圖解Spring框架的設(shè)計理念與設(shè)計模式

更新時間：2015年08月06日 15:17:36 投稿：lijiao

這篇文章主要通過多圖詳細解釋Spring框架的設(shè)計理念與設(shè)計模式,需要的朋友可以參考下

本文主要剖析Spring框架的作者設(shè)計Spring框架的骨骼架構(gòu)的設(shè)計理念，有那幾個核心組件？為什么需要這些組件？它們又是如何結(jié)合在一起構(gòu)成Spring的骨骼架構(gòu)？Spring的AOP特性又是如何利用這些基礎(chǔ)的骨骼架構(gòu)來工作的？Spring中又使用了那些設(shè)計模式來完成它的這種設(shè)計的？它的這種設(shè)計理念對我們以后的軟件設(shè)計有何啟示？本文將詳細解答這些問題。

Spring的骨骼架構(gòu)

Spring總共有十幾個組件，但是真正核心的組件只有幾個，下面是Spring框架的總體架構(gòu)圖：

圖1.Spring框架的總體架構(gòu)圖

從上圖中可以看出Spring框架中的核心組件只有三個：Core、Context和Beans。它們構(gòu)建起了整個Spring的骨骼架構(gòu)。沒有它們就不可能有AOP、Web等上層的特性功能。下面也將主要從這三個組件入手分析Spring。

Spring的設(shè)計理念

前面介紹了Spring的三個核心組件，如果再在它們?nèi)齻€中選出核心的話，那就非Beans組件莫屬了，為何這樣說，其實Spring就是面向Bean的編程（BOP,Bean Oriented Programming），Bean在Spring 中才是真正的主角。

Bean在Spring中作用就像Object對OOP的意義一樣，沒有對象的概念就像沒有面向?qū)ο缶幊?，Spring中沒有Bean也就沒有Spring存在的意義。就像一次演出舞臺都準備好了但是卻沒有演員一樣。為什么要Bean這種角色Bean或者為何在Spring如此重要，這由Spring框架的設(shè)計目標決定，Spring為何如此流行，我們用Spring的原因是什么，想想你會發(fā)現(xiàn)原來Spring解決了一個非常關(guān)鍵的問題他可以讓你把對象之間的依賴關(guān)系轉(zhuǎn)而用配置文件來管理，也就是他的依賴注入機制。而這個注入關(guān)系在一個叫Ioc容器中管理，那Ioc容器中有又是什么就是被Bean包裹的對象。Spring正是通過把對象包裝在 Bean中而達到對這些對象管理以及一些列額外操作的目的。

它這種設(shè)計策略完全類似于Java實現(xiàn)OOP的設(shè)計理念，當然了Java本身的設(shè)計要比Spring復(fù)雜太多太多，但是都是構(gòu)建一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計他的生存環(huán)境，并讓它在這個環(huán)境中按照一定的規(guī)律在不停的運動，在它們的不停運動中設(shè)計一系列與環(huán)境或者與其他個體完成信息交換。這樣想來回過頭想想我們用到的其他框架都是大慨類似的設(shè)計理念。

核心組件如何協(xié)同工作

前面說Bean是Spring中關(guān)鍵因素，那Context和Core又有何作用呢？前面吧Bean比作一場演出中的演員的話，那Context就是這場演出的舞臺背景，而Core應(yīng)該就是演出的道具了。只有他們在一起才能具備能演出一場好戲的最基本的條件。當然有最基本的條件還不能使這場演出脫穎而出，還要他表演的節(jié)目足夠的精彩，這些節(jié)目就是Spring能提供的特色功能了。

我們知道Bean包裝的是Object，而Object必然有數(shù)據(jù)，如何給這些數(shù)據(jù)提供生存環(huán)境就是Context要解決的問題，對Context來說他就是要發(fā)現(xiàn)每個Bean之間的關(guān)系，為它們建立這種關(guān)系并且要維護好這種關(guān)系。所以Context就是一個Bean關(guān)系的集合，這個關(guān)系集合又叫Ioc容器，一旦建立起這個Ioc容器后Spring就可以為你工作了。那Core組件又有什么用武之地呢？其實Core就是發(fā)現(xiàn)、建立和維護每個Bean之間的關(guān)系所需要的一些列的工具，從這個角度看來，Core這個組件叫Util更能讓你理解。

它們之間可以用下圖來表示：

圖2.三個組件關(guān)系

核心組件詳解

這里將詳細介紹每個組件內(nèi)部類的層次關(guān)系，以及它們在運行時的時序順序。我們在使用Spring是應(yīng)該注意的地方。

Bean組件

前面已經(jīng)說明了Bean組件對Spring的重要性，下面看看Bean這個組件式怎么設(shè)計的。Bean組件在Spring的org.springframework.beans包下。這個包下的所有類主要解決了三件事：Bean的定義、Bean 的創(chuàng)建以及對Bean的解析。對Spring的使用者來說唯一需要關(guān)心的就是Bean的創(chuàng)建，其他兩個由Spring在內(nèi)部幫你完成了，對你來說是透明的。

