1、使用框架的意義與Spring的主要內(nèi)容
隨著軟件結(jié)構(gòu)的日益龐大，軟件模塊化趨勢出現(xiàn)，軟件開發(fā)也需要多人合作，隨即分工出現(xiàn)。如何劃分模塊，如何定義接口方便分工成為軟件工程設(shè)計(jì)中越來越關(guān)注的問題。良好的模塊化具有以下優(yōu)勢：可擴(kuò)展、易驗(yàn)證、易維護(hù)、易分工、易理解、代碼復(fù)用。
優(yōu)良的模塊設(shè)計(jì)往往遵守“低耦合高內(nèi)聚”的原則。而“框架”是對(duì)開發(fā)中良好設(shè)計(jì)的總結(jié)，把設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用的代碼獨(dú)立出來，所形成的一種軟件工具。用戶遵守它的開發(fā)規(guī)則，就可以實(shí)現(xiàn)良好的模塊化，避免軟件開發(fā)中潛在的問題。廣義上的框架無處不再，一個(gè)常見的例子就是PC硬件體系結(jié)構(gòu)，人們只要按照各自需要的主板、顯卡、內(nèi)存等器件就可以任意組裝成自己想要的電腦。而做主板的廠商不用關(guān)心做顯卡廠商的怎么實(shí)現(xiàn)它的功能。軟件框架也是如此，開發(fā)人員只要在Spring框架中填充自己的業(yè)務(wù)邏輯就能完成一個(gè)模塊劃分清晰紛的系統(tǒng)。
這里主要通過一個(gè)銀行通知用戶月收支記錄的小例子來介紹輕型J2EE框架Spring的主要內(nèi)容、它所解決的問題和實(shí)現(xiàn)的方法。
Spring框架主要可以分為3個(gè)核心內(nèi)容：
- 容器
- 控制反轉(zhuǎn)（IoC ，Inversion of Control）
- 面向切面編程（AOP ，Aspect-Oriented Programming）
例子中依次對(duì)這些特性進(jìn)行介紹，描述了軟件模塊化后存在的依賴與問題，以及Spring框架如何解決這些問題。
2、一個(gè)簡單的例子程序
假設(shè)有一個(gè)如下應(yīng)用場景：（1）一個(gè)銀行在每月的月初都需要向客戶發(fā)送上個(gè)月的賬單，賬單發(fā)送的方式可以為紙質(zhì)郵寄、或者短信方式。（2）還有一個(gè)潛在的需求：為了安全起見，在每個(gè)函數(shù)操作過程中都需要記錄日志，記錄參數(shù)傳入是否正常，函數(shù)是否正常結(jié)束，以便出錯(cuò)時(shí)系統(tǒng)管理員查賬。
那么對(duì)這個(gè)需求進(jìn)行簡單實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)框圖如下所示：
首先定義一個(gè)賬單輸出的接口：
//接口
public interface ReportGenerator{
public void generate(String[][] table) ;
}
實(shí)現(xiàn)“打印紙質(zhì)賬單”與“發(fā)送短信”兩個(gè)具體功能：
//賬單報(bào)表實(shí)現(xiàn)類
public class PageReportGenerator implement ReportGenerator {
public void generate(String[][] table) {
log4j.info( ... ); //輸出日志
...打印操作，以便工作人員郵遞給客戶
log4j.info( ... ); //輸出日志
}
}
//短信報(bào)表實(shí)現(xiàn)類
public class SMSReportGenerator implement ReportGenerator {
public void generate(String[][] table) {
log4j.info( ... );
...短信發(fā)送操作
log4j.info( ... );
}
}
上層業(yè)務(wù)邏輯對(duì)上個(gè)月的賬目進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并調(diào)用接口產(chǎn)生紙質(zhì)或者短信結(jié)果：
//上層業(yè)務(wù)中的服務(wù)類
public class ReportService{
private ReportGenerator reportGenerator = new SMSReportGenerator();
public void generateMonthlyReport(int year, int month) {
log4j.info( ... );
String[][] statistics = null ;
...
