在實(shí)際開發(fā)工作中，我們每天都在自己的工作中依賴了別人的代碼。包括了你正在用的編程語言、你正在構(gòu)建的框架，或者一些很前沿的開源產(chǎn)品。

它們都做得很好，用起來真的很爽，但你自己有沒有想過自己也要去實(shí)現(xiàn)它？哈哈，可能大概率是沒想過的，是吧？

如果你沒有嘗試過自己去實(shí)現(xiàn)類似的功能，或者是深挖過這些優(yōu)秀三方框架的話，對技術(shù)人來說，其實(shí)是隱含相當(dāng)大一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)的。

如果運(yùn)氣很不好，當(dāng)你在生產(chǎn)中碰到了分崩離析的事情，出現(xiàn)了生產(chǎn)事故，又不得不去調(diào)試您不熟悉的第三方庫的實(shí)現(xiàn)時(shí)，對你來說至少可以說是相當(dāng)棘手的，毫無頭緒的，搞不好真的就是想原地提離職……

推薦一個(gè) Lightrun，它是一種新型的調(diào)試器。

它是專門針對現(xiàn)實(shí)生活中的生產(chǎn)環(huán)境。使用 Lightrun，您可以向下鉆取到正在運(yùn)行的應(yīng)用程序，包括第三方依賴項(xiàng)，以及實(shí)時(shí)日志、快照和指標(biāo)。

這不是重點(diǎn)，重點(diǎn)是我們借助 Spring 來聊聊這個(gè)如此受歡迎的框架的設(shè)計(jì)模式，以此打開你研究三方框架的道路。

1、簡介

設(shè)計(jì)模式是軟件開發(fā)的重要組成部分。這些解決方案不僅可以解決反復(fù)出現(xiàn)的問題，還可以通過識別常見模式來幫助開發(fā)人員了解框架的設(shè)計(jì)。

接下來呢，我們將介紹 Spring 框架中使用的四種最常見的設(shè)計(jì)模式：

• Singleton pattern 單例模式
• Factory Method pattern 工廠方法模式
• Proxy pattern 代理模式
• Template pattern 模板模式

我們還將研究 Spring 如何使用這些模式來減輕開發(fā)人員的負(fù)擔(dān)并幫助用戶快速執(zhí)行繁瑣的任務(wù)。

2、單例模式（Singleton Pattern）

單一實(shí)例模式是一種機(jī)制，可確保每個(gè)應(yīng)用程序僅存在對象的一個(gè)實(shí)例。在管理共享資源或提供橫切服務(wù)（如日志記錄）時(shí)，此模式非常有用。

2.1 單例 Beans（Singleton Beans）

通常，單例對于應(yīng)用程序是全局唯一的，但在 Spring 中，此約束是寬松的。相反，Spring 將單個(gè)實(shí)例限制為每個(gè) Spring IoC 容器一個(gè)對象。在實(shí)踐中，這意味著 Spring 只會為每個(gè)應(yīng)用程序上下文的每種類型創(chuàng)建一個(gè) bean。

Spring 的方法與單例的嚴(yán)格定義不同，因?yàn)橐粋€(gè)應(yīng)用程序可以有多個(gè) Spring 容器。因此，如果我們有多個(gè)容器，則同一類的多個(gè)對象可以存在于單個(gè)應(yīng)用程序中。

默認(rèn)情況下，Spring 將所有 bean 創(chuàng)建為單例。

2.2 自動(dòng)注入單例（Autowired Singletons）

例如，我們可以在單個(gè)應(yīng)用程序上下文中創(chuàng)建兩個(gè)控制器，并將相同類型的 bean 注入到每個(gè)控制器中。

首先，我們創(chuàng)建一個(gè) BookRepository 來管理我們的 Book 域?qū)ο蟆?/p>

接下來，我們創(chuàng)建 LibraryController，它使用 BookRepository 返回庫中的書籍?dāng)?shù)量：

@RestController
public class LibraryController {
    @Autowired
    private BookRepository repository;
    @GetMapping("/count")
    public Long findCount() {
        System.out.println(repository);
        return repository.count();
    }
}

最后，我們創(chuàng)建一個(gè) BookController，它專注于特定于書籍的操作，例如按 ID 查找書籍：

@RestController
public class BookController {
    @Autowired
    private BookRepository repository;
    @GetMapping("/book/{id}")
    public Book findById(@PathVariable long id) {
        System.out.println(repository);
        return repository.findById(id).get();
    }
}