SpringBean的創(chuàng)建時典型的工廠模式，他的頂級接口是BeanFactory，下圖是這個工廠的繼承層次關(guān)系：

圖4.Bean工廠的繼承關(guān)系

BeanFactory有三個子類：ListableBeanFactory、HierarchicalBeanFactory和Autowire Capable Bean Factory。但是從上圖中我們可以發(fā)現(xiàn)最終的默認實現(xiàn)類是DefaultListableBeanFactory，他實現(xiàn)了所有的接口。那為何要定義這么多層次的接口呢？查閱這些接口的源碼和說明發(fā)現(xiàn)，每個接口都有他使用的場合，它主要是為了區(qū)分在Spring內(nèi)部在操作過程中對象的傳遞和轉(zhuǎn)化過程中，對對象的數(shù)據(jù)訪問所做的限制。例如ListableBeanFactory接口表示這些Bean是可列表的，而HierarchicalBeanFactory表示的是這些Bean是有繼承關(guān)系的，也就是每個Bean有可能有父Bean。 AutowireCapableBeanFactory接口定義Bean的自動裝配規(guī)則。這四個接口共同定義了Bean的集合、Bean之間的關(guān)系、以及Bean行為。

Bean的定義主要有BeanDefinition描述，如下圖說明了這些類的層次關(guān)系：

圖5.Bean定義的類層次關(guān)系圖

Bean的定義就是完整的描述了在Spring的配置文件中你定義的節(jié)點中所有的信息，包括各種子節(jié)點。當Spring成功解析你定義的一個節(jié)點后，在Spring的內(nèi)部他就被轉(zhuǎn)化成BeanDefinition對象。以后所有的操作都是對這個對象完成的。

Bean的解析過程非常復(fù)雜，功能被分的很細，因為這里需要被擴展的地方很多，必須保證有足夠的靈活性，以應(yīng)對可能的變化。Bean的解析主要就是對Spring配置文件的解析。這個解析過程主要通過下圖中的類完成：

圖6.Bean的解析類

當然還有具體對tag的解析這里并沒有列出。

Context組件

Context在Spring的org.springframework.context包下，前面已經(jīng)講解了Context組件在Spring中的作用，他實際上就是給Spring提供一個運行時的環(huán)境，用以保存各個對象的狀態(tài)。下面看一下這個環(huán)境是如何構(gòu)建的。

ApplicationContext是Context的頂級父類，他除了能標識一個應(yīng)用環(huán)境的基本信息外，他還繼承了五個接口，這五個接口主要是擴展了Context的功能。下面是Context的類結(jié)構(gòu)圖：

圖7.Context相關(guān)的類結(jié)構(gòu)圖

從上圖中可以看出ApplicationContext繼承了BeanFactory，這也說明了Spring容器中運行的主體對象是Bean，另外ApplicationContext繼承了ResourceLoader接口，使得ApplicationContext可以訪問到任何外部資源，這將在Core中詳細說明。

ApplicationContext的子類主要包含兩個方面：

ConfigurableApplicationContext表示該Context是可修改的，也就是在構(gòu)建Context中用戶可以動態(tài)添加或修改已有的配置信息，它下面又有多個子類，其中最經(jīng)常使用的是可更新的Context，即 AbstractRefreshableApplicationContext類。

WebApplicationContext顧名思義，就是為web準備的Context他可以直接訪問到ServletContext，通常情況下，這個接口使用的少。

再往下分就是按照構(gòu)建Context的文件類型，接著就是訪問Context的方式。這樣一級一級構(gòu)成了完整的Context等級層次。

總體來說ApplicationContext必須要完成以下幾件事：

◆標識一個應(yīng)用環(huán)境

◆利用BeanFactory創(chuàng)建Bean對象

◆保存對象關(guān)系表

◆能夠捕獲各種事件

Context作為Spring的Ioc容器，基本上整合了Spring的大部分功能，或者說是大部分功能的基礎(chǔ)。

Core組件

Core組件作為Spring的核心組件，他其中包含了很多的關(guān)鍵類，其中一個重要組成部分就是定義了資源的訪問方式。這種把所有資源都抽象成一個接口的方式很值得在以后的設(shè)計中拿來學(xué)習(xí)。下面就重要看一下這個部分在Spring的作用。

下圖是Resource相關(guān)的類結(jié)構(gòu)圖：

圖8.Resource相關(guān)的類結(jié)構(gòu)圖

從上圖可以看出Resource接口封裝了各種可能的資源類型，也就是對使用者來說屏蔽了文件類型的不同。對資源的提供者來說，如何把資源包裝起來交給其他人用這也是一個問題，我們看到Resource 接口繼承了InputStreamSource接口，這個接口中有個getInputStream方法，返回的是InputStream類。這樣所有的資源都被可以通過InputStream這個類來獲取，所以也屏蔽了資源的提供者。另外還有一個問題就是加載資源的問題，也就是資源的加載者要統(tǒng)一，從上圖中可以看出這個任務(wù)是由ResourceLoader接口完成，他屏蔽了所有的資源加載者的差異，只需要實現(xiàn)這個接口就可以加載所有的資源，他的默認實現(xiàn)是DefaultResourceLoader。

