒有面向?qū)ο缶幊?,Spring中沒有Bean也就沒有Spring存在的意義。就像一次演出舞臺(tái)都準(zhǔn)備好了但是卻沒有演員一樣。為什 么要Bean這種角色Bean或者為何在Spring如此重要,這由Spring框架的設(shè)計(jì)目標(biāo)決定,Spring為何如此流行,我們用Spring的原因是什么,想想你會(huì)發(fā)現(xiàn)原來Spring解決了一個(gè)非常關(guān)鍵的問題他可以讓 你把對(duì)象之間的依賴關(guān)系轉(zhuǎn)而用配置文件來管理,也就是他的依賴注入機(jī)制。而這個(gè)注入關(guān)系在一個(gè)叫Ioc容器中管理,那Ioc容器中有又是什么就是被Bean包裹的對(duì)象。Spring正是通過把對(duì)象包裝在 Bean中而達(dá)到對(duì)這些對(duì)象管理以及一些列額外操作的目的。
它這種設(shè)計(jì)策略完全類似于Java實(shí)現(xiàn)OOP的設(shè)計(jì)理念,當(dāng)然了Java本身的設(shè)計(jì)要比Spring復(fù)雜太多太多,但是都是構(gòu)建一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),然后根據(jù)這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)他的生存環(huán)境,并讓它在這個(gè)環(huán)境中 按照一定的規(guī)律在不停的運(yùn)動(dòng),在它們的不停運(yùn)動(dòng)中設(shè)計(jì)一系列與環(huán)境或者與其他個(gè)體完成信息交換。這樣想來回過頭想想我們用到的其他框架都是大慨類似的設(shè)計(jì)理念。
核心組件如何協(xié)同工作
前面說Bean是Spring中關(guān)鍵因素,那Context和Core又有何作用呢?前面吧Bean比作一場(chǎng)演出中的演員的話,那Context就是這場(chǎng)演出的舞臺(tái)背景,而Core應(yīng)該就是演出的道具了。只有他們?cè)谝黄鸩拍?具備能演出一場(chǎng)好戲的最基本的條件。當(dāng)然有最基本的條件還不能使這場(chǎng)演出脫穎而出,還要他表演的節(jié)目足夠的精彩,這些節(jié)目就是Spring能提供的特色功能了。
我們知道Bean包裝的是Object,而Object必然有數(shù)據(jù),如何給這些數(shù)據(jù)提供生存環(huán)境就是Context要解決的問題,對(duì)Context來說他就是要發(fā)現(xiàn)每個(gè)Bean之間的關(guān)系,為它們建立這種關(guān)系并且要維護(hù)好 這種關(guān)系。所以Context就是一個(gè)Bean關(guān)系的集合,這個(gè)關(guān)系集合又叫Ioc容器,一旦建立起這個(gè)Ioc容器后Spring就可以為你工作了。那Core組件又有什么用武之地呢?其實(shí)Core就是發(fā)現(xiàn)、建立和維護(hù)每 個(gè)Bean之間的關(guān)系所需要的一些列的工具,從這個(gè)角度看來,Core這個(gè)組件叫Util更能讓你理解。
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它們之間可以用下圖來表示:
核心組件詳解
這里將詳細(xì)介紹每個(gè)組件內(nèi)部類的層次關(guān)系,以及它們?cè)谶\(yùn)行時(shí)的時(shí)序順序。我們?cè)谑褂肧pring是應(yīng)該注意的地方。
Bean組件
前面已經(jīng)說明了Bean組件對(duì)Spring的重要性,下面看看Bean這個(gè)組件式怎么設(shè)計(jì)的。Bean組件在Spring的org.springframework.beans包下。這個(gè)包下的所有類主要解決了三件事:Bean的定義、Bean 的創(chuàng)建以及對(duì)Bean的解析。對(duì)Spring的使用者來說唯一需要關(guān)心的就是Bean的創(chuàng)建,其他兩個(gè)由Spring在內(nèi)部幫你完成了,對(duì)你來說是透明的。
SpringBean的創(chuàng)建時(shí)典型的工廠模式,他的頂級(jí)接口是BeanFactory,下圖是這個(gè)工廠的繼承層次關(guān)系:
BeanFactory有三個(gè)子類:ListableBeanFactory、HierarchicalBeanFactory和Autowire Capable Bean Factory。但是從上圖中我們可以發(fā)現(xiàn)最終的默認(rèn)實(shí)現(xiàn)類是DefaultListableBeanFactory,他實(shí) 現(xiàn)了所有的接口。那為何要定義這么多層次的接口呢?查閱這些接口的源碼和說明發(fā)現(xiàn),每個(gè)接口都有他使用的場(chǎng)合,它主要是為了區(qū)分在Spring內(nèi)部在操作過程中對(duì)象的傳遞和轉(zhuǎn)化過程中,對(duì)對(duì)象的 數(shù)據(jù)訪問所做的限制。例如ListableBeanFactory接口表示這些Bean是可列表的,而HierarchicalBeanFactory表示的是這些Bean是有繼承關(guān)系的,也就是每個(gè)Bean有可能有父Bean。 AutowireCapableBeanFactory接口定義Bean的自動(dòng)裝配規(guī)則。這四個(gè)接口共同定義了Bean的集合、Bean之間的關(guān)系、以及Bean行為。
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Bean的定義主要有BeanDefinition描述,如下圖說明了這些類的層次關(guān)系:
Bean的定義就是完整的描述了在Spring的配置文件中你定義的
Bean的解析過程非常復(fù)雜,功能被分的很細(xì),因?yàn)檫@里需要被擴(kuò)展的地方很多,必須保證有足夠的靈活性,以應(yīng)對(duì)可能的變化。Bean的解析主要就是對(duì)Spring配置文件的解析。這個(gè)解析過程主要通過 下圖中的類完成:
當(dāng)然還有具體對(duì)tag的解析這里并沒有列出。
Context組件
Context在Spring的org.springframework.context包下,前面已經(jīng)講解了Context組件在Spring中的作用,他實(shí)際上就是給Spring提供一個(gè)運(yùn)行時(shí)的環(huán)境,用以保存各個(gè)對(duì)象的狀態(tài)。下面看一下這個(gè) 環(huán)境是如何構(gòu)建的。
ApplicationContext是Context的頂級(jí)父類,他除了能標(biāo)識(shí)一個(gè)應(yīng)用環(huán)境的基本信息外,他還繼承了五個(gè)接口,這五個(gè)接口主要是擴(kuò)展了Context的功能。下面是Context的類結(jié)構(gòu)圖:
圖7.Context相關(guān)的類結(jié)構(gòu)圖
從上圖中可以看出ApplicationContext繼承了BeanFactory,這也說明了Spring容器中運(yùn)行的主體對(duì)象是Bean,另外ApplicationContext繼承了ResourceLoader接口,使得ApplicationContext可以訪 問到任何外部資源,這將在Core中詳細(xì)說明。
ApplicationContext的子類主要包含兩個(gè)方面:
ConfigurableApplicationContext表示該Context是可修改的,也就是在構(gòu)建Context中用戶可以動(dòng)態(tài)添加或修改已有的配置信息,它下面又有多個(gè)子類,其中最經(jīng)常使用的是可更新的Context,即 AbstractRefreshableApplicationContext類。
WebApplicationContext顧名思義,就是為web準(zhǔn)備的Context他可以直接訪問到ServletContext,通常情況下,這個(gè)接口使用的少。
再往下分就是按照構(gòu)建Context的文件類型,接著就是訪問Context的方式。這樣一級(jí)一級(jí)構(gòu)成了完整的Context等級(jí)層次。
總體來說ApplicationContext必須要完成以下幾件事:
◆標(biāo)識(shí)一個(gè)應(yīng)用環(huán)境
◆利用BeanFactory創(chuàng)建Bean對(duì)象
◆保存對(duì)象關(guān)系表
◆能夠捕獲各種事件
Context作為Spring的Ioc容器,基本上整合了Spring的大部分功能,或者說是大部分功能的基礎(chǔ)。
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Core組件
Core組件作為Spring的核心組件,他其中包含了很多的關(guān)鍵類,其中一個(gè)重要組成部分就是定義了資源的訪問方式。這種把所有資源都抽象成一個(gè)接口的方式很值得在以后的設(shè)計(jì)中拿來學(xué)習(xí)。下面就 重要看一下這個(gè)部分在Spring的作用。
下圖是Resource相關(guān)的類結(jié)構(gòu)圖:
圖8.Resource相關(guān)的類結(jié)構(gòu)圖
從上圖可以看出Resource接口封裝了各種可能的資源類型,也就是對(duì)使用者來說屏蔽了文件類型的不同。對(duì)資源的提供者來說,如何把資源包裝起來交給其他人用這也是一個(gè)問題,我們看到Resource 接口繼承了InputStreamSource接口,這個(gè)接口中有個(gè)getInputStream方法,返回的是InputStream類。這樣所有的資源都被可以通過InputStream這個(gè)類來獲取,所以也屏蔽了資源的提供者。另外還有一 個(gè)問題就是加載資源的問題,也就是資源的加載者要統(tǒng)一,從上圖中可以看出這個(gè)任務(wù)是由ResourceLoader接口完成,他屏蔽了所有的資源加載者的差異,只需要實(shí)現(xiàn)這個(gè)接口就可以加載所有的資源, 他的默認(rèn)實(shí)現(xiàn)是DefaultResourceLoader。
下面看一下Context和Resource是如何建立關(guān)系的?首先看一下他們的類關(guān)系圖:
圖9.Context和Resource的類關(guān)系圖
從上圖可以看出,Context是把資源的加載、解析和描述工作委托給了ResourcePatternResolver類來完成,他相當(dāng)于一個(gè)接頭人,他把資源的加載、解析和資源的定義整合在一起便于其他組件使用。 Core組件中還有很多類似的方式。
Ioc容器如何工作
前面介紹了Core組件、Bean組件和Context組件的結(jié)構(gòu)與相互關(guān)系,下面這里從使用者角度看一下他們是如何運(yùn)行的,以及我們?nèi)绾巫孲pring完成各種功能,Spring到底能有那些功能,這些功能是如 何得來的,下面介紹。
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如何創(chuàng)建BeanFactory工廠
正如圖2描述的那樣,Ioc容器實(shí)際上就是Context組件結(jié)合其他兩個(gè)組件共同構(gòu)建了一個(gè)Bean關(guān)系網(wǎng),如何構(gòu)建這個(gè)關(guān)系網(wǎng)?構(gòu)建的入口就在AbstractApplicationContext類的refresh方法中。這個(gè)方 法的代碼如下:
清單1.AbstractApplicationContext.refresh
- public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
- synchronized (this.startupShutdownMonitor) {
- // Prepare this context for refreshing.
