設(shè)計(jì)模式(Design pattern)代表了最佳的實(shí)踐,通常被有經(jīng)驗(yàn)的面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)人員所采用。設(shè)計(jì)模式是軟件開發(fā)人員在軟件開發(fā)過程中面臨的一般問題的解決方案。 Spring 框架中廣泛使用了不同類型的設(shè)計(jì)模式。

工廠模式

Spring使用工廠模式可以通過 BeanFactory 或 ApplicationContext 創(chuàng)建 bean 對象。

兩者對比：

• BeanFactory ：延遲注入(使用到某個(gè) bean 的時(shí)候才會(huì)注入),相比于BeanFactory來說會(huì)占用更少的內(nèi)存，程序啟動(dòng)速度更快。
• ApplicationContext ：容器啟動(dòng)的時(shí)候，不管你用沒用到，一次性創(chuàng)建所有 bean 。BeanFactory 僅提供了最基本的依賴注入支持，ApplicationContext 擴(kuò)展了 BeanFactory ,除了有BeanFactory的功能之外還有額外更多功能，所以一般開發(fā)人員使用ApplicationContext會(huì)更多。

ApplicationContext的三個(gè)實(shí)現(xiàn)類：

1. ClassPathXmlApplication：從類的根路徑下加載配置文件（推薦使用這種）
2. FileSystemXmlApplication：它是從磁盤路徑上加載配置文件，配置文件可以在磁盤的任意位置。
3. XmlWebApplicationContext：從Web系統(tǒng)中的XML文件載入上下文定義信息。
4. AnnotationConfigApplicationContext：當(dāng)使用注解配置容器對象時(shí)，需要使用此類來創(chuàng)建 spring 容器。它用來讀取注解。

Example:

ApplicationContext applicationContext = new ClassPathXmlApplicationContext("applicationContext.xml");
UserService userService = (UserService) applicationContext.getBean("userService");
userService.save();

單例模式

在我們的系統(tǒng)中，有一些對象其實(shí)我們只需要一個(gè)，比如說：線程池、緩存、對話框、注冊表、日志對象、充當(dāng)打印機(jī)、顯卡等設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的對象。事實(shí)上，這一類對象只能有一個(gè)實(shí)例，如果制造出多個(gè)實(shí)例就可能會(huì)導(dǎo)致一些問題的產(chǎn)生，比如：程序的行為異常、資源使用過量、或者不一致性的結(jié)果。

使用單例模式的好處：

• 對于頻繁使用的對象，可以省略創(chuàng)建對象所花費(fèi)的時(shí)間，這對于那些重量級(jí)對象而言，是非?？捎^的一筆系統(tǒng)開銷；
• 由于new操作的次數(shù)減少，因而對系統(tǒng)內(nèi)存的使用頻率也會(huì)降低，這將減輕GC壓力，縮短GC停頓時(shí)間。

Spring中bean的默認(rèn)作用域就是singleton(單例)的，除了singleton作用域，Spring中bean還有下面幾種作用域：

• prototype : 每次請求都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的 bean 實(shí)例。
• request : 每一次HTTP請求都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新的bean，該bean僅在當(dāng)前HTTP request內(nèi)有效。
• session : 每一次HTTP請求都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新的 bean，該bean僅在當(dāng)前 HTTP session 內(nèi)有效。
• global-session： 全局session作用域，僅僅在基于portlet的web應(yīng)用中才有意義，Spring5已經(jīng)沒有了。Portlet是能夠生成語義代碼(例如：HTML)片段的小型Java Web插件。它們基于portlet容器，可以像servlet一樣處理HTTP請求。但是，與 servlet 不同，每個(gè) portlet 都有不同的會(huì)話

Spring實(shí)現(xiàn)單例的方式：

• xml:
• 注解：@Scope(value = “singleton”)

Spring通過ConcurrentHashMap實(shí)現(xiàn)單例注冊表的特殊方式實(shí)現(xiàn)單例模式。Spring實(shí)現(xiàn)單例的核心代碼如下：

public class DefaultSingletonBeanRegistry extends SimpleAliasRegistry implements SingletonBeanRegistry {

