Spring的核心特性

2024-04-09 14:15:47

众所周知，Spring的核心特性就是IOC和AOP，IOC（Inversion of Control），即“控制反转”；AOP（Aspect-OrientedProgramming），即“面向切面编程”。

IOC理论的背景

我们都知道，在采用面向对象方法设计的软件系统中，它的底层实现都是由N个对象组成的，所有的对象通过彼此的合作，最终实现系统的业务逻辑。

image.png

图1中拥有多个独立的齿轮，这些齿轮相互啮合在一起，协同工作，共同完成某项任务。我们可以看到，在这样的齿轮组中，如果有一个齿轮出了问题，就可能会影响到整个齿轮组的正常运转。齿轮组中齿轮之间的啮合关系,与软件系统中对象之间的耦合关系非常相似。对象之间的耦合关系是无法避免的，也是必要的，这是协同工作的基础。现在，伴随着工业级应用的规模越来越庞大，对象之间的依赖关系也越来越复杂，经常会出现对象之间的多重依赖性关系，因此，架构师和设计师对于系统的分析和设计，将面临更大的挑战。对象之间耦合度过高的系统，必然会出现牵一发而动全身的情形。

image.png

耦合关系不仅会出现在对象与对象之间，也会出现在软件系统的各模块之间，以及软件系统和硬件系统之间。如何降低系统之间、模块之间和对象之间的耦合度，是软件工程永远追求的目标之一。为了解决对象之间的耦合度过高的问题，软件专家Michael Mattson提出了IOC理论，用来实现对象之间的“解耦”，目前这个理论已经被成功地应用到实践当中，很多的J2EE项目均采用了IOC框架产品Spring。

什么是控制反转(IOC)

IOC是Inversion of Control的缩写，多数书籍翻译成“控制反转”，还有些书籍翻译成为“控制反向”或者“控制倒置”。
1996年，Michael Mattson在一篇有关探讨面向对象框架的文章中，首先提出了IOC 这个概念。对于面向对象设计及编程的基本思想，前面我们已经讲了很多了，不再赘述，简单来说就是把复杂系统分解成相互合作的对象，这些对象类通过封装以后，内部实现对外部是透明的，从而降低了解决问题的复杂度，而且可以灵活地被重用和扩展。IOC理论提出的观点大体是这样的：借助于“第三方”实现具有依赖关系的对象之间的解耦，如下图：

image.png

由于引进了中间位置的“第三方”，也就是IOC容器，使得A、B、C、D这4个对象没有了耦合关系，齿轮之间的传动全部依靠“第三方”了，全部对象的控制权全部上缴给“第三方”IOC容器，所以，IOC容器成了整个系统的关键核心，它起到了一种类似“粘合剂”的作用，把系统中的所有对象粘合在一起发挥作用，如果没有这个“粘合剂”，对象与对象之间会彼此失去联系，这就是有人把IOC容器比喻成“粘合剂”的由来。

我们再来做个试验：把上图中间的IOC容器拿掉，然后再来看看这套系统：

image.png

现在看到的画面，就是我们要实现整个系统所需要完成的全部内容。这时候，A、B、C、D这4个对象之间已经没有了耦合关系，彼此毫无联系，这样的话，当你在实现A的时候，根本无须再去考虑B、C和D了，对象之间的依赖关系已经降低到了最低程度。所以，如果真能实现IOC容器，对于系统开发而言，这将是一件多么美好的事情，参与开发的每一成员只要实现自己的类就可以了，跟别人没有任何关系！

我们再来看看，控制反转(IOC)到底为什么要起这么个名字？我们来对比一下：
软件系统在没有引入IOC容器之前，如图1所示，对象A依赖于对象B，那么对象A在初始化或者运行到某一点的时候，自己必须主动去创建对象B或者使用已经创建的对象B。无论是创建还是使用对象B，控制权都在自己手上。

软件系统在引入IOC容器之后，这种情形就完全改变了，如图3所示，由于IOC容器的加入，对象A与对象B之间失去了直接联系，所以，当对象A运行到需要对象B的时候，IOC容器会主动创建一个对象B注入到对象A需要的地方。
通过前后的对比，我们不难看出来：对象A获得依赖对象B的过程,由主动行为变为了被动行为，控制权颠倒过来了，这就是“控制反转”这个名称的由来。

IOC的别名：依赖注入(DI)

2004年，Martin Fowler探讨了同一个问题，既然IOC是控制反转，那么到底是“哪些方面的控制被反转了呢？”，经过详细地分析和论证后，他得出了答案：“获得依赖对象的过程被反转了”。控制被反转之后，获得依赖对象的过程由自身管理变为了由IOC容器主动注入。于是，他给“控制反转”取了一个更合适的名字叫做“依赖注入（Dependency Injection）”。他的这个答案，实际上给出了实现IOC的方法：注入。所谓依赖注入，就是由IOC容器在运行期间，动态地将某种依赖关系注入到对象之中。

