Spring基礎知識彙總 Java開發必看

Spring簡介

Spring框架由Rod Johnson開發，2004年釋出了Spring框架的第一版。Spring是一個從實際開發中抽取出來的框架，因此它完成了大量開發中的通用步驟，留給開發者的僅僅是與特定應用相關的部分，從而大大提高了企業應用的開發效率。

Spring總結起來優點如下

• 低侵入式設計，程式碼的汙染極低
• 獨立於各種應用伺服器，基於Spring框架的應用，可以真正實現Write Once，Run Anywhere的承諾
• Spring的IoC容器降低了業務物件替換的複雜性，提高了元件之間的解耦
• Spring的AOP支援允許將一些通用任務如安全、事務、日誌等進行集中式管理，從而提供了更好的複用
• Spring的ORM和DAO提供了與第三方持久層框架的良好整合，並簡化了底層的資料庫訪問
• Spring的高度開放性，並不強制應用完全依賴於Spring，開發者可自由選用Spring框架的部分或全部

Spring框架的組成結構圖如下所示

spring-overview

Spring的核心機制

管理Bean

程式主要是通過Spring容器來訪問容器中的Bean，ApplicationContext是Spring容器最常用的介面，該介面有如下兩個實現類

• ClassPathXmlApplicationContext: 從類載入路徑下搜尋配置檔案，並根據配置檔案來建立Spring容器
• FileSystemXmlApplicationContext: 從檔案系統的相對路徑或絕對路徑下去搜尋配置檔案，並根據配置檔案來建立Spring容器

public class BeanTest{
    public static void main(String args[]) throws Exception{
        ApplicationContext ctx = new ClassPathXmlApplicationContext("beans.xml");
        Person p = ctx.getBean("person", Person.class);
        p.say();
    }
}

Eclipse使用Spring

在Eclipse等IDE工具中，使用者可以自建User Library，然後把Spring的Jar包都放入其中，當然也可以將Jar包直接放在專案的/WEB-INF/lib目錄下，但是如果使用User Library，在專案釋出時，需要將使用者庫所引用的Jar檔案隨應用一起釋出，就是將User Library所使用的Jar複製到/WEB-INF/lib目錄下，這是因為對於一個Web應用，Eclipse部署Web應用時不會將使用者庫的Jar檔案複製到/WEB-INF/lib下，需要手動複製。

依賴注入

Spring框架的核心功能有兩個

• Spring容器作為超級大工廠，負責建立、管理所有的Java物件，這些Java物件被稱為Bean
• Spring容器管理容器中Bean之間的依賴關係，Spring使用一種被稱為“依賴注入”的方式來管理Bean之間的依賴關係

使用依賴注入，不僅可以為Bean注入普通的屬性值，還可以注入其他Bean的引用。依賴注入是一種優秀的解耦方式，其可以讓Bean以配置檔案組織在一起，而不是以硬編碼的方式耦合在一起。

理解依賴注入

Rod Johnson是第一個高度重視以配置檔案來管理Java例項的協作關係的人，他給這種方式起了一個名字：控制反轉（Inverse of Control，IoC）。後來Martine Fowler為這種方式起了另一個名稱：依賴注入（Dependency Injection），因此不管是依賴注入，還是控制反轉，其含義完全相同。當某個Java物件（呼叫者）需要呼叫另一個Java物件（被依賴物件）的方法時，在傳統模式下通常有兩種做法

1. 原始做法: 呼叫者主動建立被依賴物件，然後再呼叫被依賴物件的方法
2. 簡單工廠模式: 呼叫者先找到被依賴物件的工廠，然後主動通過工廠去獲取被依賴物件，最後再呼叫被依賴物件的方法

注意上面的主動二字，這必然會導致呼叫者與被依賴物件實現類的硬編碼耦合，非常不利於專案升級的維護。使用Spring框架之後，呼叫者無需主動獲取被依賴物件，呼叫者只要被動接受Spring容器為呼叫者的成員變數賦值即可，由此可見，使用Spring後，呼叫者獲取被依賴物件的方式由原來的主動獲取，變成了被動接受——所以Rod Johnson稱之為控制反轉。