下面看一下Context和Resource是如何建立關(guān)系的？首先看一下他們的類關(guān)系圖：

圖9.Context和Resource的類關(guān)系圖

從上圖可以看出，Context是把資源的加載、解析和描述工作委托給了ResourcePatternResolver類來完成，他相當于一個接頭人，他把資源的加載、解析和資源的定義整合在一起便于其他組件使用。 Core組件中還有很多類似的方式。

Ioc容器如何工作

前面介紹了Core組件、Bean組件和Context組件的結(jié)構(gòu)與相互關(guān)系，下面這里從使用者角度看一下他們是如何運行的，以及我們?nèi)绾巫孲pring完成各種功能，Spring到底能有那些功能，這些功能是如何得來的，下面介紹。

如何創(chuàng)建BeanFactory工廠

正如圖2描述的那樣，Ioc容器實際上就是Context組件結(jié)合其他兩個組件共同構(gòu)建了一個Bean關(guān)系網(wǎng)，如何構(gòu)建這個關(guān)系網(wǎng)？構(gòu)建的入口就在AbstractApplicationContext類的refresh方法中。這個方法的代碼如下：

清單1.AbstractApplicationContext.refresh

public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {  
 
  synchronized (this.startupShutdownMonitor) {  
 
    // Prepare this context for refreshing.  
 
    prepareRefresh();  
 
    // Tell the subclass to refresh the internal bean factory.  
 
    ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();  
 
    // Prepare the bean factory for use in this context.  
 
    prepareBeanFactory(beanFactory);  
 
    try { 
 
      // Allows post- processing of the bean factory in context subclasses. 
 
      postProcessBeanFactory(beanFactory); 
 
      // Invoke factory processors registered as beans in& nbsp;the context. 
 
      invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);  
 
      // Register bean processors that intercept bean crea tion. 
 
      registerBeanPostProcessors (beanFactory); 
 
      // Initialize message source for this context.  
 
      initMessageSource();  
 
      // Initialize event multicaster for this context.  
 
      initApplicationEventMulticaster();  
 
      // Initialize other special beans in specific contex t subclasses. 
 
      onRefresh();  
 
      // Check for listener beans and register them.  
 
      registerListeners();  
 
      // Instantiate all remaining (non-lazy-init) singletons.  
 
      finishBeanFactoryInitialization (beanFactory); 
 
      // Last step: publish corresponding event.  
 
      finishRefresh();  
 
    } 
 
    catch (BeansException ex) { 
 
      // Destroy already created singletons to avoid dangl ing resources. 
 
      destroyBeans();  
 
      // Reset 'active' flag.  
 
      cancelRefresh(ex);  
 
      // Propagate exception to caller.  
 
      throw ex;  
 
    } 
 
  } 
 
}

這個方法就是構(gòu)建整個Ioc容器過程的完整的代碼，了解了里面的每一行代碼基本上就了解大部分Spring的原理和功能了。

這段代碼主要包含這樣幾個步驟：

◆構(gòu)建BeanFactory，以便于產(chǎn)生所需的“演員”

◆注冊可能感興趣的事件

◆創(chuàng)建Bean實例對象

◆觸發(fā)被監(jiān)聽的事件

下面就結(jié)合代碼分析這幾個過程。

第二三句就是在創(chuàng)建和配置BeanFactory。這里是refresh也就是刷新配置，前面介紹了Context有可更新的子類，這里正是實現(xiàn)這個功能，當BeanFactory已存在是就更新，如果沒有就新創(chuàng)建。下面是更新BeanFactory的方法代碼：

清單2. AbstractRefreshableApplicationContext. refreshBeanFactory

protected final void refreshBeanFactory() throws BeansException {  
 
  if (hasBeanFactory()) {  
 
    destroyBeans();  
 
    closeBeanFactory();  
 
  } 
 
  try { 
 
    DefaultListableBeanFactory beanFactory = createBeanFactory(); 
 
    beanFactory.setSerializationId(getId()); 
 
    customizeBeanFactory(beanFactory); 
 
    loadBeanDefinitions(beanFactory); 
 
    synchronized (this.beanFactoryMonitor) { 
 
      this.beanFactory = beanFactory;  
 
    } 
 
  } 
 
  catch (IOException ex) {  
 
    throw new ApplicationContextException(  
 
            "I/O error& nbsp;parsing bean definition source for " 
 
            + getDisplayName (), ex); 
 
