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目录

• Spring 开发

• 1. 什么是Spring?
• 2. Spring Framework
• 3. IOC容器

• 1）IOC容器原理
• 2）依赖注入方式
• 3）无侵入容器
• 4）理解
• 5）装配 Bean
• 6）ApplicationContext
• 7）使用Annotation配置

• 4. 使用 AOP

Spring 开发

1. 什么是Spring?

Spring是一个支持快速开发Java EE应用程序的框架。它提供了一系列底层容器和基础设施，并可以和大量常用的开源框架无缝集成，可以说是开发Java EE应用程序的必备。

Spring最早是由Rod Johnson这哥们在他的《Expert One-on-One J2EE Development without EJB》一书中提出的用来取代EJB的轻量级框架。随后这哥们又开始专心开发这个基础框架，并起名为Spring Framework。

2. Spring Framework

Spring Framework主要包括几个模块：

• 支持IoC和AOP的容器；
• 支持JDBC和ORM的数据访问模块；
• 支持声明式事务的模块；
• 支持基于Servlet的MVC开发；
• 支持基于Reactive的Web开发；
• 以及集成JMS、JavaMail、JMX、缓存等其他模块。

3. IOC容器

Spring的核心就是提供了一个IoC容器，它可以管理所有轻量级的JavaBean组件，提供的底层服务包括组件的生命周期管理、配置和组装服务、AOP支持，以及建立在AOP基础上的声明式事务服务等。

1）IOC容器原理

Spring提供的容器又称为IoC容器，什么是IoC？

IoC全称Inversion of Control，直译为控制反转。那么何谓IoC？在理解IoC之前，我们先看看通常的Java组件是如何协作的。

我们假定一个在线书店，通过BookService获取书籍：

public class BookService {
    private HikariConfig config = new HikariConfig();
    private DataSource dataSource = new HikariDataSource(config);

    public Book getBook(long bookId) {
        try (Connection conn = dataSource.getConnection()) {
            ...
            return book;
        }
    }
}

为了从数据库查询书籍，BookService持有一个DataSource。为了实例化一个HikariDataSource，又不得不实例化一个HikariConfig。

现在，我们继续编写UserService获取用户：

public class UserService {
    private HikariConfig config = new HikariConfig();
    private DataSource dataSource = new HikariDataSource(config);

    public User getUser(long userId) {
        try (Connection conn = dataSource.getConnection()) {
            ...
            return user;
        }
    }
}

因为UserService也需要访问数据库，因此，我们不得不也实例化一个HikariDataSource。

在处理用户购买的CartServlet中，我们需要实例化UserService和BookService：

public class CartServlet extends HttpServlet {
    private BookService bookService = new BookService();
    private UserService userService = new UserService();

    protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
        long currentUserId = getFromCookie(req);
        User currentUser = userService.getUser(currentUserId);
        Book book = bookService.getBook(req.getParameter("bookId"));
        cartService.addToCart(currentUser, book);
        ...
    }
}

类似的，在购买历史HistoryServlet中，也需要实例化UserService和BookService：

public class HistoryServlet extends HttpServlet {
    private BookService bookService = new BookService();
    private UserService userService = new UserService();
}

上述每个组件都采用了一种简单的通过new创建实例并持有的方式。仔细观察，会发现以下缺点：

1. 实例化一个组件其实很难，例如，BookService和UserService要创建HikariDataSource，实际上需要读取配置，才能先实例化HikariConfig，再实例化HikariDataSource。
2. 没有必要让BookService和UserService分别创建DataSource实例，完全可以共享同一个DataSource，但谁负责创建DataSource，谁负责获取其他组件已经创建的DataSource，不好处理。类似的，CartServlet和HistoryServlet也应当共享BookService实例和UserService实例，但也不好处理。
3. 很多组件需要销毁以便释放资源，例如DataSource，但如果该组件被多个组件共享，如何确保它的使用方都已经全部被销毁？
4. 随着更多的组件被引入，例如，书籍评论，需要共享的组件写起来会更困难，这些组件的依赖关系会越来越复杂。
5. 测试某个组件，例如BookService，是复杂的，因为必须要在真实的数据库环境下执行。