reportGenerator.generate(statistics);
}
}
這個(gè)實(shí)現(xiàn)源代碼請(qǐng)查看文章結(jié)尾附錄中的"BankOld"。源代碼中與例子中程序略有區(qū)別：由于使用log4j需要引用外部的包，并且需要寫配置文件，為了方便，源代碼中的日志輸出用system.out.println()代替。
3、Spring中的容器
A、模塊化后出現(xiàn)的問題與隱患
假設(shè)隨著工程的復(fù)雜化，上面的例子需要分成兩個(gè)模塊，以便開發(fā)時(shí)分工，一般會(huì)以如下結(jié)構(gòu)劃分：
劃分后再看原來的代碼：
//上層業(yè)務(wù)中的服務(wù)類
public class ReportService{
private ReportGenerator reportGenerator = new SMSReportGenerator(); //隱患
public void generateMonthlyReport(int year, int month) {
...
}
}
在服務(wù)類有private ReportGenerator reportGenerator = new SMSReportGenerator();這么一行代碼，ReportService類與SMSReportGenerator類不屬于同一個(gè)模塊，當(dāng)開發(fā)人員B對(duì)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)進(jìn)行修改時(shí)，由于存在依賴，開發(fā)人員A也要進(jìn)行修改（比如之前喜歡短信收賬單的客戶感覺短信不夠詳細(xì)，希望以后改用郵件收賬單，那么開發(fā)人員B需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)MailReportGenerator類，在開發(fā)人員B修改代碼時(shí)，開發(fā)人員A也需要改代碼------聲明部分修改）。如果系統(tǒng)龐大new
SMSReportGenerator()大量使用的話，修改就會(huì)十分復(fù)雜，一個(gè)聲明沒有修改就會(huì)出現(xiàn)大的BUG。
所以需要一種劃分，讓各個(gè)模塊盡可能獨(dú)立，當(dāng)開發(fā)人員B修改自己的模塊時(shí)，開發(fā)人員A不需要修改任何代碼。
B、問題出現(xiàn)的原因
為例子中的程序畫一個(gè)UML依賴圖：
可以發(fā)現(xiàn)上述問題出現(xiàn)的原因主要是：模塊A與模塊B不但存在接口依賴，還存在實(shí)現(xiàn)依賴。ReportGenerator每次修改它的實(shí)現(xiàn)，都會(huì)對(duì)ReportService產(chǎn)生影響。那么需要重構(gòu)消除這種實(shí)現(xiàn)依賴。
C、用容器解決問題
消除實(shí)現(xiàn)依賴一般可以通過添加一個(gè)容器類來解決。在例子程序容器代碼如下：
使用容器后，模塊A的ReportService的屬性實(shí)現(xiàn)方法也發(fā)生了變化。
這樣的話，class都在容器中實(shí)現(xiàn)，使用者只需要在容器中查找需要的實(shí)例，開發(fā)人員修改模塊B后（在模塊中增加郵件報(bào)表生成類MailReportGenerator），只需要在容器類中修改聲明（把ReportGenertor
reportGenertor = new SMSReportGenertor();改為ReportGenertor reportGenertor = new
MailReportGenertor();）即可，模塊A不需要修改任何代碼。一定程度上降低了模塊之間的耦合。
4、Spring中的控制反轉(zhuǎn)
A、還存在的耦合
使用容器后模塊A與模塊B之間的耦合減少了，但是通過UML依賴圖可以看出模塊A開始依賴于容器類：
之前的模塊A對(duì)模塊B的實(shí)現(xiàn)依賴通過容器進(jìn)行傳遞，在程序中用(ReportGenerator) Container.instance.getComponent(“reportGenerator”)的方法取得容器中SMSReportGenertor的實(shí)例，這種用字符(“reportGenerator”)指代具體實(shí)現(xiàn)類SMSReportGenertor 的方式并沒有完全的解決耦合。所以在銀行賬單的例子中我們需要消除ReportService對(duì)容器Container的依賴。
B、控制反轉(zhuǎn)與依賴注入
在我們常規(guī)的思維中，ReportService需要初始化它的屬性private ReportGenerator reportGenerator就必須進(jìn)行主動(dòng)搜索需要的外部資源。不使用容器時(shí)，它需要找到SMSReportGenertor()的構(gòu)造函數(shù)；當(dāng)使用容器時(shí)需要知道SMSReportGenertor實(shí)例在容器中的命名。無論怎么封裝，這種主動(dòng)查找外部資源的行為都必須知道如何獲得資源，也就是肯定存在一種或強(qiáng)或弱的依賴。那是否存在一種方式，讓ReportService不再主動(dòng)初始化reportGenerator，被動(dòng)的接受推送的資源?