另外從Spring容器的角度來看，Spring容器負責將被依賴物件賦值給呼叫者的成員變數——相當於為呼叫者注入它依賴的例項，因此Martine Fowler稱之為依賴注入。

設值注入

設值注入是指IoC容器通過成員變數的setter方法來注入被依賴物件。這種注入方式簡單、直觀，因而在Spring的依賴注入裡大量使用。

構造注入

利用構造器來設定依賴關係的方式，被稱為構造注入。通俗來說，就是驅動Spring在底層以反射方式執行帶指定引數的構造器，當執行帶引數的構造器時，就可利用構造器引數對成員變數執行初始化——這就是構造注入的本質。

兩種注入方式的對比

設值注入有如下優點

• 與傳統的JavaBean的寫法更相似，程式開發人員更容易理解、接受。通過setter方法設定依賴關係顯得更加直觀、自然
• 對於複雜的依賴關係，如果採用構造注入，會導致構造器過於臃腫，難以閱讀。Spring在建立Bean例項時，需要同時例項化其依賴的全部例項，因而導致效能下降。而使用設值注入，則能避免這些問題。
• 尤其在某些成員變數可選的情況下，多引數的構造器更加笨重

構造注入優勢如下

• 構造注入可以在構造器中決定依賴關係的注入順序，優先依賴的優先注入
• 對於依賴關係無需變化的Bean，構造注入更有用處。因為沒有setter方法，所有的依賴關係全部在構造器內設定，無須擔心後續的程式碼對依賴關係產生破壞
• 依賴關係只能在構造器中設定，則只有元件的建立者才能改變元件的依賴關係，對元件的呼叫者而言，元件內部的依賴關係完全透明，更符合高內聚的原則

Notes
建議採用設值注入為主，構造注入為輔的注入策略。對於依賴關係無須變化的注入，儘量採用構造注入；而其他依賴關係的注入，則考慮採用設值注入。

Spring容器中的Bean

對於開發者來說，開發者使用Spring框架主要是做兩件事：①開發Bean；②配置Bean。對於Spring框架來說，它要做的就是根據配置檔案來建立Bean例項，並呼叫Bean例項的方法完成“依賴注入”——這就是所謂IoC的本質。

容器中Bean的作用域

當通過Spring容器建立一個Bean例項時，不僅可以完成Bean例項的例項化，還可以為Bean指定特定的作用域。Spring支援如下五種作用域

1. singleton: 單例模式，在整個Spring IoC容器中，singleton作用域的Bean將只生成一個例項
2. prototype: 每次通過容器的getBean()方法獲取prototype作用域的Bean時，都將產生一個新的Bean例項
3. request: 對於一次HTTP請求，request作用域的Bean將只生成一個例項，這意味著，在同一次HTTP請求內，程式每次請求該Bean，得到的總是同一個例項。只有在Web應用中使用Spring時，該作用域才真正有效
4. 對於一次HTTP會話，session作用域的Bean將只生成一個例項，這意味著，在同一次HTTP會話內，程式每次請求該Bean，得到的總是同一個例項。只有在Web應用中使用Spring時，該作用域才真正有效
5. global session: 每個全域性的HTTP Session對應一個Bean例項。在典型的情況下，僅在使用portlet context的時候有效，同樣只在Web應用中有效

如果不指定Bean的作用域，Spring預設使用singleton作用域。prototype作用域的Bean的建立、銷燬代價比較大。而singleton作用域的Bean例項一旦建立成果，就可以重複使用。因此，應該儘量避免將Bean設定成prototype作用域。

使用自動裝配注入合作者Bean

Spring能自動裝配Bean與Bean之間的依賴關係，即無須使用ref顯式指定依賴Bean，而是由Spring容器檢查XML配置檔案內容，根據某種規則，為呼叫者Bean注入被依賴的Bean。
Spring自動裝配可通過<beans/>元素的default-autowire屬性指定，該屬性對配置檔案中所有的Bean起作用；也可通過對<bean/>元素的autowire屬性指定，該屬性只對該Bean起作用。