从上面的例子可以看出，如果一个系统有大量的组件，其生命周期和相互之间的依赖关系如果由组件自身来维护，不但大大增加了系统的复杂度，而且会导致组件之间极为紧密的耦合，继而给测试和维护带来了极大的困难。

因此，核心问题是：

1. 谁负责创建组件？
2. 谁负责根据依赖关系组装组件？
3. 销毁时，如何按依赖顺序正确销毁？

解决这一问题的核心方案就是IoC。

传统的应用程序中，控制权在程序本身，程序的控制流程完全由开发者控制，例如：

CartServlet创建了BookService，在创建BookService的过程中，又创建了DataSource组件。这种模式的缺点是，一个组件如果要使用另一个组件，必须先知道如何正确地创建它。

在IoC模式下，控制权发生了反转，即从应用程序转移到了IoC容器，所有组件不再由应用程序自己创建和配置，而是由IoC容器负责，这样，应用程序只需要直接使用已经创建好并且配置好的组件。为了能让组件在IoC容器中被“装配”出来，需要某种“注入”机制，例如，BookService自己并不会创建DataSource，而是等待外部通过setDataSource()方法来注入一个DataSource：

public class BookService {
    private DataSource dataSource;

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

不直接new一个DataSource，而是注入一个DataSource，这个小小的改动虽然简单，却带来了一系列好处：

1. BookService不再关心如何创建DataSource，因此，不必编写读取数据库配置之类的代码；
2. DataSource实例被注入到BookService，同样也可以注入到UserService，因此，共享一个组件非常简单；
3. 测试BookService更容易，因为注入的是DataSource，可以使用内存数据库，而不是真实的MySQL配置。

因此，IoC又称为依赖注入（DI：Dependency Injection），它解决了一个最主要的问题：将组件的创建+配置与组件的使用相分离，并且，由IoC容器负责管理组件的生命周期。

因为IoC容器要负责实例化所有的组件，因此，有必要告诉容器如何创建组件，以及各组件的依赖关系。一种最简单的配置是通过XML文件来实现，例如：

<beans>
    <bean id="dataSource" class="HikariDataSource" />
    <bean id="bookService" class="BookService">
        <property name="dataSource" ref="dataSource" />
    </bean>
    <bean id="userService" class="UserService">
        <property name="dataSource" ref="dataSource" />
    </bean>
</beans>

上述XML配置文件指示IoC容器创建3个JavaBean组件，并把id为dataSource的组件通过属性dataSource（即调用setDataSource()方法）注入到另外两个组件中。

在Spring的IoC容器中，我们把所有组件统称为JavaBean，即配置一个组件就是配置一个Bean。

2）依赖注入方式

我们从上面的代码可以看到，依赖注入可以通过set()方法实现。但依赖注入也可以通过构造方法实现。

很多Java类都具有带参数的构造方法，如果我们把BookService改造为通过构造方法注入，那么实现代码如下：

public class BookService {
    private DataSource dataSource;

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

Spring的IoC容器同时支持属性注入和构造方法注入，并允许混合使用。

3）无侵入容器

在设计上，Spring的IoC容器是一个高度可扩展的无侵入容器。所谓无侵入，是指应用程序的组件无需实现Spring的特定接口，或者说，组件根本不知道自己在Spring的容器中运行。这种无侵入的设计有以下好处：

1. 应用程序组件既可以在Spring的IoC容器中运行，也可以自己编写代码自行组装配置；
2. 测试的时候并不依赖Spring容器，可单独进行测试，大大提高了开发效率

4）理解

IOC 控制翻转，传统的应用程序中，控制权在程序本身，程序的流控制流程完全由开发者控制。在IOC模式下，控制权发生了翻转，即从应用程序转移到了IOC容器，所有组件不再由应用程序自己创建，而是由IOC容器负责。