    // 通過 ConcurrentHashMap（線程安全） 實(shí)現(xiàn)單例注冊表
    private final Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<String, Object>(64);

    public Object getSingleton(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
        Assert.notNull(beanName, "'beanName' must not be null");
        synchronized (this.singletonObjects) {
            // 檢查緩存中是否存在實(shí)例  
            Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
            if (singletonObject == null) {
                //...省略了很多代碼
                try {
                    singletonObject = singletonFactory.getObject();
                }
                //...省略了很多代碼
                // 如果實(shí)例對象在不存在，我們注冊到單例注冊表中。
                addSingleton(beanName, singletonObject);
            }
            return (singletonObject != NULL_OBJECT ? singletonObject : null);
        }
    }
    //將對象添加到單例注冊表
    protected void addSingleton(String beanName, Object singletonObject) {
            synchronized (this.singletonObjects) {
                this.singletonObjects.put(beanName, (singletonObject != null ? singletonObject : NULL_OBJECT));

            }
        }
    }
}

代理模式

AOP(Aspect-Oriented Programming:面向切面編程)能夠?qū)⒛切┡c業(yè)務(wù)無關(guān)，卻為業(yè)務(wù)模塊所共同調(diào)用的邏輯或責(zé)任（例如事務(wù)處理、日志管理、權(quán)限控制等）封裝起來，便于減少系統(tǒng)的重復(fù)代碼，降低模塊間的耦合度，并有利于未來的可拓展性和可維護(hù)性。

Spring AOP就是基于動(dòng)態(tài)代理的，如果要代理的對象實(shí)現(xiàn)了某個(gè)接口，那么Spring AOP會(huì)使用JDK Proxy，去創(chuàng)建代理對象，而對于沒有實(shí)現(xiàn)接口的對象，Spring AOP會(huì)使用Cglib，這時(shí)候Spring AOP會(huì)使用Cglib生成一個(gè)被代理對象的子類來作為代理，如下圖所示：

當(dāng)然你也可以使用AspectJ，Spring AOP以及集成了AspectJ，AspectJ應(yīng)該算得上是Java生態(tài)系統(tǒng)中最完整的AOP框架了。

使用AOP之后我們可以把一些通用的功能抽象出來，在需要用到的地方直接使用即可，這樣大大簡化了代碼量。我們需要增加新功能時(shí)也方便，這樣也提高了系統(tǒng)擴(kuò)展性。日志功能、事務(wù)管理等等場景都用到了 AOP 。

Spring AOP 和 AspectJ AOP 有什么區(qū)別?

Spring AOP 屬于運(yùn)行時(shí)增強(qiáng)，而 AspectJ 是編譯時(shí)增強(qiáng)。 Spring AOP 基于代理(Proxying)，而 AspectJ 基于字節(jié)碼操作(Bytecode Manipulation)。

Spring AOP 已經(jīng)集成了 AspectJ ，AspectJ 應(yīng)該算的上是 Java 生態(tài)系統(tǒng)中最完整的 AOP 框架了。AspectJ 相比于 Spring AOP 功能更加強(qiáng)大，但是 Spring AOP 相對來說更簡單。如果我們的切面比較少，那么兩者性能差異不大。但是，當(dāng)切面太多的話，最好選擇 AspectJ ，它比Spring AOP 快很多。

模板模式

模板模式是一種行為設(shè)計(jì)模式，它定義一個(gè)操作中的算法的骨架，而將一些步驟延遲到子類中。 模板方法使得子類可以不改變一個(gè)算法的結(jié)構(gòu)即可重定義該算法的某些特定步驟的實(shí)現(xiàn)方式。

實(shí)例代碼：

public abstract class Template {
    //這是我們的模板方法
    public final void TemplateMethod(){
        PrimitiveOperation1();  
        PrimitiveOperation2();
        PrimitiveOperation3();
    }

    protected void  PrimitiveOperation1(){
        //當(dāng)前類實(shí)現(xiàn)
    }

    //被子類實(shí)現(xiàn)的方法
    protected abstract void PrimitiveOperation2();
    protected abstract void PrimitiveOperation3();