- prepareRefresh();
- // Tell the subclass to refresh the internal bean factory.
- ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();
- // Prepare the bean factory for use in this context.
- prepareBeanFactory(beanFactory);
- try {
- // Allows post- processing of the bean factory in context subclasses.
- postProcessBeanFactory(beanFactory);
- // Invoke factory processors registered as beans in& nbsp;the context.
- invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);
- // Register bean processors that intercept bean crea tion.
- registerBeanPostProcessors (beanFactory);
- // Initialize message source for this context.
- initMessageSource();
- // Initialize event multicaster for this context.
- initApplicationEventMulticaster();
- // Initialize other special beans in specific contex t subclasses.
- onRefresh();
- // Check for listener beans and register them.
- registerListeners();
- // Instantiate all remaining (non-lazy-init) singletons.
- finishBeanFactoryInitialization (beanFactory);
- // Last step: publish corresponding event.
- finishRefresh();
- }
- catch (BeansException ex) {
- // Destroy already created singletons to avoid dangl ing resources.
- destroyBeans();
- // Reset 'active' flag.
- cancelRefresh(ex);
- // Propagate exception to caller.
- throw ex;
- }
- }
- }
這個(gè)方法就是構(gòu)建整個(gè)Ioc容器過程的完整的代碼,了解了里面的每一行代碼基本上就了解大部分Spring的原理和功能了。
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這段代碼主要包含這樣幾個(gè)步驟:
◆構(gòu)建BeanFactory,以便于產(chǎn)生所需的“演員”
◆注冊(cè)可能感興趣的事件
◆創(chuàng)建Bean實(shí)例對(duì)象
◆觸發(fā)被監(jiān)聽的事件
下面就結(jié)合代碼分析這幾個(gè)過程。
第二三句就是在創(chuàng)建和配置BeanFactory。這里是refresh也就是刷新配置,前面介紹了Context有可更新的子類,這里正是實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能,當(dāng)BeanFactory已存在是就更新,如果沒有就新創(chuàng)建。下面是 更新BeanFactory的方法代碼:
清單2. AbstractRefreshableApplicationContext. refreshBeanFactory
- protected final void refreshBeanFactory() throws BeansException {
- if (hasBeanFactory()) {
- destroyBeans();
- closeBeanFactory();
- }
- try {
- DefaultListableBeanFactory beanFactory = createBeanFactory();
- beanFactory.setSerializationId(getId());
- customizeBeanFactory(beanFactory);
- loadBeanDefinitions(beanFactory);
- synchronized (this.beanFactoryMonitor) {
- this.beanFactory = beanFactory;
- }
- }
- catch (IOException ex) {
- throw new ApplicationContextException(
- "I/O error& nbsp;parsing bean definition source for "
- + getDisplayName (), ex);
- }
- }
這個(gè)方法實(shí)現(xiàn)了AbstractApplicationContext的抽象方法refreshBeanFactory,這段代碼清楚的說明了BeanFactory的創(chuàng)建過程。注意BeanFactory對(duì)象的類型的變化,前 面介紹了他有很多子類,在什么情況下使用不同的子類這非常關(guān)鍵。BeanFactory的原始對(duì)象是DefaultListableBeanFactory,這個(gè)非常關(guān)鍵,因?yàn)樗O(shè)計(jì)到后面對(duì)這個(gè)對(duì)象的多種操作,下面看一下這個(gè) 類的繼承層次類圖:
圖10.DefaultListableBeanFactory類繼承關(guān)系圖
從這個(gè)圖中發(fā)現(xiàn)除了BeanFactory相關(guān)的類外,還發(fā)現(xiàn)了與Bean的register相關(guān)。這在refreshBeanFactory方法中有一行l(wèi)oadBeanDefinitions(beanFactory)將找到答案,這個(gè)方法將開始加載、解析 Bean的定義,也就是把用戶定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為Ioc容器中的特定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
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這個(gè)過程可以用下面時(shí)序圖解釋:
圖11.創(chuàng)建BeanFactory時(shí)序圖
Bean的解析和登記流程時(shí)序圖如下:
創(chuàng)建好BeanFactory后,接下去添加一些Spring本身需要的一些工具類,這個(gè)操作在AbstractApplicationContext的prepareBeanFactory方法完成。
AbstractApplicationContext中接下來的三行代碼對(duì)Spring的功能擴(kuò)展性起了至關(guān)重要的作用。前兩行主要是讓你現(xiàn)在可以對(duì)已經(jīng)構(gòu)建的BeanFactory的配置做修改,后面一行就是讓你可以對(duì)以后再 創(chuàng)建Bean的實(shí)例對(duì)象時(shí)添加一些自定義的操作。所以他們都是擴(kuò)展了Spring的功能,所以我們要學(xué)習(xí)使用Spring必須對(duì)這一部分搞清楚。
其中在invokeBeanFactoryPostProcessors方法中主要是獲取實(shí)現(xiàn)BeanFactoryPostProcessor接口的子類。并執(zhí)行它的postProcessBeanFactory方法,這個(gè)方法的聲明如下:
清單3.BeanFactoryPostProcessor.postProcessBeanFactory
- void postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory)
- throws BeansException;
它的參數(shù)是beanFactory,說明可以對(duì)beanFactory做修改,這里注意這個(gè)beanFactory是ConfigurableListableBeanFactory類型的,這也印證了前面介紹的不同BeanFactory所使用的場(chǎng)合不同,這里 只能是可配置的BeanFactory,防止一些數(shù)據(jù)被用戶隨意修改。
registerBeanPostProcessors方法也是可以獲取用戶定義的實(shí)現(xiàn)了BeanPostProcessor接口的子類,并執(zhí)行把它們注冊(cè)到BeanFactory對(duì)象中的beanPostProcessors變量中。BeanPostProcessor中聲明 了兩個(gè)方法:postProcessBeforeInitialization、postProcessAfterInitialization分別用于在Bean對(duì)象初始化時(shí)執(zhí)行。可以執(zhí)行用戶自定義的操作。
后面的幾行代碼是初始化監(jiān)聽事件和對(duì)系統(tǒng)的其他監(jiān)聽者的注冊(cè),監(jiān)聽者必須是ApplicationListener的子類。
如何創(chuàng)建Bean實(shí)例并構(gòu)建Bean的關(guān)系網(wǎng)
下面就是Bean的實(shí)例化代碼,是從finishBeanFactoryInitialization方法開始的。
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清單4.AbstractApplicationContext.finishBeanFactoryInitialization
- protected void finishBeanFactoryInitialization(
- ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) {
- // Stop using the temporary ClassLoader for type matching.
- beanFactory.setTempClassLoader(null);
- // Allow for caching all bean definition metadata, not expecting further changes .
- beanFactory.freezeConfiguration();
- // Instantiate all remaining (non-lazy-init) singletons.
- beanFactory.preInstantiateSingletons();
- }
從上面代碼中可以發(fā)現(xiàn)Bean的實(shí)例化是在BeanFactory中發(fā)生的。preInstantiateSingletons方法的代碼如下:
清單5.DefaultListableBeanFactory.preInstantiateSingletons
- public void preInstantiateSingletons() throws BeansException {
- if (this.logger.isInfoEnabled()) {
- this.logger.info("Pre- instantiating singletons in " + this);
- }
- synchronized (this.beanDefinitionMap) {
- for (String beanName : this.beanDefinitionNames) {
- RootBeanDefinition bd = getMergedLocalBeanDefinition(beanName);
- if (!bd.isAbstract() && bd.isSingleton()
- && !bd.isLazyInit()) {
- if (isFactoryBean(beanName)) {
- final FactoryBean
factory = - (FactoryBean) getBean(FACTORY_BEAN_PREFIX+ beanName);
- boolean isEagerInit;
- if (System.getSecurityManager() != null
- && ;factory instanceof SmartFactoryBean) {
- isEagerInit = AccessController.doPrivileged(
- &nb sp; new PrivilegedAction<Boolean>() {
- &nb sp; public Boolean run() {
- return ((SmartFactoryBean) factory).isEagerInit();
- &nb sp; }
- }, getAcce ssControlContext());
- }
- else {
- isEagerInit = factory instanceof SmartFactoryBean
- &nb sp; && ((SmartFactoryBean) factory).isEagerInit();
- }
- if (isEagerInit) {
- getBean (beanName);
- }
- }
- else {
- getBean(beanName);
- }
- }
- }
- }
- }
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這里出現(xiàn)了一個(gè)非常重要的Bean——FactoryBean,可以說Spring一大半的擴(kuò)展的功能都與這個(gè)Bean有關(guān),這是個(gè)特殊的Bean他是個(gè)工廠Bean,可以產(chǎn)生Bean的Bean,這里的產(chǎn)生Bean是指 Bean的實(shí)例,如果一個(gè)類繼承FactoryBean用戶可以自己定義產(chǎn)生實(shí)例對(duì)象的方法只要實(shí)現(xiàn)他的getObject方法。然而在Spring內(nèi)部這個(gè)Bean的實(shí)例對(duì)象是FactoryBean,通過調(diào)用這個(gè)對(duì)象的getObject方 法就能獲取用戶自定義產(chǎn)生的對(duì)象,從而為Spring提供了很好的擴(kuò)展性。Spring獲取FactoryBean本身的對(duì)象是在前面加上&來完成的。
如何創(chuàng)建Bean的實(shí)例對(duì)象以及如何構(gòu)建Bean實(shí)例對(duì)象之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系式Spring中的一個(gè)核心關(guān)鍵,下面是這個(gè)過程的流程圖。
如果是普通的Bean就直接創(chuàng)建他的實(shí)例,是通過調(diào)用getBean方法。下面是創(chuàng)建Bean實(shí)例的時(shí)序圖:
圖14.Bean實(shí)例創(chuàng)建時(shí)序圖
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還有一個(gè)非常重要的部分就是建立Bean對(duì)象實(shí)例之間的關(guān)系,這也是Spring框架的核心競(jìng)爭(zhēng)力,何時(shí)、如何建立他們之間的關(guān)系請(qǐng)看下面的時(shí)序圖:
Ioc容器的擴(kuò)展點(diǎn)
現(xiàn)在還有一個(gè)問題就是如何讓這些Bean對(duì)象有一定的擴(kuò)展性,就是可以加入用戶的一些操作。那么有哪些擴(kuò)展點(diǎn)呢?Spring又是如何調(diào)用到這些擴(kuò)展點(diǎn)的?