這種反轉(zhuǎn)資源獲取方向的思想被稱為控制反轉(zhuǎn)（IoC，Inversion of Control），使用控制反轉(zhuǎn)后，容器主動(dòng)地將資源推送給需要資源的類（或稱為bean）ReportService，而ReportService需要做的只是用一種合適的方式接受資源。控制反轉(zhuǎn)的具體實(shí)現(xiàn)過程用到了依賴注入（DI，Dependecncy Injection）的設(shè)計(jì)模式，ReportService類接受資源的方式有多種，其中一種就是在類中定義一個(gè)setter方法，讓容器將匹配的資源注入：setter的寫法如下：
在容器中把依賴注入：
這樣一來ReportService就不用管SMSReportGenertor在容器中是什么名字，模塊A對(duì)于模塊B只有接口依賴，做到了松耦合。
C、Spring IoC容器的XML配置
每個(gè)使用Spring框架的工程都會(huì)用到容器與控制反轉(zhuǎn)，為了代碼復(fù)用，Spring把通用的代碼獨(dú)立出來形成了自己的IoC容器供開發(fā)者使用：
與上面例子中實(shí)現(xiàn)的容器相比，Spring框架提供的IoC容器要遠(yuǎn)遠(yuǎn)復(fù)雜的多，但用戶不用關(guān)心Spring
IoC容器的代碼實(shí)現(xiàn)，Spring提供了一種簡便的bean依賴關(guān)系配置方式------使用XML文件，在上面的例子中，配置依賴關(guān)系只要在工程根目錄下的“Application.xml”編輯如下內(nèi)容：
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>是標(biāo)準(zhǔn)的XML頭，xmlns引用的是一些命名空間，兩個(gè)一般在工程中自動(dòng)生成。后面的內(nèi)容由用戶輸入，主要表示實(shí)例化SMSReportGenerator，實(shí)例化ReportService并把SMSReportGenerator的對(duì)象smsReportGenerator賦值給ReportService的屬性reportGenerator，完成依賴注入。
5、Spring中的面向切面編程
A、日志問題以及延伸
在例子的需求中有一條是：需要記錄日志，以便出錯(cuò)時(shí)系統(tǒng)管理員查賬。回顧例子中的代碼，在每個(gè)方法中都加了日志操作：
可以看出在每個(gè)方法的開始與結(jié)尾都調(diào)用了日志輸出，這種零散的日志操作存在著一些隱患，會(huì)導(dǎo)致維護(hù)的困難。比如日志輸出的格式發(fā)送了變化，那么無論模塊A還是模塊B的程序員都要對(duì)每個(gè)方法每個(gè)輸出逐條修改，極容易遺漏，造成日志輸出風(fēng)格的不一致。又比如不用Log4j日志輸出工具更換其他工具，如果遺漏一個(gè)將會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重BUG。
與日志輸出相似的問題在編程中經(jīng)常遇到，這種跨越好幾個(gè)模塊的功能和需求被稱為橫切關(guān)注點(diǎn)，典型的有日志、驗(yàn)證、事務(wù)管理等。
橫切關(guān)注點(diǎn)容易導(dǎo)致代碼混亂、代碼分散的問題。而如何將很切關(guān)注點(diǎn)模塊化是本節(jié)的重點(diǎn)。
B、代理模式
傳統(tǒng)的面向?qū)ο蠓椒ê茈y實(shí)現(xiàn)很切關(guān)注點(diǎn)的模塊化。一般的實(shí)現(xiàn)方式是使用設(shè)計(jì)模式中的代理模式。代理模式的原理是使用一個(gè)代理將對(duì)象包裝起來，這個(gè)代理對(duì)象就取代了原有對(duì)象，任何對(duì)原對(duì)象的調(diào)用都首先經(jīng)過代理，代理可以完成一些額外的任務(wù)，所以代理模式能夠?qū)崿F(xiàn)橫切關(guān)注點(diǎn)。
可能在有些程序中有很多橫切關(guān)注點(diǎn)，那么只需要在代理外再加幾層代理即可。以銀行賬單為例介紹一個(gè)種用JAVA Reflection API動(dòng)態(tài)代理實(shí)現(xiàn)的橫切關(guān)注點(diǎn)模塊化方法。系統(tǒng)提供了一個(gè)InvocationHandler接口：
