Hello, Spring Framework

- 7 分钟前
Spring

Introduction

Spring 生态系统的复杂度

Spring Framework 是 Spring 整个体系的基础，如果缺少 Spring Framwork 的相关知识，就无法完全理解 Srping Boot、Spring Data 等 Spring 的上层框架。

Spring Framework

什么是 Spring Framework？简而言之，Spring 框架的核心是一个依赖注入容器，并且在上层添加了一些工具（例如：数据访问、代理、面向切片编程、RPC、web mvc 框架），以助于更加便捷的开发 Java 应用。

依赖注入基础

什么是依赖？例如，编写一个 Java 类用来访问数据库中的用户表 users，这些类统称为 DAOs （data assess object，数据访问对象）或者 Repositories（存储库）。

public class UserDao {
    public User findById(Integer id) {
        // 执行一个 sql 查询语句来查找 user
    }
}

为了执行 sql 查询，UserDao 需要建立数据库连接。通常，Java 通过 DataSource 来建立数据库连接，代码看起来可能是下面这样子的：

import javax.sql.DataSource;

public class UserDao {

    public User findById(Integer id) throws SQLException {
        try (Connection connection = dataSource.getConnection()) { // (1)
               PreparedStatement selectStatement = connection.prepareStatement("select * from users where id =  ?");
               // use the connection etc.
        }
    }

}
  1. 问题来了，如何获取 dataSource 依赖呢？DAO 显然依赖于有效的 DataSource 来触发这些 SQL 查询

为了让 UserDao 能够通过 dataSource 访问数据库，可以通过 new() 实例化一个 DataSource 对象。以 Mysql JDBC 为例，代码如下：

import com.mysql.cj.jdbc.MysqlDataSource;

public class UserDao {
    public User findById(Integer id) {
        MysqlDataSource dataSource = new MysqlDataSource(); // (1)
        dataSource.setURL("jdbc:mysql://anyHost:port/dbName");
        dataSource.setUser("username");
        dataSource.setPassword("pwd");

        try (Connection connection = dataSource.getConnection()) { // (2)
            PreparedStatement selectStatement = connection.prepareStatement("select * from users where id =  ?");
            // use the connection etc.
            return user;
        }
    }
}
  1. 通过 MysqlDataSource + hardcode 的url、username、password 来建立数据源；
  2. 基于 dataSource 建立数据库连接进行查询；

看起来没什么问题，但是每新增一个方法，都要重写一遍：new 一个 MysqlDataSource 并配置 url、username、pwd。这样做不仅造成了代码冗余，并且，每个 DataSource 都可以创建物理上的 java 程序到 mysql socket 连接，代价高昂。

为了实现单一数据源配置，并在项目中复用，可以通过一个全局的 Application 类来管理依赖，代码如下：

import com.mysql.cj.jdbc.MysqlDataSource;
import javax.sql.DataSource;

public enum Application {
    INSTANCE;

    private DataSource dataSource;

    public DataSource dataSource() {
        if (dataSource == null) {
            MysqlDataSource dataSource = new MysqlDataSource();
            dataSource.setUser("root");
            dataSource.setPassword("s3cr3t");
            dataSource.setURL("jdbc:mysql://localhost:3306/myDatabase");
            this.dataSource = dataSource;
        }
        return dataSource;
    }
}

在 UserDao 中建立连接通过下面的语句：

Connection connection = Application.INSTANCE.dataSource().getConnection()

这样做的好处有两个：

  1. 数据访问对象无需重新构建 DataSource 依赖，只需要通过 Application 类访问；
  2. 整个应用程序类是一个单例（只会创建一个实例），并且该单例包含对 DataSource 单例的引用。

但是依然存在缺点：

  1. UserDAO 必须主动知道从哪里获取其依赖项，它必须调用 Application 类；
  2. 如果程序越来越大，并且可能会拥有越来越多的依赖项，Application.java 类用于处理所有依赖项，将会非常臃肿。基于此，自然而然会想到将 Application 拆分成多个类或工厂。

控制反转（Inversion of Control ）

有没有一种可能，UserDAO并不关心从哪里查找依赖，也不需要主动调用 Application.INSTANCE.dataSource()，也就是不再控制从何时/何处/如何获取 DataSource，而仅仅在使用时直接调用 DataSource datasource。这种方式就叫控制反转。