  } 
 
}

這個方法實現(xiàn)了AbstractApplicationContext的抽象方法refreshBeanFactory，這段代碼清楚的說明了BeanFactory的創(chuàng)建過程。注意BeanFactory對象的類型的變化，前面介紹了他有很多子類，在什么情況下使用不同的子類這非常關(guān)鍵。BeanFactory的原始對象是DefaultListableBeanFactory，這個非常關(guān)鍵，因為他設(shè)計到后面對這個對象的多種操作，下面看一下這個類的繼承層次類圖：

圖10.DefaultListableBeanFactory類繼承關(guān)系圖

從這個圖中發(fā)現(xiàn)除了BeanFactory相關(guān)的類外，還發(fā)現(xiàn)了與Bean的register相關(guān)。這在refreshBeanFactory方法中有一行l(wèi)oadBeanDefinitions(beanFactory)將找到答案，這個方法將開始加載、解析 Bean的定義，也就是把用戶定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為Ioc容器中的特定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

這個過程可以用下面時序圖解釋：

圖11.創(chuàng)建BeanFactory時序圖

Bean的解析和登記流程時序圖如下：

圖12.解析和登記Bean對象時序圖

創(chuàng)建好BeanFactory后，接下去添加一些Spring本身需要的一些工具類，這個操作在AbstractApplicationContext的prepareBeanFactory方法完成。

AbstractApplicationContext中接下來的三行代碼對Spring的功能擴展性起了至關(guān)重要的作用。前兩行主要是讓你現(xiàn)在可以對已經(jīng)構(gòu)建的BeanFactory的配置做修改，后面一行就是讓你可以對以后再創(chuàng)建Bean的實例對象時添加一些自定義的操作。所以他們都是擴展了Spring的功能，所以我們要學(xué)習(xí)使用Spring必須對這一部分搞清楚。

其中在invokeBeanFactoryPostProcessors方法中主要是獲取實現(xiàn)BeanFactoryPostProcessor接口的子類。并執(zhí)行它的postProcessBeanFactory方法，這個方法的聲明如下：

清單3.BeanFactoryPostProcessor.postProcessBeanFactory

void postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory)  
 
  throws BeansException;

它的參數(shù)是beanFactory，說明可以對beanFactory做修改，這里注意這個beanFactory是ConfigurableListableBeanFactory類型的，這也印證了前面介紹的不同BeanFactory所使用的場合不同，這里只能是可配置的BeanFactory，防止一些數(shù)據(jù)被用戶隨意修改。

registerBeanPostProcessors方法也是可以獲取用戶定義的實現(xiàn)了BeanPostProcessor接口的子類，并執(zhí)行把它們注冊到BeanFactory對象中的beanPostProcessors變量中。BeanPostProcessor中聲明了兩個方法：postProcessBeforeInitialization、postProcessAfterInitialization分別用于在Bean對象初始化時執(zhí)行?？梢詧?zhí)行用戶自定義的操作。

后面的幾行代碼是初始化監(jiān)聽事件和對系統(tǒng)的其他監(jiān)聽者的注冊，監(jiān)聽者必須是ApplicationListener的子類。

如何創(chuàng)建Bean實例并構(gòu)建Bean的關(guān)系網(wǎng)

下面就是Bean的實例化代碼，是從finishBeanFactoryInitialization方法開始的。

清單4.AbstractApplicationContext.finishBeanFactoryInitialization

protected void finishBeanFactoryInitialization( 
 
    ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) { 
 
  
 
  // Stop using the temporary ClassLoader for type matching.  
 
  beanFactory.setTempClassLoader(null);  
 
  
 
  // Allow for caching all bean definition metadata, not expecting further changes . 
 
  beanFactory.freezeConfiguration();  
 
  
 
  // Instantiate all remaining (non-lazy-init) singletons. 
 
  beanFactory.preInstantiateSingletons(); 
 
}

從上面代碼中可以發(fā)現(xiàn)Bean的實例化是在BeanFactory中發(fā)生的。preInstantiateSingletons方法的代碼如下：

清單5.DefaultListableBeanFactory.preInstantiateSingletons

public void preInstantiateSingletons() throws BeansException {  
 
  if (this.logger.isInfoEnabled()) {  
 
    this.logger.info("Pre- instantiating singletons in " + this); 
 
  }  
 
  synchronized (this.beanDefinitionMap) {  
 
    for  (String beanName : this.beanDefinitionNames) { 
 
      RootBeanDefinition bd = getMergedLocalBeanDefinition(beanName);  
 
      if (!bd.isAbstract()  && bd.isSingleton() 
 
        && !bd.isLazyInit()) {  
 
        if  (isFactoryBean(beanName)) { 
 
          final FactoryBean factory = 
 
            (FactoryBean)  getBean(FACTORY_BEAN_PREFIX+ beanName); 
 
          boolean isEagerInit;  
 
          if (System.getSecurityManager()  != null 
 
            &&  ;factory instanceof SmartFactoryBean) { 
 
            isEagerInit = AccessController.doPrivileged(  
 
             &nb sp; new PrivilegedAction<Boolean>() {  
 
             &nb sp; public Boolean run() { 
 
 return ((SmartFactoryBean)  factory).isEagerInit(); 
 