}
public class TemplateImpl extends Template {

    @Override
    public void PrimitiveOperation2() {
        //當(dāng)前類實(shí)現(xiàn)
    }

    @Override
    public void PrimitiveOperation3() {
        //當(dāng)前類實(shí)現(xiàn)
    }
}

JDBC案例

定義抽象查詢父類

public abstract class AbstractDao {

    /**
     * 查詢
     * @param sql
     * @param params
     * @return
     */
    protected Object find(String sql, Object[] params) {
        Connection conn = null;
        PreparedStatement ps = null;
        ResultSet rs = null;
        Object obj = null;
        try {
            conn = JDBCUtils.getConnection();
            ps = conn.prepareStatement(sql);
            for (int i = 0; i < params.length; i++) {
                ps.setObject(i + 1, params[i]);
            }
            rs = ps.executeQuery();
            while (rs.next()) {
                obj = rowMapper(rs);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            JDBCUtils.free(rs, ps, conn);
        }
        return obj;
    }
        protected abstract Object rowMapper(ResultSet rs) throws SQLException;        //同時(shí)可以添加 insert ，update 等方法
}

具體的dao實(shí)現(xiàn)

public class UserDao extends AbstractDao {

    public User findUser(int userId) {
        String sql = "select * from t_user where userId = ?";
        Object[] params = new Object[] { userId };
        Object user = super.find(sql, params);
        System.out.println((User) user);
        return (User) user;
    }

    @Override
    protected Object rowMapper(ResultSet rs) throws SQLException {
        User user = new User();
        user.setId(rs.getInt("userId"));
        user.setName(rs.getString("name"));
        user.setAge(rs.getInt("age"));
        user.setSex(rs.getString("sex"));
        user.setAddress(rs.getString("address"));
        return user;
    }
}

對應(yīng)的JDBC工具類和用戶實(shí)體

public class JDBCUtils {
    private static String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/jdbcstudy";
    private static String user = "root";
    private static String password = "123";

    private JDBCUtils() {
    }

    static {
        try {
            Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            throw new ExceptionInInitializerError(e);
        }
    }

    public static Connection getConnection() throws SQLException {
        return DriverManager.getConnection(url, user, password);
    }
    
    public static void free(ResultSet rs, PreparedStatement ps, Connection conn){
        if(rs != null){
            try {
                rs.close();
            } catch (SQLException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        if(ps != null){
            try {
                ps.close();
            } catch (SQLException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        
        if(conn != null){
            try {
                conn.close();
            } catch (SQLException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

public class User {
    private Integer userId;
    private String name;
    private Integer age;
    private String sex;
    private String address;
        
    //set...get省略    
}

模板模式的優(yōu)點(diǎn)和不足

優(yōu)點(diǎn)

1. 具體細(xì)節(jié)步驟實(shí)現(xiàn)定義在子類中，子類定義詳細(xì)處理算法是不會(huì)改變算法整體結(jié)構(gòu)。
2. 代碼復(fù)用的基本技術(shù)，在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中尤為重要。
3. 存在一種反向的控制結(jié)構(gòu)，通過一個(gè)父類調(diào)用其子類的操作，通過子類對父類進(jìn)行擴(kuò)展增加新的行為，符合“開閉原則”。

不足

每個(gè)不同的實(shí)現(xiàn)都需要定義一個(gè)子類，會(huì)導(dǎo)致類的個(gè)數(shù)增加，系統(tǒng)更加龐大。

Spring 中 jdbcTemplate、hibernateTemplate 等以 Template 結(jié)尾的對數(shù)據(jù)庫操作的類，它們就使用到了模板模式。一般情況下，我們都是使用繼承的方式來實(shí)現(xiàn)模板模式，但是 Spring 并沒有使用這種方式，而是使用Callback 模式與模板方法模式配合，既達(dá)到了代碼復(fù)用的效果，同時(shí)增加了靈活性。