對(duì)Spring的Ioc容器來說,主要有這么幾個(gè)。BeanFactoryPostProcessor,BeanPostProcessor。他們分別是在構(gòu)建BeanFactory和構(gòu)建Bean對(duì)象時(shí)調(diào)用。還有就是InitializingBean和DisposableBean 他們分別是在Bean實(shí)例創(chuàng)建和銷毀時(shí)被調(diào)用。用戶可以實(shí)現(xiàn)這些接口中定義的方法,Spring就會(huì)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候調(diào)用他們。還有一個(gè)是FactoryBean他是個(gè)特殊的Bean,這個(gè)Bean可以被用戶更多的控制。
這些擴(kuò)展點(diǎn)通常也是我們使用Spring來完成我們特定任務(wù)的地方,如何精通Spring就看你有沒有掌握好Spring有哪些擴(kuò)展點(diǎn),并且如何使用他們,要知道如何使用他們就必須了解他們內(nèi)在的機(jī)理???以用下面一個(gè)比喻來解釋。
我們把Ioc容器比作一個(gè)箱子,這個(gè)箱子里有若干個(gè)球的模子,可以用這些模子來造很多種不同的球,還有一個(gè)造這些球模的機(jī)器,這個(gè)機(jī)器可以產(chǎn)生球模。那么他們的對(duì)應(yīng)關(guān)系就是BeanFactory就是 那個(gè)造球模的機(jī)器,球模就是Bean,而球模造出來的球就是Bean的實(shí)例。那前面所說的幾個(gè)擴(kuò)展點(diǎn)又在什么地方呢?BeanFactoryPostProcessor對(duì)應(yīng)到當(dāng)造球模被造出來時(shí),你將有機(jī)會(huì)可以對(duì)其做出設(shè) 當(dāng)?shù)男拚?,也就是他可以幫你修改球模。而InitializingBean和DisposableBean是在球模造球的開始和結(jié)束階段,你可以完成一些預(yù)備和掃尾工作。BeanPostProcessor就可以讓你對(duì)球模造出來的球做出 適當(dāng)?shù)男拚W詈筮€有一個(gè)FactoryBean,它可是一個(gè)神奇的球模。這個(gè)球模不是預(yù)先就定型了,而是由你來給他確定它的形狀,既然你可以確定這個(gè)球模型的形狀,當(dāng)然他造出來的球肯定就是你想要的 球了,這樣在這個(gè)箱子里尼可以發(fā)現(xiàn)所有你想要的球
Ioc容器如何為我所用
前面的介紹了Spring容器的構(gòu)建過程,那Spring能為我們做什么,Spring的Ioc容器又能做什么呢?我們使用Spring必須要首先構(gòu)建Ioc容器,沒有它Spring無法工作,ApplicatonContext.xml就是Ioc 容器的默認(rèn)配置文件,Spring的所有特性功能都是基于這個(gè)Ioc容器工作的,比如后面要介紹的AOP。
Ioc它實(shí)際上就是為你構(gòu)建了一個(gè)魔方,Spring為你搭好了骨骼架構(gòu),這個(gè)魔方到底能變出什么好的東西出來,這必須要有你的參與。那我們?cè)趺磪⑴c?這就是前面說的要了解Spring中那有些擴(kuò)展點(diǎn) ,我們通過實(shí)現(xiàn)那些擴(kuò)展點(diǎn)來改變Spring的通用行為。至于如何實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展點(diǎn)來得到我們想要的個(gè)性結(jié)果,Spring中有很多例子,其中AOP的實(shí)現(xiàn)就是Spring本身實(shí)現(xiàn)了其擴(kuò)展點(diǎn)來達(dá)到了它想要的特性功能 ,可以拿來參考。
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Spring中AOP特性詳解
動(dòng)態(tài)代理的實(shí)現(xiàn)原理
要了解Spring的AOP就必須先了解的動(dòng)態(tài)代理的原理,因?yàn)锳OP就是基于動(dòng)態(tài)代理實(shí)現(xiàn)的。動(dòng)態(tài)代理還要從JDK本身說起。
在Jdk的java.lang.reflect包下有個(gè)Proxy類,它正是構(gòu)造代理類的入口。這個(gè)類的結(jié)構(gòu)入下:
從上圖發(fā)現(xiàn)最后面四個(gè)是公有方法。而最后一個(gè)方法newProxyInstance就是創(chuàng)建代理對(duì)象的方法。這個(gè)方法的源碼如下:
清單6.Proxy.newProxyInstance
- public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader,
- Class> [] interfaces,
- InvocationHandler h)
- throws IllegalArgumentException {
- if (h == null) {
- throw new NullPointerException();
- }
- Class cl = getProxyClass (loader, interfaces);
- try {
- Constructor cons = cl.getConstructor(constructorParams);
- return (Object) cons.newInstance(new Object[] { h });
- } catch (NoSuchMethodException e) {
- throw new InternalError(e.toString());
- } catch (IllegalAccessException e) {
- throw new InternalError(e.toString());
- } catch (InstantiationException e) {
- throw new InternalError(e.toString());
- } catch (InvocationTargetException e) {
- throw new InternalError(e.toString());
- }
- }