基于控制反转的 UserDAO 代码可能如下：

import javax.sql.DataSource;

public class UserDao {

    private DataSource dataSource;

    public UserDao(DataSource dataSource) { // (1)
        this.dataSource = dataSource;
    }

    public User findById(Integer id) {
        try (Connection connection = dataSource.getConnection()) { // (2)
               PreparedStatement selectStatement = connection.prepareStatement("select * from users where id =  ?");
               // TODO execute the select etc.
        }
    }

    public User findByFirstName(String firstName) {
        try (Connection connection = dataSource.getConnection()) { // (2)
               PreparedStatement selectStatement = connection.prepareStatement("select * from users where first_name =  ?");
               // TODO execute the select etc.
        }
    }
}
  1. 实例化 UserDao 时必须传入一个有效的 DataSource 对象；
  2. UserDao 的方法可以直接调用私有的 dataSource 对象来访问数据库。

从 UserDAO 的角度来看，易读性更好，它并不关心 DataSource 从哪来，如何创建，而是将 DataSource 的创建交给了调用者。因此，调用 UserDAO 时，必须传入 DataSource，be like：

public class MyApplication {
    public static void main(String[] args) {
        UserDao userDao = new UserDao(Application.INSTANCE.dataSource());
        User user1 = userDao.findById(1);
        User user2 = userDao.findById(2);
        // etc ...
    }
}

对开发人员而言，问题只是在哪里调用 Application.INSTANCE.dataSource() 而已，依然需要主动创建 DataSource。

如果有个 something 知道 UserDao 有一个 DataSource 构造函数，并且知道如何构造 DataSouce，从而神奇的构造了两个对象：一个 DataSource 和一个有效的 UserDao。这个 something 就是依赖注入容器，也是Spring 框架的核心。

Spring 的依赖注入容器原理

ApplicationContext

可以控制所有类并可以适当地管理它们（使用必要的依赖项创建它们）的人在 Spring 世界中称为 ApplicationContext。

基于 ApplicationContext ，为了实现如下的调用代码：

import org.springframework.context.ApplicationContext;
import org.springframework.context.annotation.AnnotationConfigApplicationContext;
import javax.sql.DataSource;

public class MyApplication {

    public static void main(String[] args) {
        ApplicationContext ctx = new AnnotationConfigApplicationContext(someConfigClass); // (1)

        UserDao userDao = ctx.getBean(UserDao.class); // (2)
        User user1 = userDao.findById(1);
        User user2 = userDao.findById(2);

        DataSource dataSource = ctx.getBean(DataSource.class); // (3)
        // etc ...
    }
}
  1. 构建一个 Spring ApplicationContext；
  2. ApplicationContext 提供的配置了 DataSource 的 UserDao;
  3. ApplicationContext 也可以直接提供 DataSource 的内容；

基于上述实现，调用者只需要调用 ApplicationContext 就可以完成相应工作。

由 1. 可知，构建 AnnotationConfigApplicationContext 需要一个配置类，代码如下：

import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

@Configuration
public class MyApplicationContextConfiguration {  // (1)

    @Bean
    public DataSource dataSource() {  // (2)
        MysqlDataSource dataSource = new MysqlDataSource();
        dataSource.setUser("root");
        dataSource.setPassword("pwd");
        dataSource.setURL("jdbc:mysql://host:port/dbname");
        return dataSource;
    }

    @Bean
    public UserDao userDao() { // (3)
        return new UserDao(dataSource());
    }

}
  1. 通过 @Configuration 注解定义一个配置类；
  2. 通过 Spring 特有的 @Bean 注解，定义一个返回 DataSource 的方法；
  3. 定义一个返回用 dataSource 初始化的 UserDao 对象方法；

通过 Spring 配置类，就可以创建第一个 Spring 应用程序了：

import org.springframework.context.ApplicationContext;
import org.springframework.context.annotation.AnnotationConfigApplicationContext;

public class MyApplication {

    public static void main(String[] args) {
        ApplicationContext ctx = new AnnotationConfigApplicationContext(MyApplicationContextConfiguration.class);
        UserDao userDao = ctx.getBean(UserDao.class);
        // User user1 = userDao.findById(1);
        // User user2 = userDao.findById(1);
        DataSource dataSource = ctx.getBean(DataSource.class);
    }
}

其中，Spring 中的 ApplicationContext 的构建方式有多种，例如：xml 文件、带 @Configuration 注解的 Java 类、或者其他编程方式实现。如果是通过 xml 文件创建 ApplicationContext，需要通过 ClassPathXmlApplicationContext 注解来实现。

Bean

Bean 在 Spring 宇宙里是一个神奇的单词，神奇之处在于，Spring 声明 Bean 就像在说 “我（Spring 容器）创建了你们，你们在我的控制之下。”