autowire和default-autowire可以接受如下值

• no: 不使用自動裝配。Bean依賴必須通過ref元素定義。這是預設配置，在較大的部署環境中不鼓勵改變這個配置，顯式配置合作者能夠得到更清晰的依賴關係
• byName: 根據setter方法名進行自動裝配。Spring容器查詢容器中全部Bean，找出其id與setter方法名去掉set字首，並小寫首字母后同名的Bean來完成注入。如果沒有找到匹配的Bean例項，則Spring不會進行任何注入
• byType: 根據setter方法的形參型別來自動裝配。Spring容器查詢容器中的全部Bean，如果正好有一個Bean型別與setter方法的形參型別匹配，就自動注入這個Bean；如果找到多個這樣的Bean，就丟擲一個異常；如果沒有找到這樣的Bean，則什麼都不會發生，setter方法不會被呼叫
• constructor: 與byType類似，區別是用於自動匹配構造器的引數。如果容器不能恰好找到一個與構造器引數型別匹配的Bean，則會丟擲一個異常
• autodetect: Spring容器根據Bean內部結構，自行決定使用constructor或byType策略。如果找到一個預設的建構函式，那麼就會應用byType策略

當一個Bean既使用自動裝配依賴，又使用ref顯式指定依賴時，則顯式指定的依賴覆蓋自動裝配依賴；對於大型的應用，不鼓勵使用自動裝配。雖然使用自動裝配可減少配置檔案的工作量，但大大將死了依賴關係的清晰性和透明性。依賴關係的裝配依賴於原始檔的屬性名和屬性型別，導致Bean與Bean之間的耦合降低到程式碼層次，不利於高層次解耦

<!--通過設定可以將Bean排除在自動裝配之外-->
<bean id="" autowire-candidate="false"/>

<!--除此之外，還可以在beans元素中指定，支援模式字串，如下所有以abc結尾的Bean都被排除在自動裝配之外-->
<beans default-autowire-candidates="*abc"/>

建立Bean的3種方式

使用構造器建立Bean例項

使用構造器來建立Bean例項是最常見的情況，如果不採用構造注入，Spring底層會呼叫Bean類的無引數構造器來建立例項，因此要求該Bean類提供無引數的構造器。

採用預設的構造器建立Bean例項，Spring對Bean例項的所有屬性執行預設初始化，即所有的基本型別的值初始化為0或false；所有的引用型別的值初始化為null。

使用靜態工廠方法建立Bean

使用靜態工廠方法建立Bean例項時，class屬性也必須指定，但此時class屬性並不是指定Bean例項的實現類，而是靜態工廠類，Spring通過該屬性知道由哪個工廠類來建立Bean例項。

除此之外，還需要使用factory-method屬性來指定靜態工廠方法，Spring將呼叫靜態工廠方法返回一個Bean例項，一旦獲得了指定Bean例項，Spring後面的處理步驟與採用普通方法建立Bean例項完全一樣。如果靜態工廠方法需要引數，則使用<constructor-arg.../>元素指定靜態工廠方法的引數。

呼叫例項工廠方法建立Bean

例項工廠方法與靜態工廠方法只有一個不同：呼叫靜態工廠方法只需使用工廠類即可，而呼叫例項工廠方法則需要工廠例項。使用例項工廠方法時，配置Bean例項的<bean.../>元素無須class屬性，配置例項工廠方法使用factory-bean指定工廠例項。
採用例項工廠方法建立Bean的<bean.../>元素時需要指定如下兩個屬性

• factory-bean: 該屬性的值為工廠Bean的id
• factory-method: 該屬性指定例項工廠的工廠方法

若呼叫例項工廠方法時需要傳入引數，則使用<constructor-arg.../>元素確定引數值。

協調作用域不同步的Bean

當singleton作用域的Bean依賴於prototype作用域的Bean時，會產生不同步的現象，原因是因為當Spring容器初始化時，容器會預初始化容器中所有的singleton Bean，由於singleton Bean依賴於prototype Bean，因此Spring在初始化singleton Bean之前，會先建立prototypeBean——然後才建立singleton Bean，接下里將prototype Bean注入singleton Bean。
解決不同步的方法有兩種