這個(gè)方法需要三個(gè)參數(shù):ClassLoader,用于加載代理類的Loader類,通常這個(gè)Loader和被代理的類是同一個(gè)Loader類。Interfaces,是要被代理的那些那些接口。InvocationHandler,就是用于執(zhí)行 除了被代理接口中方法之外的用戶自定義的操作,他也是用戶需要代理的最終目的。用戶調(diào)用目標(biāo)方法都被代理到InvocationHandler類中定義的唯一方法invoke中。這在后面再詳解。
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下面還是看看Proxy如何產(chǎn)生代理類的過程,他構(gòu)造出來的代理類到底是什么樣子?下面揭曉啦。
圖17.創(chuàng)建代理對(duì)象時(shí)序圖
其實(shí)從上圖中可以發(fā)現(xiàn)正在構(gòu)造代理類的是在ProxyGenerator的generateProxyClass的方法中。ProxyGenerator類在sun.misc包下,感興趣的話可以看看他的源碼。
假如有這樣一個(gè)接口,如下:
清單7.SimpleProxy類
- public interface SimpleProxy {
- public void simpleMethod1();
- public void simpleMethod2();
- }
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代理來生成的類結(jié)構(gòu)如下:
清單 8.$Proxy2類
- public class $Proxy2 extends java.lang.reflect.Proxy implements SimpleProxy{
- java.lang.reflect.Method m0;
- java.lang.reflect.Method m1;
- java.lang.reflect.Method m2;
- java.lang.reflect.Method m3;
- java.lang.reflect.Method m4;
- int hashCode();
- boolean equals(java.lang.Object);
- java.lang.String toString();
- void simpleMethod1();
- void simpleMethod2();
- }
這個(gè)類中的方法里面將會(huì)是調(diào)用InvocationHandler的invoke方法,而每個(gè)方法也將對(duì)應(yīng)一個(gè)屬性變量,這個(gè)屬性變量m也將傳給invoke方法中的Method參數(shù)。整個(gè)代理就是這樣實(shí)現(xiàn)的。
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SpringAOP如何實(shí)現(xiàn)
從前面代理的原理我們知道,代理的目的是調(diào)用目標(biāo)方法時(shí)我們可以轉(zhuǎn)而執(zhí)行InvocationHandler類的invoke方法,所以如何在InvocationHandler上做文章就是Spring實(shí)現(xiàn)Aop的關(guān)鍵所在。
Spring的Aop實(shí)現(xiàn)是遵守Aop聯(lián)盟的約定。同時(shí)Spring又?jǐn)U展了它,增加了如Pointcut、Advisor等一些接口使得更加靈活。
下面是Jdk動(dòng)態(tài)代理的類圖:
上圖清楚的顯示了Spring引用了Aop Alliance定義的接口。姑且不討論Spring如何擴(kuò)展Aop Alliance,先看看Spring如何實(shí)現(xiàn)代理類的,要實(shí)現(xiàn)代理類在Spring的配置文件中通常是這樣定一個(gè)Bean的 ,如下:
清單9.配置代理類Bean
- <bean id="testBeanSingleton"
- class="org.springframework.aop.framework.ProxyFactoryBean">
- <property name="proxyInterfaces">
- <value>
- org.springframework.aop.framework.PrototypeTargetTests$TestBean
- value>
- property>
- <property name="target"><ref local="testBeanTarget">ref> property>
- <property name="singleton"><value>truevalue>property>
- <property name="interceptorNames">
- <list>
- <value>testInterceptorvalue>
- <value>testInterceptor2value>
- list>
- property>
- bean>
配置上看到要設(shè)置被代理的接口,和接口的實(shí)現(xiàn)類也就是目標(biāo)類,以及攔截器也就在執(zhí)行目標(biāo)方法之前被調(diào)用,這里Spring中定義的各種各樣的攔截器,可以選擇使用。
下面看看Spring如何完成了代理以及是如何調(diào)用攔截器的。
前面提到Spring Aop也是實(shí)現(xiàn)其自身的擴(kuò)展點(diǎn)來完成這個(gè)特性的,從這個(gè)代理類可以看出它正是繼承了Factory Bean的ProxyFactoryBean,F(xiàn)actoryBean之所以特別就在它可以讓你自定義對(duì)象的創(chuàng)建 方法。當(dāng)然代理對(duì)象要通過Proxy類來動(dòng)態(tài)生成。
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下面是Spring創(chuàng)建的代理對(duì)象的時(shí)序圖:
Spring創(chuàng)建了代理對(duì)象后,當(dāng)你調(diào)用目標(biāo)對(duì)象上的方法時(shí),將都會(huì)被代理到InvocationHandler類的invoke方法中執(zhí)行,這在前面已經(jīng)解釋。在這里JdkDynamicAopProxy類實(shí)現(xiàn)了InvocationHandler接 口。