IoC又称为依赖注入（DI：Dependency Injection），它解决了一个最主要的问题：将组件的创建+配置与组件的使用相分离，并且，由IoC容器负责管理组件的生命周期。

因为IoC容器要负责实例化所有的组件，因此，有必要告诉容器如何创建组件，以及各组件的依赖关系

5）装配 Bean

我们前面讨论了为什么要使用Spring的IoC容器，因为让容器来为我们创建并装配Bean能获得很大的好处，那么到底如何使用IoC容器？装配好的Bean又如何使用？

我们来看一个具体的用户注册登录的例子。整个工程的结构如下：

spring-ioc-appcontext
├── pom.xml
└── src
    └── main
        ├── java
        │   └── com
        │       └── itranswarp
        │           └── learnjava
        │               ├── Main.java
        │               └── service
        │                   ├── MailService.java
        │                   ├── User.java
        │                   └── UserService.java
        └── resources
            └── application.xml

首先，我们用Maven创建工程并引入spring-context依赖：

<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
    xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
    xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>

    <groupId>com.itranswarp.learnjava</groupId>
    <artifactId>spring-ioc-appcontext</artifactId>
    <version>1.0-SNAPSHOT</version>
    <packaging>jar</packaging>

    <properties>
        <project.build.sourceEncoding>UTF-8</project.build.sourceEncoding>
        <project.reporting.outputEncoding>UTF-8</project.reporting.outputEncoding>
        <maven.compiler.source>11</maven.compiler.source>
        <maven.compiler.target>11</maven.compiler.target>
        <java.version>11</java.version>

        <spring.version>5.2.3.RELEASE</spring.version>
    </properties>

    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework</groupId>
            <artifactId>spring-context</artifactId>
            <version>${spring.version}</version>
        </dependency>
    </dependencies>
</project>

我们先编写一个MailService，用于在用户登录和注册成功后发送邮件通知：

public class MailService {
    private ZoneId zoneId = ZoneId.systemDefault();

    public void setZoneId(ZoneId zoneId) {
        this.zoneId = zoneId;
    }

    public String getTime() {
        return ZonedDateTime.now(this.zoneId).format(DateTimeFormatter.ISO_ZONED_DATE_TIME);
    }

    public void sendLoginMail(User user) {
        System.err.println(String.format("Hi, %s! You are logged in at %s", user.getName(), getTime()));
    }

    public void sendRegistrationMail(User user) {
        System.err.println(String.format("Welcome, %s!", user.getName()));

    }
}

再编写一个UserService，实现用户注册和登录：

public class UserService {
    private MailService mailService;

    public void setMailService(MailService mailService) {
        this.mailService = mailService;
    }

    private List<User> users = new ArrayList<>(List.of( // users:
            new User(1, "[e-mail]", "password", "Bob"), // bob
            new User(2, "[e-mail]", "password", "Alice"), // alice
            new User(3, "[e-mail]", "password", "Tom"))); // tom

    public User login(String email, String password) {
        for (User user : users) {
            if (user.getEmail().equalsIgnoreCase(email) && user.getPassword().equals(password)) {
                mailService.sendLoginMail(user);
                return user;
            }
        }
        throw new RuntimeException("login failed.");
    }

    public User getUser(long id) {
        return this.users.stream().filter(user -> user.getId() == id).findFirst().orElseThrow();
    }

    public User register(String email, String password, String name) {
        users.forEach((user) -> {
            if (user.getEmail().equalsIgnoreCase(email)) {
                throw new RuntimeException("email exist.");
            }
        });
        User user = new User(users.stream().mapToLong(u -> u.getId()).max().getAsLong(), email, password, name);
        users.add(user);
        mailService.sendRegistrationMail(user);
        return user;
    }
}

注意到UserService通过setMailService()注入了一个MailService。

然后，我们需要编写一个特定的application.xml配置文件，告诉Spring的IoC容器应该如何创建并组装Bean：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
    xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
    xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans
        https://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd">

    <bean id="userService" class="com.itranswarp.learnjava.service.UserService">
        <property name="mailService" ref="mailService" />
    </bean>