             &nb sp; } 
 
            }, getAcce ssControlContext()); 
 
          }  
 
          else {  
 
            isEagerInit = factory instanceof SmartFactoryBean  
 
             &nb sp; && ((SmartFactoryBean) factory).isEagerInit(); 
 
          }  
 
          if (isEagerInit) {  
 
            getBean (beanName); 
 
          }  
 
        }  
 
        else {  
 
          getBean(beanName);  
 
        }  
 
      }  
 
    } 
 
  } 
 
}

這里出現(xiàn)了一個非常重要的Bean——FactoryBean，可以說Spring一大半的擴展的功能都與這個Bean有關(guān)，這是個特殊的Bean他是個工廠Bean，可以產(chǎn)生Bean的Bean，這里的產(chǎn)生Bean是指 Bean的實例，如果一個類繼承FactoryBean用戶可以自己定義產(chǎn)生實例對象的方法只要實現(xiàn)他的getObject方法。然而在Spring內(nèi)部這個Bean的實例對象是FactoryBean，通過調(diào)用這個對象的getObject方法就能獲取用戶自定義產(chǎn)生的對象，從而為Spring提供了很好的擴展性。Spring獲取FactoryBean本身的對象是在前面加上&來完成的。

如何創(chuàng)建Bean的實例對象以及如何構(gòu)建Bean實例對象之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系式Spring中的一個核心關(guān)鍵，下面是這個過程的流程圖。

圖13.Bean實例創(chuàng)建流程圖

如果是普通的Bean就直接創(chuàng)建他的實例，是通過調(diào)用getBean方法。下面是創(chuàng)建Bean實例的時序圖：

圖14.Bean實例創(chuàng)建時序圖

還有一個非常重要的部分就是建立Bean對象實例之間的關(guān)系，這也是Spring框架的核心競爭力，何時、如何建立他們之間的關(guān)系請看下面的時序圖：

圖15.Bean對象關(guān)系建立

Ioc容器的擴展點

現(xiàn)在還有一個問題就是如何讓這些Bean對象有一定的擴展性，就是可以加入用戶的一些操作。那么有哪些擴展點呢？Spring又是如何調(diào)用到這些擴展點的？

對Spring的Ioc容器來說，主要有這么幾個。BeanFactoryPostProcessor，BeanPostProcessor。他們分別是在構(gòu)建BeanFactory和構(gòu)建Bean對象時調(diào)用。還有就是InitializingBean和DisposableBean 他們分別是在Bean實例創(chuàng)建和銷毀時被調(diào)用。用戶可以實現(xiàn)這些接口中定義的方法，Spring就會在適當?shù)臅r候調(diào)用他們。還有一個是FactoryBean他是個特殊的Bean，這個Bean可以被用戶更多的控制。

這些擴展點通常也是我們使用Spring來完成我們特定任務(wù)的地方，如何精通Spring就看你有沒有掌握好Spring有哪些擴展點，并且如何使用他們，要知道如何使用他們就必須了解他們內(nèi)在的機理?？?以用下面一個比喻來解釋。

我們把Ioc容器比作一個箱子，這個箱子里有若干個球的模子，可以用這些模子來造很多種不同的球，還有一個造這些球模的機器，這個機器可以產(chǎn)生球模。那么他們的對應(yīng)關(guān)系就是BeanFactory就是那個造球模的機器，球模就是Bean，而球模造出來的球就是Bean的實例。那前面所說的幾個擴展點又在什么地方呢？BeanFactoryPostProcessor對應(yīng)到當造球模被造出來時，你將有機會可以對其做出設(shè) 當?shù)男拚?，也就是他可以幫你修改球模。而InitializingBean和DisposableBean是在球模造球的開始和結(jié)束階段，你可以完成一些預(yù)備和掃尾工作。BeanPostProcessor就可以讓你對球模造出來的球做出適當?shù)男拚?。最后還有一個FactoryBean，它可是一個神奇的球模。這個球模不是預(yù)先就定型了，而是由你來給他確定它的形狀，既然你可以確定這個球模型的形狀，當然他造出來的球肯定就是你想要的球了，這樣在這個箱子里尼可以發(fā)現(xiàn)所有你想要的球

Ioc容器如何為我所用

前面的介紹了Spring容器的構(gòu)建過程，那Spring能為我們做什么，Spring的Ioc容器又能做什么呢？我們使用Spring必須要首先構(gòu)建Ioc容器，沒有它Spring無法工作，ApplicatonContext.xml就是Ioc 容器的默認配置文件，Spring的所有特性功能都是基于這個Ioc容器工作的，比如后面要介紹的AOP。

