Spring 体系结构，核心理念

àì夳堔傛蜴生んèń 2023-02-12 15:25 52阅读 0赞

### 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 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NoeV8xODg4MzcwMTE2MQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
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 { 
    		return Channels.newChannel(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bean
    	int ROLE_SUPPORT = 1;  //spring中对外提供支持、整合能力，暴露给开发使用的bean
    	int ROLE_INFRASTRUCTURE = 2;  //基础设施，spring中的基础bean
    
    
    	//父BeanDefinition的name
    	void 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(@Nullable String... 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name
    	void setFactoryBeanName(@Nullable String factoryBeanName);
    	String getFactoryBeanName();
    	
    	
    	//要使用的 FactoryMethod 的name
    	void 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bean
    	void 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

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