• 放棄依賴注入: singleton作用域的Bean每次需要prototype作用域的Bean時，主動向容器請求新的Bean例項，即可保證每次注入的prototype Bean例項都是最新的例項
• 利用方法注入: 方法注入通常使用lookup方法注入，使用lookup方法注入可以讓Spring容器重寫容器中Bean的抽象或具體方法，返回查詢容器中其他Bean的結果，被查詢的Bean通常是一個non-singleton Bean。Spring通過使用JDK動態代理或cglib庫修改客戶端的二進位制碼，從而實現上述要求

建議採用第二種方法，使用方法注入。為了使用lookup方法注入，大致需要如下兩步

1. 將呼叫者Bean的實現類定義為抽象類，並定義一個抽象方法來獲取被依賴的Bean
2. 在<bean.../>元素中新增<lookup-method.../>子元素讓Spring為呼叫者Bean的實現類實現指定的抽象方法

Notes

Spring會採用執行時動態增強的方式來實現<lookup-method.../>元素所指定的抽象方法，如果目標抽象類實現過介面，Spring會採用JDK動態代理來實現該抽象類，併為之實現抽象方法；如果目標抽象類沒有實現過介面，Spring會採用cglib實現該抽象類，併為之實現抽象方法。Spring4.0的spring-core-xxx.jar包中已經整合了cglib類庫。

兩種後處理器

Spring提供了兩種常用的後處理器

• Bean後處理器: 這種後處理器會對容器中Bean進行後處理，對Bean進行額外加強
• 容器後處理器: 這種後處理器會對IoC容器進行後處理，用於增強容器功能

Bean後處理器

Bean後處理器是一種特殊的Bean，這種特殊的Bean並不對外提供服務，它甚至可以無須id屬性，它主要負責對容器中的其他Bean執行後處理，例如為容器中的目標Bean生成代理等，這種Bean稱為Bean後處理器。Bean後處理器會在Bean例項建立成功之後，對Bean例項進行進一步的增強處理。Bean後處理器必須實現BeanPostProcessor介面，同時必須實現該介面的兩個方法。

1. Object postProcessBeforeInitialization(Object bean, String name) throws BeansException: 該方法的第一個引數是系統即將進行後處理的Bean例項，第二個引數是該Bean的配置id
2. Object postProcessAfterinitialization(Object bean, String name) throws BeansException: 該方法的第一個引數是系統即將進行後處理的Bean例項，第二個引數是該Bean的配置id

容器中一旦註冊了Bean後處理器，Bean後處理器就會自動啟動，在容器中每個Bean建立時自動工作，Bean後處理器兩個方法的回撥時機如下圖

bean-post-process

注意一點，如果使用BeanFactory作為Spring容器，則必須手動註冊Bean後處理器，程式必須獲取Bean後處理器例項，然後手動註冊。

BeanPostProcessor bp = (BeanPostProcessor)beanFactory.getBean("bp");
beanFactory.addBeanPostProcessor(bp);
Person p = (Person)beanFactory.getBean("person");

容器後處理器

Bean後處理器負責處理容器中的所有Bean例項，而容器後處理器則負責處理容器本身。容器後處理器必須實現BeanFactoryPostProcessor介面，並實現該介面的一個方法postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory)實現該方法的方法體就是對Spring容器進行的處理，這種處理可以對Spring容器進行自定義擴充套件，當然也可以對Spring容器不進行任何處理。

類似於BeanPostProcessor，ApplicationContext可自動檢測到容器中的容器後處理器，並且自動註冊容器後處理器。但若使用BeanFactory作為Spring容器，則必須手動呼叫該容器後處理器來處理BeanFactory容器。

Spring的“零配置”支援

搜尋Bean類

Spring提供如下幾個Annotation來標註Spring Bean

• @Component: 標註一個普通的Spring Bean類
• @Controller: 標註一個控制器元件類
• @Service: 標註一個業務邏輯元件類
• @Repository: 標註一個DAO元件類