Ioc它實際上就是為你構(gòu)建了一個魔方，Spring為你搭好了骨骼架構(gòu)，這個魔方到底能變出什么好的東西出來，這必須要有你的參與。那我們怎么參與？這就是前面說的要了解Spring中那有些擴展點，我們通過實現(xiàn)那些擴展點來改變Spring的通用行為。至于如何實現(xiàn)擴展點來得到我們想要的個性結(jié)果，Spring中有很多例子，其中AOP的實現(xiàn)就是Spring本身實現(xiàn)了其擴展點來達到了它想要的特性功能，可以拿來參考。

Spring中AOP特性詳解

動態(tài)代理的實現(xiàn)原理

要了解Spring的AOP就必須先了解的動態(tài)代理的原理，因為AOP就是基于動態(tài)代理實現(xiàn)的。動態(tài)代理還要從JDK本身說起。

在Jdk的java.lang.reflect包下有個Proxy類，它正是構(gòu)造代理類的入口。這個類的結(jié)構(gòu)入下：

圖16.Proxy類結(jié)構(gòu)

從上圖發(fā)現(xiàn)最后面四個是公有方法。而最后一個方法newProxyInstance就是創(chuàng)建代理對象的方法。這個方法的源碼如下：

清單6.Proxy.newProxyInstance

public static Object newProxyInstance(ClassLoader loader,  
 
  Class> [] interfaces, 
 
  InvocationHandler h)  
 
  throws IllegalArgumentException {  
 
   
 
    if (h == null) {  
 
    throw new NullPointerException();  
 
  } 
 
  Class cl = getProxyClass (loader, interfaces); 
 
  try {  
 
    Constructor cons = cl.getConstructor(constructorParams);  
 
    return (Object) cons.newInstance(new Object[]  { h }); 
 
  } catch (NoSuchMethodException e) {  
 
    throw new InternalError(e.toString());  
 
  } catch (IllegalAccessException e) {  
 
    throw new InternalError(e.toString());  
 
  } catch (InstantiationException e) {  
 
    throw new InternalError(e.toString());  
 
  } catch (InvocationTargetException e) {  
 
    throw new InternalError(e.toString());  
 
  } 
 
}

這個方法需要三個參數(shù)：ClassLoader，用于加載代理類的Loader類，通常這個Loader和被代理的類是同一個Loader類。Interfaces，是要被代理的那些那些接口。InvocationHandler，就是用于執(zhí)行除了被代理接口中方法之外的用戶自定義的操作，他也是用戶需要代理的最終目的。用戶調(diào)用目標方法都被代理到InvocationHandler類中定義的唯一方法invoke中。這在后面再詳解。

下面還是看看Proxy如何產(chǎn)生代理類的過程，他構(gòu)造出來的代理類到底是什么樣子？下面揭曉啦。

圖17.創(chuàng)建代理對象時序圖

其實從上圖中可以發(fā)現(xiàn)正在構(gòu)造代理類的是在ProxyGenerator的generateProxyClass的方法中。ProxyGenerator類在sun.misc包下，感興趣的話可以看看他的源碼。

假如有這樣一個接口，如下：

清單7.SimpleProxy類

public interface SimpleProxy { 
 
  
 
  public void simpleMethod1();  
 
     
 
  public void simpleMethod2(); 
 
   
 
}

代理來生成的類結(jié)構(gòu)如下：

清單 8.$Proxy2類

public class $Proxy2 extends java.lang.reflect.Proxy implements SimpleProxy{  
 
  java.lang.reflect.Method m0;  
 
  java.lang.reflect.Method m1; 
 
  java.lang.reflect.Method m2; 
 
  java.lang.reflect.Method m3; 
 
  java.lang.reflect.Method m4; 
 
   
 
  int hashCode(); 
 
  boolean equals(java.lang.Object); 
 
  java.lang.String toString(); 
 
  void simpleMethod1(); 
 
  void simpleMethod2(); 
 
}

這個類中的方法里面將會是調(diào)用InvocationHandler的invoke方法，而每個方法也將對應(yīng)一個屬性變量，這個屬性變量m也將傳給invoke方法中的Method參數(shù)。整個代理就是這樣實現(xiàn)的。

SpringAOP如何實現(xiàn)

從前面代理的原理我們知道，代理的目的是調(diào)用目標方法時我們可以轉(zhuǎn)而執(zhí)行InvocationHandler類的invoke方法，所以如何在InvocationHandler上做文章就是Spring實現(xiàn)Aop的關(guān)鍵所在。

Spring的Aop實現(xiàn)是遵守Aop聯(lián)盟的約定。同時Spring又擴展了它，增加了如Pointcut、Advisor等一些接口使得更加靈活。

下面是Jdk動態(tài)代理的類圖：

圖18.Jdk動態(tài)代理的類圖

上圖清楚的顯示了Spring引用了Aop Alliance定義的接口。姑且不討論Spring如何擴展Aop Alliance，先看看Spring如何實現(xiàn)代理類的，要實現(xiàn)代理類在Spring的配置文件中通常是這樣定一個Bean的，如下：