觀察者模式

觀察者模式是一種對象行為型模式。它表示的是一種對象與對象之間具有依賴關(guān)系，當(dāng)一個(gè)對象發(fā)生改變的時(shí)候，這個(gè)對象所依賴的對象也會(huì)做出反應(yīng)。Spring 事件驅(qū)動(dòng)模型就是觀察者模式很經(jīng)典的一個(gè)應(yīng)用。Spring 事件驅(qū)動(dòng)模型非常有用，在很多場景都可以解耦我們的代碼。比如我們每次添加商品的時(shí)候都需要重新更新商品索引，這個(gè)時(shí)候就可以利用觀察者模式來解決這個(gè)問題。

觀察者模式是一種對象行為型模式。它表示的是一種對象與對象之間具有依賴關(guān)系，當(dāng)一個(gè)對象發(fā)生改變的時(shí)候，這個(gè)對象所依賴的對象也會(huì)做出反應(yīng)。Spring 事件驅(qū)動(dòng)模型就是觀察者模式很經(jīng)典的一個(gè)應(yīng)用。Spring 事件驅(qū)動(dòng)模型非常有用，在很多場景都可以解耦我們的代碼。比如我們每次添加商品的時(shí)候都需要重新更新商品索引，這個(gè)時(shí)候就可以利用觀察者模式來解決這個(gè)問題。

Spring 事件驅(qū)動(dòng)模型中的三種角色

事件角色

ApplicationEvent (
org.springframework.context包下)充當(dāng)事件的角色,這是一個(gè)抽象類，它繼承了java.util.EventObject并實(shí)現(xiàn)了 java.io.Serializable接口。

Spring 中默認(rèn)存在以下事件，他們都是對 ApplicationContextEvent 的實(shí)現(xiàn)(繼承自ApplicationContextEvent)：

• ContextStartedEvent：ApplicationContext 啟動(dòng)后觸發(fā)的事件;
• ContextStoppedEvent：ApplicationContext 停止后觸發(fā)的事件;
• ContextRefreshedEvent：ApplicationContext 初始化或刷新完成后觸發(fā)的事件;
• ContextClosedEvent：ApplicationContext 關(guān)閉后觸發(fā)的事件。

事件監(jiān)聽者角色

ApplicationListener 充當(dāng)了事件監(jiān)聽者角色，它是一個(gè)接口，里面只定義了一個(gè) onApplicationEvent（）方法來處理ApplicationEvent。ApplicationListener接口類源碼如下，可以看出接口定義看出接口中的事件只要實(shí)現(xiàn)了 ApplicationEvent就可以了。所以，在 Spring中我們只要實(shí)現(xiàn) ApplicationListener 接口實(shí)現(xiàn) onApplicationEvent() 方法即可完成監(jiān)聽事件

package org.springframework.context;
import java.util.EventListener;
@FunctionalInterface
public interface ApplicationListener<E extends ApplicationEvent> extends EventListener {
    void onApplicationEvent(E var1);
}

事件發(fā)布者角色

ApplicationEventPublisher 充當(dāng)了事件的發(fā)布者，它也是一個(gè)接口。

@FunctionalInterface
public interface ApplicationEventPublisher {
    default void publishEvent(ApplicationEvent event) {
        this.publishEvent((Object)event);
    }

    void publishEvent(Object var1);
}

ApplicationEventPublisher 接口的publishEvent（）這個(gè)方法在
AbstractApplicationContext類中被實(shí)現(xiàn)，閱讀這個(gè)方法的實(shí)現(xiàn)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)實(shí)際上事件真正是通過ApplicationEventMulticaster來廣播出去的。具體內(nèi)容較多后續(xù)單獨(dú)分析。

Spring 的事件流程總結(jié)

定義一個(gè)事件: 實(shí)現(xiàn)一個(gè)繼承自 ApplicationEvent，并且寫相應(yīng)的構(gòu)造函數(shù)；

定義一個(gè)事件監(jiān)聽者：實(shí)現(xiàn) ApplicationListener 接口，重寫 onApplicationEvent() 方法；