在Spring配置檔案中做如下配置，指定自動掃描的包

<context:component-scan base-package="edu.shu.spring.domain"/>

使用@Resource配置依賴

@Resource位於javax.annotation包下，是來自JavaEE規範的一個Annotation，Spring直接借鑑了該Annotation，通過使用該Annotation為目標Bean指定協作者Bean。使用@Resource與<property.../>元素的ref屬性有相同的效果。
@Resource不僅可以修飾setter方法，也可以直接修飾例項變數，如果使用@Resource修飾例項變數將會更加簡單，此時Spring將會直接使用JavaEE規範的Field注入，此時連setter方法都可以不要。

使用@PostConstruct和@PreDestroy定製生命週期行為

@PostConstruct和@PreDestroy同樣位於javax.annotation包下，也是來自JavaEE規範的兩個Annotation，Spring直接借鑑了它們，用於定製Spring容器中Bean的生命週期行為。它們都用於修飾方法，無須任何屬性。其中前者修飾的方法時Bean的初始化方法；而後者修飾的方法時Bean銷燬之前的方法。

Spring4.0增強的自動裝配和精確裝配

Spring提供了@Autowired註解來指定自動裝配，@Autowired可以修飾setter方法、普通方法、例項變數和構造器等。當使用@Autowired標註setter方法時，預設採用byType自動裝配策略。在這種策略下，符合自動裝配型別的候選Bean例項常常有多個，這個時候就可能引起異常，為了實現精確的自動裝配，Spring提供了@Qualifier註解，通過使用@Qualifier，允許根據Bean的id來執行自動裝配。

Spring的AOP

為什麼需要AOP

AOP（Aspect Orient Programming）也就是面向切面程式設計，作為物件導向程式設計的一種補充，已經成為一種比較成熟的程式設計方式。其實AOP問世的時間並不太長，AOP和OOP互為補充，面向切面程式設計將程式執行過程分解成各個切面。

AOP專門用於處理系統中分佈於各個模組（不同方法）中的交叉關注點的問題，在JavaEE應用中，常常通過AOP來處理一些具有橫切性質的系統級服務，如事務管理、安全檢查、快取、物件池管理等，AOP已經成為一種非常常用的解決方案。

使用AspectJ實現AOP

AspectJ是一個基於Java語言的AOP框架，提供了強大的AOP功能，其他很多AOP框架都借鑑或採納其中的一些思想。其主要包括兩個部分：一個部分定義瞭如何表達、定義AOP程式設計中的語法規範，通過這套語法規範，可以方便地用AOP來解決Java語言中存在的交叉關注點的問題；另一個部分是工具部分，包括編譯、除錯工具等。

AOP實現可分為兩類

1. 靜態AOP實現: AOP框架在編譯階段對程式進行修改，即實現對目標類的增強，生成靜態的AOP代理類，以AspectJ為代表
2. 動態AOP實現: AOP框架在執行階段動態生成AOP代理，以實現對目標物件的增強，以Spring AOP為代表

一般來說，靜態AOP實現具有較好的效能，但需要使用特殊的編譯器。動態AOP實現是純Java實現，因此無須特殊的編譯器，但是通常效能略差。

AOP的基本概念

關於面向切面程式設計的一些術語

• 切面（Aspect）: 切面用於組織多個Advice，Advice放在切面中定義
• 連線點（Joinpoint）: 程式執行過程中明確的點，如方法的呼叫，或者異常的丟擲。在Spring AOP中，連線點總是方法的呼叫
• 增強處理（Advice）: AOP框架在特定的切入點執行的增強處理。處理有“around”、“before”和“after”等型別
• 切入點（Pointcut）: 可以插入增強處理的連線點。簡而言之，當某個連線點滿足指定要求時，該連線點將被新增增強處理，該連線點也就變成了切入點

Spring的AOP支援

Spring中的AOP代理由Spring的IoC容器負責生成、管理，其依賴關係也由IoC容器負責管理。
為了在應用中使用@AspectJ支援，Spring需要新增三個庫

• aspectjweaver.jar
• aspectjrt.jar
• aopalliance.jar

並在Spring配置檔案中做如下配置

<!--啟動@AspectJ支援-->
<aop:aspectj-autoproxy/>

<!--指定自動搜尋Bean元件、自動搜尋切面類-->
<context:component-scan base-package="edu.shu.sprint.service">
    <context:include-filter type="annotation" expression="org.aspectj.lang.annotation.Aspect"/>
</context:component-scan>