清單9.配置代理類Bean

<bean id="testBeanSingleton" 
 
  class="org.springframework.aop.framework.ProxyFactoryBean"> 
 
  <property name="proxyInterfaces"> 
 
    <value> 
 
      org.springframework.aop.framework.PrototypeTargetTests$TestBean  
 
    value> 
 
  property> 
 
  <property name="target"><ref local="testBeanTarget">ref> property> 
 
  <property name="singleton"><value>truevalue>property> 
 
  <property name="interceptorNames"> 
 
    <list> 
 
      <value>testInterceptorvalue> 
 
      <value>testInterceptor2value> 
 
    list> 
 
  property> 
 
bean>

配置上看到要設(shè)置被代理的接口，和接口的實現(xiàn)類也就是目標類，以及攔截器也就在執(zhí)行目標方法之前被調(diào)用，這里Spring中定義的各種各樣的攔截器，可以選擇使用。

下面看看Spring如何完成了代理以及是如何調(diào)用攔截器的。

前面提到Spring Aop也是實現(xiàn)其自身的擴展點來完成這個特性的，從這個代理類可以看出它正是繼承了Factory Bean的ProxyFactoryBean，F(xiàn)actoryBean之所以特別就在它可以讓你自定義對象的創(chuàng)建方法。當然代理對象要通過Proxy類來動態(tài)生成。

下面是Spring創(chuàng)建的代理對象的時序圖：

圖19.Spring代理對象的產(chǎn)生

Spring創(chuàng)建了代理對象后，當你調(diào)用目標對象上的方法時，將都會被代理到InvocationHandler類的invoke方法中執(zhí)行，這在前面已經(jīng)解釋。在這里JdkDynamicAopProxy類實現(xiàn)了InvocationHandler接口。

下面再看看Spring是如何調(diào)用攔截器的，下面是這個過程的時序圖：

圖20.Spring調(diào)用攔截器

以上所說的都是Jdk動態(tài)代理，Spring還支持一種CGLIB類代理，感興趣自己看吧。

Spring中設(shè)計模式分析

Spring中使用的設(shè)計模式也很多，比如工廠模式、單例模式、模版模式等，在《Webx框架的系統(tǒng)架構(gòu)與設(shè)計模式》、《Tomcat的系統(tǒng)架構(gòu)與模式設(shè)計分析》已經(jīng)有介紹，這里就不贅述了。這里主要介紹代理模式和策略模式。

代理模式

代理模式原理

代理模式就是給某一個對象創(chuàng)建一個代理對象，而由這個代理對象控制對原對象的引用，而創(chuàng)建這個代理對象就是可以在調(diào)用原對象是可以增加一些額外的操作。下面是代理模式的結(jié)構(gòu)：

圖21.代理模式的結(jié)構(gòu)

Subject：抽象主題，它是代理對象的真實對象要實現(xiàn)的接口，當然這可以是多個接口組成。

ProxySubject：代理類除了實現(xiàn)抽象主題定義的接口外，還必須持有所代理對象的引用

RealSubject：被代理的類，是目標對象。

Spring中如何實現(xiàn)代理模式

Spring Aop中Jdk動態(tài)代理就是利用代理模式技術(shù)實現(xiàn)的。在Spring中除了實現(xiàn)被代理對象的接口外，還會有org.springframework.aop.SpringProxy和org.springframework.aop.framework.Advised 兩個接口。Spring中使用代理模式的結(jié)構(gòu)圖如下：

圖22.Spring中使用代理模式的結(jié)構(gòu)圖

$Proxy就是創(chuàng)建的代理對象，而Subject是抽象主題，代理對象是通過InvocationHandler來持有對目標對象的引用的。

Spring中一個真實的代理對象結(jié)構(gòu)如下：

清單10代理對象$Proxy4

public class $Proxy4 extends java.lang.reflect.Proxy implements  
 
  org.springframework.aop.framework.PrototypeTargetTests$TestBean  
 
    org.springframework.aop.SpringProxy  
 
    org.springframework.aop.framework.Advised  
 
{ 
 
  java.lang.reflect.Method m16; 
 
  java.lang.reflect.Method m9; 
 
  java.lang.reflect.Method m25; 
 
  java.lang.reflect.Method m5; 
 
  java.lang.reflect.Method m2; 
 
  java.lang.reflect.Method m23; 
 
  java.lang.reflect.Method m18; 
 
  java.lang.reflect.Method m26; 
 
  java.lang.reflect.Method m6; 
 
  java.lang.reflect.Method m28; 
 
  java.lang.reflect.Method m14; 
 
  java.lang.reflect.Method m12; 
 
  java.lang.reflect.Method m27; 
 
  java.lang.reflect.Method m11; 
 
  java.lang.reflect.Method m22; 
 
  java.lang.reflect.Method m3; 
 
  java.lang.reflect.Method m8; 
 
  java.lang.reflect.Method m4; 
 
  java.lang.reflect.Method m19; 
 
  java.lang.reflect.Method m7; 
 
  java.lang.reflect.Method m15; 
 
  java.lang.reflect.Method m20; 
 
  java.lang.reflect.Method m10; 
 
  java.lang.reflect.Method m1; 
 
  java.lang.reflect.Method m17; 
 
  java.lang.reflect.Method m21; 
 
  java.lang.reflect.Method m0; 
 
  java.lang.reflect.Method m13; 
 
  java.lang.reflect.Method m24; 
 