//系統(tǒng)提供的代理接口
public interface InvocationHandler {
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throw Throwable;
}
我們需要實(shí)現(xiàn)這個(gè)接口來創(chuàng)建一個(gè)日志代理，實(shí)現(xiàn)代碼如下：
這樣既可以使得日志操作不再零散分布于各個(gè)模塊，易于管理。調(diào)用者可以通過如下方式調(diào)用：
代理模式很好的實(shí)現(xiàn)了橫切關(guān)注點(diǎn)的模塊化，解決了代碼混亂代碼分散問題，但是我們可以看出用 Java Reflection API 實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)代理結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，不易理解，Spring框架利用了代理模式的思想，提出了一種基于JAVA注解（Annotation）和XML配置的面向切面編程方法（AOP ，Aspect-Oriented Programming）簡化了編程過程。
C、Spring AOP 使用方法
Spring AOP使用中需要為橫切關(guān)注點(diǎn)（有些時(shí)候也叫切面）實(shí)現(xiàn)一個(gè)類，銀行賬單的例子中，切面的實(shí)現(xiàn)如下：
注解1表示這個(gè)類是一個(gè)切面，注解2中" * *.*(..)* "是一個(gè)通配符，表示在容器中所有類里有參數(shù)的方法。@Before(“execution(* *.*(..))”)表示在所有類里有參數(shù)的方法前調(diào)用切面中德 LogBefore() 方法。同理，注解3中@After(“execution(* *.*(..))”)表示在所有類里有參數(shù)的方法執(zhí)行完后調(diào)用切面中的LogAfter()方法。
實(shí)現(xiàn)完切面類后，還需要對(duì)Spring工程中的application.xml進(jìn)行配置以便實(shí)現(xiàn)完整的動(dòng)態(tài)代理：
這比之前IoC依賴關(guān)系配置的XML文件多了：xmlns:aop=http://www.springframework.org/schema/aop；http://www.springframework.org/schema/aop；http://www.springframework.org/schema/aop/spring-aop-3.0.xsd
這3個(gè)主要是聲明XML中用于AOP的一些標(biāo)簽， <bean class="bank.LogAspect" /> 是在容器中聲明LogAspect切面，<aop:aspectj-autoproxy />用于自動(dòng)關(guān)聯(lián)很切關(guān)注點(diǎn)（LogAspect）與核心關(guān)注點(diǎn)（SMSReportGenerator，ReportService）。不難發(fā)現(xiàn)Spring AOP的方法實(shí)現(xiàn)橫切關(guān)注點(diǎn)得模塊化要比用Java Reflection API簡單很多。
6、Spring總結(jié)
銀行月賬單報(bào)表例子通過使用Spring框架后變成了如下結(jié)構(gòu)：
在Spring框架的基礎(chǔ)上原來存在耦合的程序被分成松耦合的三個(gè)模塊。無論那個(gè)模塊修改，對(duì)其他模塊不需要額外改動(dòng)。這就完成了一種良好的架構(gòu)，使軟件易理解，模塊分工明確，為軟件的擴(kuò)展、驗(yàn)證、維護(hù)、分工提供了良好基礎(chǔ)。這就是Spring框架作用。當(dāng)然Spring除了容器、控制反轉(zhuǎn)、面向切面之外還有許多其他功能，但都是在這三個(gè)核心基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。
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