使用事件發(fā)布者發(fā)布消息: 可以通過 ApplicationEventPublisher 的 publishEvent() 方法發(fā)布消息。

案例如下:

// 定義一個(gè)事件,繼承自ApplicationEvent并且寫相應(yīng)的構(gòu)造函數(shù)
public class DemoEvent extends ApplicationEvent{
    private static final long serialVersionUID = 1L;

    private String message;

    public DemoEvent(Object source,String message){
        super(source);
        this.message = message;
    }

    public String getMessage() {
         return message;
          }


// 定義一個(gè)事件監(jiān)聽者,實(shí)現(xiàn)ApplicationListener接口，重寫 onApplicationEvent() 方法；
@Component
public class DemoListener implements ApplicationListener<DemoEvent>{

    //使用onApplicationEvent接收消息
    @Override
    public void onApplicationEvent(DemoEvent event) {
        String msg = event.getMessage();
        System.out.println("接收到的信息是："+msg);
    }

}
// 發(fā)布事件，可以通過ApplicationEventPublisher  的 publishEvent() 方法發(fā)布消息。
@Component
public class DemoPublisher {

    @Autowired
    ApplicationContext applicationContext;

    public void publish(String message){
        //發(fā)布事件
        applicationContext.publishEvent(new DemoEvent(this, message));
    }
}

當(dāng)調(diào)用 DemoPublisher 的 publish() 方法的時(shí)候，比如 demoPublisher.publish(“hello world!”) ，控制臺(tái)就會(huì)打印出:接收到的信息是：hello world!。

適配器模式

適配器模式(Adapter Pattern) 將一個(gè)接口轉(zhuǎn)換成客戶希望的另一個(gè)接口，適配器模式使接口不兼容的那些類可以一起工作，其別名為包裝器(Wrapper)。

spring AOP中的適配器模式

我們知道 Spring AOP 的實(shí)現(xiàn)是基于代理模式，但是 Spring AOP 的增強(qiáng)或通知(Advice)使用到了適配器模式，與之相關(guān)的接口是AdvisorAdapter 。Advice 常用的類型有：BeforeAdvice（目標(biāo)方法調(diào)用前,前置通知）、AfterAdvice（目標(biāo)方法調(diào)用后,后置通知）、AfterReturningAdvice(目標(biāo)方法執(zhí)行結(jié)束后，return之前)等等。每個(gè)類型Advice（通知）都有對應(yīng)的攔截器
:MethodBeforeAdviceInterceptor、AfterReturningAdviceAdapter、AfterReturningAdviceInterceptor。Spring預(yù)定義的通知要通過對應(yīng)的適配器，適配成 MethodInterceptor接口(方法攔截器)類型的對象（如：MethodBeforeAdviceInterceptor 負(fù)責(zé)適配 MethodBeforeAdvice）。

spring MVC中的適配器模式

在Spring MVC中，DispatcherServlet 根據(jù)請求信息調(diào)用 HandlerMapping，解析請求對應(yīng)的 Handler。解析到對應(yīng)的 Handler（也就是我們平常說的 Controller 控制器）后，開始由HandlerAdapter 適配器處理。HandlerAdapter 作為期望接口，具體的適配器實(shí)現(xiàn)類用于對目標(biāo)類進(jìn)行適配，Controller 作為需要適配的類。

為什么要在 Spring MVC 中使用適配器模式？ Spring MVC 中的 Controller 種類眾多，不同類型的 Controller 通過不同的方法來對請求進(jìn)行處理。如果不利用適配器模式的話，DispatcherServlet 直接獲取對應(yīng)類型的 Controller，需要的自行來判斷，像下面這段代碼一樣：

if(mappedHandler.getHandler() instanceof MultiActionController){  
   ((MultiActionController)mappedHandler.getHandler()).xxx  
}else if(mappedHandler.getHandler() instanceof XXX){  
    ...  
}else if(...){  
   ...  
}

假如我們再增加一個(gè) Controller類型就要在上面代碼中再加入一行 判斷語句，這種形式就使得程序難以維護(hù)，也違反了設(shè)計(jì)模式中的開閉原則 – 對擴(kuò)展開放，對修改關(guān)閉。