   
 
  int hashCode(); 
 
  int indexOf(org.springframework.aop.Advisor); 
 
  int indexOf(org.aopalliance.aop.Advice); 
 
  boolean equals(java.lang.Object); 
 
  java.lang.String toString(); 
 
  void sayhello(); 
 
  void doSomething(); 
 
  void doSomething2(); 
 
  java.lang.Class getProxiedInterfaces(); 
 
  java.lang.Class getTargetClass(); 
 
  boolean isProxyTargetClass(); 
 
  org.springframework.aop.Advisor; getAdvisors(); 
 
  void addAdvisor(int, org.springframework.aop.Advisor) 
 
        throws org.springframework.aop.framework.AopConfigException;  
 
  void addAdvisor(org.springframework.aop.Advisor)  
 
        throws org.springframework.aop.framework.AopConfigException;  
 
  void setTargetSource(org.springframework.aop.TargetSource);  
 
  org.springframework.aop.TargetSource getTargetSource();  
 
  void setPreFiltered(boolean); 
 
  boolean isPreFiltered(); 
 
  boolean isInterfaceProxied(java.lang.Class); 
 
  boolean removeAdvisor(org.springframework.aop.Advisor); 
 
  void removeAdvisor(int)throws org.springframework.aop.framework.AopConfigException;  
 
  boolean replaceAdvisor(org.springframework.aop.Advisor,  
 
        org.springframework.aop.Advisor)  
 
        throws org.springframework.aop.framework.AopConfigException;  
 
  void addAdvice(org.aopalliance.aop.Advice)  
 
        throws org.springframework.aop.framework.AopConfigException;  
 
  void addAdvice(int, org.aopalliance.aop.Advice)  
 
        throws org.springframework.aop.framework.AopConfigException;  
 
  boolean removeAdvice(org.aopalliance.aop.Advice);  
 
  java.lang.String toProxyConfigString();  
 
  boolean isFrozen(); 
 
  void setExposeProxy(boolean); 
 
  boolean isExposeProxy(); 
 
}

策略模式

策略模式原理

策略模式顧名思義就是做某事的策略，這在編程上通常是指完成某個操作可能有多種方法，這些方法各有千秋，可能有不同的適應(yīng)的場合，然而這些操作方法都有可能用到。各一個操作方法都當作一個實現(xiàn)策略，使用者可能根據(jù)需要選擇合適的策略。

下面是策略模式的結(jié)構(gòu)：

圖23.策略模式的結(jié)構(gòu)

Context：使用不同策略的環(huán)境，它可以根據(jù)自身的條件選擇不同的策略實現(xiàn)類來完成所要的操作。它持有一個策略實例的引用。創(chuàng)建具體策略對象的方法也可以由他完成。

◆Strategy：抽象策略，定義每個策略都要實現(xiàn)的策略方法

◆ConcreteStrategy：具體策略實現(xiàn)類，實現(xiàn)抽象策略中定義的策略方法

◆Spring中策略模式的實現(xiàn)

◆Spring中策略模式使用有多個地方，如Bean定義對象的創(chuàng)建以及代理對象的創(chuàng)建等。這里主要看一下代理對象創(chuàng)建的策略模式的實現(xiàn)。

前面已經(jīng)了解Spring的代理方式有兩個Jdk動態(tài)代理和CGLIB代理。這兩個代理方式的使用正是使用了策略模式。它的結(jié)構(gòu)圖如下所示：

圖24.Spring中策略模式結(jié)構(gòu)圖

在上面結(jié)構(gòu)圖中與標準的策略模式結(jié)構(gòu)稍微有點不同，這里抽象策略是AopProxy接口，Cglib2AopProxy和JdkDynamicAopProxy分別代表兩種策略的實現(xiàn)方式，ProxyFactoryBean就是代表Context角色，它根據(jù)條件選擇使用Jdk代理方式還是CGLIB方式，而另外三個類主要是來負責創(chuàng)建具體策略對象，ProxyFactoryBean是通過依賴的方法來關(guān)聯(lián)具體策略對象的，它是通過調(diào)用策略對象的getProxy (ClassLoaderclassLoader)方法來完成操作。

總結(jié)

本文通過從Spring的幾個核心組件入手，試圖找出構(gòu)建Spring框架的骨骼架構(gòu)，進而分析Spring在設(shè)計的一些設(shè)計理念，是否從中找出一些好的設(shè)計思想，對我們以后程序設(shè)計能提供一些思路。接著再詳細分析了Spring中是如何實現(xiàn)這些理念的，以及在設(shè)計模式上是如何使用的。

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