    <bean id="mailService" class="com.itranswarp.learnjava.service.MailService" />
</beans>

注意观察上述配置文件，其中与XML Schema相关的部分格式是固定的，我们只关注两个<bean ...>的配置：

• 每个<bean ...>都有一个id标识，相当于Bean的唯一ID；
• 在userServiceBean中，通过<property name="..." ref="..." />注入了另一个Bean；
• Bean的顺序不重要，Spring根据依赖关系会自动正确初始化。

把上述XML配置文件用Java代码写出来，就像这样：

UserService userService = new UserService();
MailService mailService = new MailService();
userService.setMailService(mailService);

只不过Spring容器是通过读取XML文件后使用反射完成的。

如果注入的不是Bean，而是boolean、int、String这样的数据类型，则通过value注入，例如，创建一个HikariDataSource：

<bean id="dataSource" class="com.zaxxer.hikari.HikariDataSource">
    <property name="jdbcUrl" value="jdbc:mysql://localhost:3306/test" />
    <property name="username" value="root" />
    <property name="password" value="password" />
    <property name="maximumPoolSize" value="10" />
    <property name="autoCommit" value="true" />
</bean>

最后一步，我们需要创建一个Spring的IoC容器实例，然后加载配置文件，让Spring容器为我们创建并装配好配置文件中指定的所有Bean，这只需要一行代码：

ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("application.xml");

接下来，我们就可以从Spring容器中“取出”装配好的Bean然后使用它：

// 获取Bean:
UserService userService = context.getBean(UserService.class);
// 正常调用:
User user = userService.login("[e-mail]", "password");

完整的main()方法如下：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("application.xml");
        UserService userService = context.getBean(UserService.class);
        User user = userService.login("[e-mail]", "password");
        System.out.println(user.getName());
    }
}

6）ApplicationContext

我们从创建Spring容器的代码：

ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("application.xml");

可以看到，Spring容器就是ApplicationContext，它是一个接口，有很多实现类，这里我们选择ClassPathXmlApplicationContext，表示它会自动从classpath中查找指定的XML配置文件。

获得了ApplicationContext的实例，就获得了IoC容器的引用。从ApplicationContext中我们可以根据Bean的ID获取Bean，但更多的时候我们根据Bean的类型获取Bean的引用：

UserService userService = context.getBean(UserService.class);

Spring还提供另一种IoC容器叫BeanFactory，使用方式和ApplicationContext类似：

BeanFactory factory = new XmlBeanFactory(new ClassPathResource("application.xml"));
MailService mailService = factory.getBean(MailService.class);

BeanFactory和ApplicationContext的区别在于，BeanFactory的实现是按需创建，即第一次获取Bean时才创建这个Bean，而ApplicationContext会一次性创建所有的Bean。实际上，ApplicationContext接口是从BeanFactory接口继承而来的，并且，ApplicationContext提供了一些额外的功能，包括国际化支持、事件和通知机制等。通常情况下，我们总是使用ApplicationContext，很少会考虑使用BeanFactory。

7）使用Annotation配置

使用Spring的IoC容器，实际上就是通过类似XML这样的配置文件，把我们自己的Bean的依赖关系描述出来，然后让容器来创建并装配Bean。一旦容器初始化完毕，我们就直接从容器中获取Bean使用它们。

使用XML配置的优点是所有的Bean都能一目了然地列出来，并通过配置注入能直观地看到每个Bean的依赖。它的缺点是写起来非常繁琐，每增加一个组件，就必须把新的Bean配置到XML中。

使用Annotation配合自动扫描能大幅简化Spring的配置，我们只需要保证：

• 每个Bean被标注为@Component并正确使用@Autowired注入；
• 配置类被标注为@Configuration和@ComponentScan；
• 所有Bean均在指定包以及子包内。

使用@ComponentScan非常方便，但是，我们也要特别注意包的层次结构。通常来说，启动配置AppConfig位于自定义的顶层包（例如com.itranswarp.learnjava），其他Bean按类别放入子包。

4. 使用 AOP

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