下面再看看Spring是如何調(diào)用攔截器的,下面是這個(gè)過程的時(shí)序圖:
以上所說的都是Jdk動(dòng)態(tài)代理,Spring還支持一種CGLIB類代理,感興趣自己看吧。
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Spring中設(shè)計(jì)模式分析
Spring中使用的設(shè)計(jì)模式也很多,比如工廠模式、單例模式、模版模式等,在《Webx框架的系統(tǒng)架構(gòu)與設(shè)計(jì)模式》、《Tomcat的系統(tǒng)架構(gòu)與模式設(shè)計(jì)分析》已經(jīng)有介紹,這里就不贅述了。這里主要介 紹代理模式和策略模式。
代理模式
代理模式原理
代理模式就是給某一個(gè)對(duì)象創(chuàng)建一個(gè)代理對(duì)象,而由這個(gè)代理對(duì)象控制對(duì)原對(duì)象的引用,而創(chuàng)建這個(gè)代理對(duì)象就是可以在調(diào)用原對(duì)象是可以增加一些額外的操作。下面是代理模式的結(jié)構(gòu):
Subject:抽象主題,它是代理對(duì)象的真實(shí)對(duì)象要實(shí)現(xiàn)的接口,當(dāng)然這可以是多個(gè)接口組成。
ProxySubject:代理類除了實(shí)現(xiàn)抽象主題定義的接口外,還必須持有所代理對(duì)象的引用
RealSubject:被代理的類,是目標(biāo)對(duì)象。
Spring中如何實(shí)現(xiàn)代理模式
Spring Aop中Jdk動(dòng)態(tài)代理就是利用代理模式技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。在Spring中除了實(shí)現(xiàn)被代理對(duì)象的接口外,還會(huì)有org.springframework.aop.SpringProxy和org.springframework.aop.framework.Advised 兩個(gè)接口。Spring中使用代理模式的結(jié)構(gòu)圖如下:
圖22.Spring中使用代理模式的結(jié)構(gòu)圖
$Proxy就是創(chuàng)建的代理對(duì)象,而Subject是抽象主題,代理對(duì)象是通過InvocationHandler來持有對(duì)目標(biāo)對(duì)象的引用的。
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Spring中一個(gè)真實(shí)的代理對(duì)象結(jié)構(gòu)如下:
清單10代理對(duì)象$Proxy4
- public class $Proxy4 extends java.lang.reflect.Proxy implements
- org.springframework.aop.framework.PrototypeTargetTests$TestBean
- org.springframework.aop.SpringProxy
- org.springframework.aop.framework.Advised
- {
- java.lang.reflect.Method m16;
- java.lang.reflect.Method m9;
- java.lang.reflect.Method m25;
- java.lang.reflect.Method m5;
- java.lang.reflect.Method m2;
- java.lang.reflect.Method m23;
- java.lang.reflect.Method m18;
- java.lang.reflect.Method m26;
- java.lang.reflect.Method m6;
- java.lang.reflect.Method m28;
- java.lang.reflect.Method m14;
- java.lang.reflect.Method m12;
- java.lang.reflect.Method m27;
- java.lang.reflect.Method m11;
- java.lang.reflect.Method m22;
- java.lang.reflect.Method m3;
- java.lang.reflect.Method m8;
- java.lang.reflect.Method m4;
- java.lang.reflect.Method m19;
- java.lang.reflect.Method m7;
- java.lang.reflect.Method m15;
- java.lang.reflect.Method m20;
- java.lang.reflect.Method m10;
- java.lang.reflect.Method m1;
- java.lang.reflect.Method m17;
- java.lang.reflect.Method m21;
- java.lang.reflect.Method m0;
- java.lang.reflect.Method m13;
- java.lang.reflect.Method m24;
- int hashCode();
- int indexOf(org.springframework.aop.Advisor);
- int indexOf(org.aopalliance.aop.Advice);
- boolean equals(java.lang.Object);
- java.lang.String toString();
- void sayhello();
- void doSomething();
- void doSomething2();
- java.lang.Class getProxiedInterfaces();
- java.lang.Class getTargetClass();
- boolean isProxyTargetClass();
- org.springframework.aop.Advisor; getAdvisors();
- void addAdvisor(int, org.springframework.aop.Advisor)
- throws org.springframework.aop.framework.AopConfigException;