然后我們啟動(dòng)這個(gè)應(yīng)用程序，并對 /count 和 /book/1 執(zhí)行 GET 請求訪問：

curl -X GET http://localhost:8080/count
curl -X GET http://localhost:8080/book/1

在應(yīng)用程序輸出中，我們看到兩個(gè) BookRepository 對象具有相同的對象 ID：

com.baeldung.spring.patterns.singleton.BookRepository@3ea9524f
com.baeldung.spring.patterns.singleton.BookRepository@3ea9524f

LibraryController 和 BookController 中的 BookRepository 對象 ID 是相同的，這證明 Spring 將相同的 bean 注入到兩個(gè)控制器中。

我們可以通過使用 @Scope（ConfigurableBeanFactory.SCOPE_PROTOTYPE） 注釋將 bean 范圍從單例更改為原型來創(chuàng)建 BookRepository bean 的單獨(dú)實(shí)例。

這樣做會指示 Spring 為它創(chuàng)建的每個(gè) BookRepository bean 創(chuàng)建單獨(dú)的對象。因此，如果我們再次檢查每個(gè)控制器中 BookRepository 的對象 ID，我們會發(fā)現(xiàn)它們不再相同。

3、工廠方法模式（Factory Method Pattern）

工廠方法模式需要一個(gè)工廠類，其中包含用于創(chuàng)建所需對象的抽象方法。

通常，我們希望根據(jù)特定的上下文創(chuàng)建不同的對象。

例如，我們的應(yīng)用程序可能需要車輛對象。在航海環(huán)境中，我們想制造船只，但在航空航天環(huán)境中，我們想制造飛機(jī)：

為此，我們可以為每個(gè)所需對象創(chuàng)建一個(gè)工廠實(shí)現(xiàn)，并從具體的工廠方法返回所需的對象。

3.1 應(yīng)用上下文（Application Context）

Spring 在其依賴注入（DI）框架的根中使用這種技術(shù)。

從根本上說，Spring 將 Bean 容器視為生產(chǎn) Beans 的工廠。

因此，Spring 將 BeanFactory 接口定義為 bean 容器的抽象：

public interface BeanFactory {
    getBean(Class<T> requiredType);
    getBean(Class<T> requiredType, Object... args);
    getBean(String name);
    // ...
}

每個(gè) getBean 方法都被視為工廠方法，它返回與提供給該方法的條件匹配的 Bean，例如 Bean 的類型和名稱。

然后，Spring 使用 ApplicationContext 接口擴(kuò)展了 BeanFactory，該接口引入了額外的應(yīng)用程序配置。Spring 使用此配置根據(jù)某些外部配置（例如 XML 文件或 Java 注釋）啟動(dòng) Bean 容器。

使用 ApplicationContext 類實(shí)現(xiàn)（如 AnnotationConfigApplicationContext），我們可以通過從 BeanFactory 接口繼承的各種工廠方法創(chuàng)建 bean。

首先，我們創(chuàng)建一個(gè)簡單的應(yīng)用程序配置：

@Configuration
@ComponentScan(basePackageClasses = ApplicationConfig.class)
public class ApplicationConfig {
}

接下來，我們創(chuàng)建一個(gè)簡單的類 Foo，它不接受構(gòu)造函數(shù)參數(shù)：

@Component
public class Foo {
}

然后創(chuàng)建另一個(gè)接受單個(gè)構(gòu)造函數(shù)參數(shù)的類 Bar：

@Component
@Scope(ConfigurableBeanFactory.SCOPE_PROTOTYPE)
public class Bar {
    private String name;
    public Bar(String name) {
        this.name = name;
    }
    // Getter ...
}

最后，我們通過 ApplicationContext 的 AnnotationConfigApplicationContext 實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建我們的 bean：

@Test
public void whenGetSimpleBean_thenReturnConstructedBean() {
    ApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(ApplicationConfig.class);
    Foo foo = context.getBean(Foo.class);
    assertNotNull(foo);
}
@Test
public void whenGetPrototypeBean_thenReturnConstructedBean() {
    String expectedName = "Some name";
    ApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(ApplicationConfig.class);
    Bar bar = context.getBean(Bar.class, expectedName);
    assertNotNull(bar);
    assertThat(bar.getName(), is(expectedName));
}