@Bean 是方法级别的注解，是 xml 文件里的 <bean/> 标签的直接模拟（analog）。@Bean 可以用在被@Configuration和@Component标注的类内部。

Bean Scope

通过 @Scope 注解明确 Bean 的作用域。如果不特殊声明，默认 Bean 的Scope 为 singleton，等同于@Scope("singleton") 。Bean Scope 参数和说明见下表：

Scope 说明
singleton（默认） 将单个 bean 定义为每个 Spring IoC 容器的单个对象实例。即，全局有且仅有一个实例。
prototype 将单个 bean 定义为任意数量的对象实例。即，每次获取 Bean 时都会创建一个新的实例。
request（web） 将单个 bean 定义为单个 http 请求的生命周期，每个 http 请求拥有自己的 bean 实例。
session（web） 将单个 bean 定义为单个 http session 的生命周期。
application（web） 将单个 bean 定义为 ServletContext 的生命周期。
websocket（we b） 将单个 bean 定义为 WebSocket 的生命周期。

注：(web) 表示该作用域仅在 web 感知的 Spring ApplicationContext 的上下文中有效。

Java Config

通过注解的方式，在 ApplicationContext 中显式配置 bean，就是 Spring 中说的 Java Config。相比 Spring 先前基于 xml 配置的方式，方便了许多。

####@ComponentScan

有一个新的问题是，可不可以隐式实例化带有 dataSource 的 UserDao() ，而不是 UserDao userDao = ctx.getBean(UserDao.class);？通过 @ComponentScan 注解可以解决该问题。

@ComponentScan 注解的作用是告诉 Spring：如果它们看起来像 Spring Bean，请查看与上下文配置相同的包中的所有 Java 类！

这意味着如果您的 MyApplicationContextConfiguration 位于 com.example 包中，Spring 将扫描以 com.example 开头的每个包，包括子包，以查找潜在的 Spring bean。

Spring如何知道某物是否是Spring bean？简单：目标类需要使用标记注释进行注释，称为@Component。

@Component 和 @Autowired

用 Component 注解修饰 UserDao 以便于它可以被 Spring 视作 Bean；

import javax.sql.DataSource;
import org.springframework.stereotype.Component;

@Component
public class UserDao {
    private DataSource dataSource;

    public UserDao(DataSource dataSource) { // (1)
        this.dataSource = dataSource;
    }
}
  1. 被 Component 注解修饰的方法也可以视作为 Bean；

如果查看 @Controller、@Service 或 @Repository 等注解的源代码时，你会发现它们都由多个注解组成，这些注解中总是包括 @Component！

基于 Autowired 注解，Spring 自动注入由@Bean修饰的 DataSource 的相关配置，然后用该特定 DataSource 创建新的 UserDao，代码如下：

import javax.sql.DataSource;
import org.springframework.stereotype.Component;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;

@Component
public class UserDao {

    private DataSource dataSource;
  	// 如果 DataSource 没有被 @Bean 修饰，那么运行时会抛出 NoSuchBeanDefinition 异常
    public UserDao(@Autowired DataSource dataSource) {
        this.dataSource = dataSource;
    }
}

在 Spring 4.2 版本以前，构造函数注入必须显式指定 @Autowired 注解；4.2 版本以后的 Spring 已经聪明到可以自动注入构造函数，无需显式声明。代码如下

@Component
public class UserDao {

    private DataSource dataSource;

    public UserDao(DataSource dataSource) {
        this.dataSource = dataSource;
    }
}

构造函数注入只是 Spring 依赖注入的其中一种方式，其他还有字段注入（Field Injection）、 Setter 注入、Method 注入。

Field 注入：

@Component
public class UserDao {

    @Autowired
    private DataSource dataSource;

}

Setter 注入：

@Component
public class UserDao {

    private DataSource dataSource;

    @Autowired
    public void setDataSource(DataSource dataSource) {
        this.dataSource = dataSource;
    }
}

这几种注入方式都可以获得一个有效的 Spring Bean。显然，不同的注入方式，也意味着在项目中应该使用哪种注入方式，存在一些争论。

构造函数注入 VS 字段注入

网上已经有很多争论，构造函数注入还是字段注入更好，甚至有一些强烈的声音声称字段注入是有害的。

为了不给这些论点增加噪音，本文的观点是：

最重要的是：软件项目的整体成功并不取决于所选择的依赖注入方法。

总结

Spring 是一个基于依赖注入实现控制反转的轻量级容器。

References：

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