- void addAdvisor(org.springframework.aop.Advisor)
- throws org.springframework.aop.framework.AopConfigException;
- void setTargetSource(org.springframework.aop.TargetSource);
- org.springframework.aop.TargetSource getTargetSource();
- void setPreFiltered(boolean);
- boolean isPreFiltered();
- boolean isInterfaceProxied(java.lang.Class);
- boolean removeAdvisor(org.springframework.aop.Advisor);
- void removeAdvisor(int)throws org.springframework.aop.framework.AopConfigException;
- boolean replaceAdvisor(org.springframework.aop.Advisor,
- org.springframework.aop.Advisor)
- throws org.springframework.aop.framework.AopConfigException;
- void addAdvice(org.aopalliance.aop.Advice)
- throws org.springframework.aop.framework.AopConfigException;
- void addAdvice(int, org.aopalliance.aop.Advice)
- throws org.springframework.aop.framework.AopConfigException;
- boolean removeAdvice(org.aopalliance.aop.Advice);
- java.lang.String toProxyConfigString();
- boolean isFrozen();
- void setExposeProxy(boolean);
- boolean isExposeProxy();
- }
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策略模式
策略模式原理
策略模式顧名思義就是做某事的策略,這在編程上通常是指完成某個(gè)操作可能有多種方法,這些方法各有千秋,可能有不同的適應(yīng)的場(chǎng)合,然而這些操作方法都有可能用到。各一個(gè)操作方法都當(dāng)作一 個(gè)實(shí)現(xiàn)策略,使用者可能根據(jù)需要選擇合適的策略。
下面是策略模式的結(jié)構(gòu):
Context:使用不同策略的環(huán)境,它可以根據(jù)自身的條件選擇不同的策略實(shí)現(xiàn)類來完成所要的操作。它持有一個(gè)策略實(shí)例的引用。創(chuàng)建具體策略對(duì)象的方法也可以由他完成。
◆Strategy:抽象策略,定義每個(gè)策略都要實(shí)現(xiàn)的策略方法
◆ConcreteStrategy:具體策略實(shí)現(xiàn)類,實(shí)現(xiàn)抽象策略中定義的策略方法
◆Spring中策略模式的實(shí)現(xiàn)
◆Spring中策略模式使用有多個(gè)地方,如Bean定義對(duì)象的創(chuàng)建以及代理對(duì)象的創(chuàng)建等。這里主要看一下代理對(duì)象創(chuàng)建的策略模式的實(shí)現(xiàn)。
前面已經(jīng)了解Spring的代理方式有兩個(gè)Jdk動(dòng)態(tài)代理和CGLIB代理。這兩個(gè)代理方式的使用正是使用了策略模式。它的結(jié)構(gòu)圖如下所示:
在上面結(jié)構(gòu)圖中與標(biāo)準(zhǔn)的策略模式結(jié)構(gòu)稍微有點(diǎn)不同,這里抽象策略是AopProxy接口,Cglib2AopProxy和JdkDynamicAopProxy分別代表兩種策略的實(shí)現(xiàn)方式,ProxyFactoryBean就是代表Context角色 ,它根據(jù)條件選擇使用Jdk代理方式還是CGLIB方式,而另外三個(gè)類主要是來負(fù)責(zé)創(chuàng)建具體策略對(duì)象,ProxyFactoryBean是通過依賴的方法來關(guān)聯(lián)具體策略對(duì)象的,它是通過調(diào)用策略對(duì)象的getProxy (ClassLoaderclassLoader)方法來完成操作。
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總結(jié)
本文通過從Spring的幾個(gè)核心組件入手,試圖找出構(gòu)建Spring框架的骨骼架構(gòu),進(jìn)而分析Spring在設(shè)計(jì)的一些設(shè)計(jì)理念,是否從中找出一些好的設(shè)計(jì)思想,對(duì)我們以后程序設(shè)計(jì)能提供一些思路。接著 再詳細(xì)分析了Spring中是如何實(shí)現(xiàn)這些理念的,以及在設(shè)計(jì)模式上是如何使用的。
通過分析Spring給我一個(gè)很大的啟示就是其這套設(shè)計(jì)理念其實(shí)對(duì)我們有很強(qiáng)的借鑒意義,它通過抽象復(fù)雜多變的對(duì)象,進(jìn)一步做規(guī)范,然后根據(jù)它定義的這套規(guī)范設(shè)計(jì)出一個(gè)容器,容器中構(gòu)建它們的 復(fù)雜關(guān)系,其實(shí)現(xiàn)在有很多情況都可以用這種類似的處理方法。
雖然我很想把我對(duì)Spring的想法完全闡述清楚,但是所謂“書不盡言,言不盡意。”,有什么不對(duì)或者不清楚的地方大家還是看看其源碼吧。
關(guān)于作者:
許令波,現(xiàn)就職于淘寶網(wǎng),是一名 Java 開發(fā)工程師。對(duì)大型互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計(jì)頗感興趣,并對(duì)一些開源框架也有比較深入的研究。
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