使用 getBean 工廠方法，我們可以僅使用類類型和（在 Bar 的情況下）構(gòu)造函數(shù)參數(shù)來創(chuàng)建配置的 bean。

3.2 外部配置（External Configuration）

此模式是通用的，因?yàn)槲覀兛梢愿鶕?jù)外部配置完全更改應(yīng)用程序的行為。

如果我們希望更改應(yīng)用程序中自動(dòng)連線對象的實(shí)現(xiàn)，我們可以調(diào)整我們使用的 ApplicationContext 實(shí)現(xiàn)。

例如，我們可以將 AnnotationConfigApplicationContext 更改為基于 XML 的配置類，例如 ClassPathXmlApplicationContext：

@Test 
public void givenXmlConfiguration_whenGetPrototypeBean_thenReturnConstructedBean() { 
    String expectedName = "Some name";
    ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("context.xml");
    // Same test as before ...
}

4、代理模式（Proxy Pattern）

代理在我們的數(shù)字世界中是一種方便的工具，我們經(jīng)常在軟件（例如網(wǎng)絡(luò)代理）之外使用它們。在代碼中，代理模式是一種技術(shù)，它允許一個(gè)對象（代理）控制對另一個(gè)對象（主體或服務(wù)）的訪問。

4.1 事務(wù)

為了創(chuàng)建代理，我們創(chuàng)建一個(gè)對象，該對象實(shí)現(xiàn)與我們的主題相同的接口，并包含對主題的引用。

然后，我們可以使用代理代替主題。

在 Spring 里，bean 被代理以控制對底層 bean 的訪問。我們在使用事務(wù)時(shí)看到這種方法：

@Service
public class BookManager {
    @Autowired
    private BookRepository repository;
    @Transactional
    public Book create(String author) {
        System.out.println(repository.getClass().getName());
        return repository.create(author);
    }
}

在我們的 BookManager 類中，我們使用 @Transactional 注釋注釋創(chuàng)建方法。這個(gè)注釋指示 Spring 原子地執(zhí)行我們的創(chuàng)建方法。如果沒有代理，Spring 將無法控制對 BookRepository bean 的訪問并確保其事務(wù)一致性。

4.2 CGLib 代理（CGLib Proxies）

相反，Spring 創(chuàng)建了一個(gè)代理來包裝我們的 BookRepository bean，并檢測我們的 bean 以原子方式執(zhí)行我們的 create 方法。

當(dāng)我們調(diào)用 BookManager#create 方法時(shí)，我們可以看到輸出：

com.baeldung.patterns.proxy.BookRepository$$EnhancerBySpringCGLIB$$3dc2b55c

通常，我們希望看到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 BookRepository 對象 ID；相反，我們看到一個(gè) EnhancerBySpringCGLIB 對象 ID。

在底層，Spring 將我們的 BookRepository 對象包裝在里面作為 EnhancerBySpringCGLIB 對象。因此，Spring 控制了對 BookRepository 對象的訪問（確保事務(wù)一致性）。

通常，Spring 使用兩種類型的代理：

• CGLib 代理 – 在代理類時(shí)使用；
• JDK 動(dòng)態(tài)代理 – 在代理接口時(shí)使用

雖然我們使用事務(wù)來公開底層代理，但 Spring 將在必須控制對 bean 的訪問的任何場景中使用代理。

5、模版方法模式（Template Method Pattern）

在許多框架中，代碼的很大一部分是樣板代碼。

例如，在數(shù)據(jù)庫上執(zhí)行查詢時(shí)，必須完成相同的一系列步驟：

• Establish a connection 建立連接
• Execute query 執(zhí)行查詢
• Perform cleanup 執(zhí)行清理
• Close the connection 關(guān)閉連接

這些步驟是模板方法模式的理想方案。

5.1 模版和回調(diào)（Templates & Callbacks）

模板方法模式是一種技術(shù)，用于定義某些操作所需的步驟，實(shí)現(xiàn)樣板步驟，并將可自定義的步驟保留為抽象。然后，子類可以實(shí)現(xiàn)此抽象類，并為缺少的步驟提供具體的實(shí)現(xiàn)。