適配器模式的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

• 能提高類的透明性和復(fù)用性，現(xiàn)有的類會(huì)被復(fù)用但不需要改變。
• 目標(biāo)類和適配器類解耦，可以提高程序的擴(kuò)展性。
• 在很多業(yè)務(wù)場景中符合開閉原則。

缺點(diǎn)：

• 在適配器代碼編寫過程中需要進(jìn)行全面考慮，可能會(huì)增加系統(tǒng)復(fù)雜度。
• 增加代碼閱讀難度，過多使用適配器會(huì)使系統(tǒng)代碼變得凌亂。

裝飾者模式

裝飾者模式可以動(dòng)態(tài)地給對象添加一些額外的屬性或行為。相比于使用繼承，裝飾者模式更加靈活。簡單點(diǎn)兒說就是當(dāng)我們需要修改原有的功能，但我們又不愿直接去修改原有的代碼時(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)Decorator套在原有代碼外面。其實(shí)在 JDK 中就有很多地方用到了裝飾者模式，比如 InputStream家族，InputStream 類下有 FileInputStream (讀取文件)、BufferedInputStream (增加緩存,使讀取文件速度大大提升)等子類都在不修改InputStream 代碼的情況下擴(kuò)展了它的功能。

裝飾者模式示意圖

在裝飾模式中的角色有：

• 抽象構(gòu)件(Component)角色：給出一個(gè)抽象接口，以規(guī)范準(zhǔn)備接收附加責(zé)任的對象。
• 具體構(gòu)件(ConcreteComponent)角色：定義一個(gè)將要接收附加責(zé)任的類。
• 裝飾(Decorator)角色：持有一個(gè)構(gòu)件(Component)對象的實(shí)例，并定義一個(gè)與抽象構(gòu)件接口一致的接口。
• 具體裝飾(ConcreteDecorator)角色：負(fù)責(zé)給構(gòu)件對象“貼上”附加的責(zé)任。

Spring 中配置 DataSource 的時(shí)候，DataSource 可能是不同的數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)源。我們能否根據(jù)客戶的需求在少修改原有類的代碼下動(dòng)態(tài)切換不同的數(shù)據(jù)源？這個(gè)時(shí)候就要用到裝飾者模式。Spring 中用到的包裝器模式在類名上含有 Wrapper或者 Decorator。這些類基本上都是動(dòng)態(tài)地給一個(gè)對象添加一些額外的職責(zé)。

裝飾者模式和適配器模式對比

裝飾者模式和適配器模式都是包裝模式（Wrapper Pattern），裝飾者模式是一種特殊的代理模式，二者對比如下：

總結(jié)

Spring 框架中用到了哪些設(shè)計(jì)模式：

• 工廠設(shè)計(jì)模式 : Spring使用工廠模式通過 BeanFactory、ApplicationContext 創(chuàng)建 bean 對象。
• 代理設(shè)計(jì)模式 : Spring AOP 功能的實(shí)現(xiàn)。
• 單例設(shè)計(jì)模式 : Spring 中的 Bean 默認(rèn)都是單例的。
• 模板方法模式 : Spring 中 jdbcTemplate、hibernateTemplate 等以 Template 結(jié)尾的對數(shù)據(jù)庫操作的類，它們就使用到了模板模式。
• 觀察者模式: Spring 事件驅(qū)動(dòng)模型就是觀察者模式很經(jīng)典的一個(gè)應(yīng)用。
• 適配器模式 :Spring AOP 的增強(qiáng)或通知(Advice)使用到了適配器模式、spring MVC 中也是用到了適配器模式適配Controller。
• 裝飾者（包裝器）設(shè)計(jì)模式 : 我們的項(xiàng)目需要連接多個(gè)數(shù)據(jù)庫，而且不同的客戶在每次訪問中根據(jù)需要會(huì)去訪問不同的數(shù)據(jù)庫。這種模式讓我們可以根據(jù)客戶的需求能夠動(dòng)態(tài)切換不同的數(shù)據(jù)源。