我們可以在數(shù)據(jù)庫查詢的情況下創(chuàng)建一個(gè)模板：

public abstract DatabaseQuery {
    public void execute() {
        Connection connection = createConnection();
        executeQuery(connection);
        closeConnection(connection);
    } 
    protected Connection createConnection() {
        // Connect to database...
    }
    protected void closeConnection(Connection connection) {
        // Close connection...
    }
    protected abstract void executeQuery(Connection connection);
}

或者，我們可以通過提供回調(diào)方法來提供缺失的步驟。

回調(diào)方法是一種方法，它允許主體向客戶端發(fā)出信號，表明某些所需的操作已完成。

在某些情況下，主體可以使用此回調(diào)來執(zhí)行操作，例如映射結(jié)果。

例如，我們可以為執(zhí)行方法提供一個(gè)查詢字符串和一個(gè)回調(diào)方法來處理結(jié)果，而不是一個(gè) executeQuery 方法。

首先，我們創(chuàng)建一個(gè)回調(diào)方法，該方法采用 Result 對象并將其映射到 T 類型的對象：

public interface ResultsMapper<T> {
    public T map(Results results);
}

然后我們更改我們的 DatabaseQuery 類以利用此回調(diào)：

public abstract DatabaseQuery {
    public <T> T execute(String query, ResultsMapper<T> mapper) {
        Connection connection = createConnection();
        Results results = executeQuery(connection, query);
        closeConnection(connection);
        return mapper.map(results);
    ]
    protected Results executeQuery(Connection connection, String query) {
        // Perform query...
    }
}

這種回調(diào)機(jī)制正是 Spring 在 JdbcTemplate 類中使用的方法。

5.2 JDBC 模版（JdbcTemplates）

JdbcTemplate 類提供查詢方法，該方法接受查詢字符串和 ResultSetExtractor 對象：

public class JdbcTemplate {
    public <T> T query(final String sql, final ResultSetExtractor<T> rse) throws DataAccessException {
        // Execute query...
    }
    // Other methods...
}

ResultSetExtractor 將 ResultSet 對象（表示查詢結(jié)果）轉(zhuǎn)換為類型 T 的域?qū)ο螅?/p>

@FunctionalInterface
public interface ResultSetExtractor<T> {
    T extractData(ResultSet rs) throws SQLException, DataAccessException;
}

Spring 通過創(chuàng)建更具體的回調(diào)接口進(jìn)一步減少了樣板代碼。

例如，RowMapper 接口用于將單行 SQL 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 T 類型的域?qū)ο蟆?/p>

@FunctionalInterface
public interface RowMapper<T> {
    T mapRow(ResultSet rs, int rowNum) throws SQLException;
}

為了使 RowMapper 接口適應(yīng)預(yù)期的 ResultSetExtractor，Spring 創(chuàng)建了 RowMapperResultSetExtractor 類：

public class JdbcTemplate {
    public <T> List<T> query(String sql, RowMapper<T> rowMapper) throws DataAccessException {
        return result(query(sql, new RowMapperResultSetExtractor<>(rowMapper)));
    }
    // Other methods...
}

我們可以提供如何轉(zhuǎn)換單個(gè)行的邏輯，而不是提供轉(zhuǎn)換整個(gè) ResultSet 對象的邏輯，包括對行的迭代：

public class BookRowMapper implements RowMapper<Book> {
    @Override
    public Book mapRow(ResultSet rs, int rowNum) throws SQLException {
        Book book = new Book();
        book.setId(rs.getLong("id"));
        book.setTitle(rs.getString("title"));
        book.setAuthor(rs.getString("author"));
        return book;
    }
}

使用此轉(zhuǎn)換器，我們可以使用 JdbcTemplate 查詢數(shù)據(jù)庫并映射每個(gè)結(jié)果行：

JdbcTemplate template = // create template...
template.query("SELECT * FROM books", new BookRowMapper());

除了JDBC數(shù)據(jù)庫管理之外，Spring 還使用模板：

• Java Message Service (JMS)
• Java Persistence API (JPA)
• Hibernate（現(xiàn)已棄用）
• Transactions 事務(wù)

6、結(jié)論

上面，我們研究了 Spring 框架中應(yīng)用的四種最常見的設(shè)計(jì)模式。

我們還探討了Spring如何利用這些模式來提供豐富的功能，同時(shí)減輕開發(fā)人員的負(fù)擔(dān)。

到此這篇關(guān)于Spring Framework六種常見設(shè)計(jì)模式的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Spring設(shè)計(jì)模式內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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