所以，依赖注入(DI)和控制反转(IOC)是从不同的角度的描述的同一件事情，就是指通过引入IOC容器，利用依赖关系注入的方式，实现对象之间的解耦。

举例

举一个生活中的例子，来帮助理解依赖注入的过程。大家对USB接口和USB设备应该都很熟悉吧，USB为我们使用电脑提供了很大的方便，现在有很多的外部设备都支持USB接口。

image.png

现在，我们利用电脑主机和USB接口来实现一个任务：从外部USB设备读取一个文件。
电脑主机读取文件的时候，它一点也不会关心USB接口上连接的是什么外部设备，而且它确实也无须知道。它的任务就是读取USB接口，挂接的外部设备只要符合USB接口标准即可。所以，如果我给电脑主机连接上一个U盘，那么主机就从U盘上读取文件；如果我给电脑主机连接上一个外置硬盘，那么电脑主机就从外置硬盘上读取文件。挂接外部设备的权力由我作主，即控制权归我，至于USB接口挂接的是什么设备，电脑主机是决定不了，它只能被动的接受。电脑主机需要外部设备的时候，根本不用它告诉我，我就会主动帮它挂上它想要的外部设备，你看我的服务是多么的到位。这就是我们生活中常见的一个依赖注入的例子。在这个过程中，我就起到了IOC容器的作用。

通过这个例子,依赖注入的思路已经非常清楚：当电脑主机读取文件的时候，我就把它所要依赖的外部设备，帮他挂接上。整个外部设备注入的过程和一个被依赖的对象在系统运行时被注入另外一个对象内部的过程完全一样。

如果对上面的例子还是不太理解的话，就看下面一个例子：
某一天，你生病了，但是你不清楚自己到底得了什么病，你只知道自己头疼，咳嗽，全身无力。这个时候你决定去药店买药，药店有很多种药，仅仅是治疗头疼就有好几十种，还有西药中药等区别。然后你自己看了看说明书，选择了一盒你自己觉得最能治疗自己病症的药，付钱吃药，期待可以早点好起来。但是这个过程，对于一个病人来说，太辛苦了。头疼，咳嗽，全身无力，还要一个个的看药品说明书，一个个的比较哪个药比较好，简直是太累了。这个时候，你决定直接去医院看医生。医生给你做了检查，知道你的病症是什么，有什么原因引起的；同时医生非常了解有哪些药能治疗你的病痛，并且能根据你的自身情况进行筛选。只需要短短的十几分钟，你就能拿到对症下药的药品，即省时又省力。

在上面这个例子中，IOC起到的就是医生的作用，它收集你的需求要求，并且对症下药，直接把药开给你。你就是对象，药品就是你所需要的外部资源。通过医生，你不用再去找药品，而是通过医生把药品开给你。这就是整个IOC的精髓所在。

我们把依赖注入应用到软件系统中，再来描述一下这个过程：
对象A依赖于对象B,当对象 A需要用到对象B的时候，IOC容器就会立即创建一个对象B送给对象A。IOC容器就是一个对象制造工厂，你需要什么，它会给你送去，你直接使用就行了，而再也不用去关心你所用的东西是如何制成的，也不用关心最后是怎么被销毁的，这一切全部由IOC容器包办。
在传统的实现中，由程序内部代码来控制组件之间的关系。我们经常使用new关键字来实现两个组件之间关系的组合，这种实现方式会造成组件之间耦合。IOC很好地解决了该问题，它将实现组件间关系从程序内部提到外部容器，也就是说由容器在运行期将组件间的某种依赖关系动态注入组件中。

IOC是如何实现的？

IOC中最基本的技术就是“反射(Reflection)”编程，通俗来讲就是根据给出的类名来动态地生成对象。这种编程方式可以让对象在生成时才决定到底是哪一种对象。

我们可以把IOC容器的工作模式看做是工厂模式的升华，可以把IOC容器看作是一个工厂，这个工厂里要生产的对象都在配置文件中给出定义，然后利用编程语言的的反射编程，根据配置文件中给出的类名生成相应的对象。从实现来看，IOC是把以前在工厂方法里写死的对象生成代码，改变为由配置文件来定义，也就是把工厂和对象生成这两者独立分隔开来，目的就是提高灵活性和可维护性。

AOP

一、AOP是什么？
AOP的全称是Aspect Orient Programming，即面向切面编程。是对OOP（Object Orient Programming）的一种补充，用于处理一些具有横切性质的服务。常常用于日志输出、安全控制等。

AOP（Aspect Oriented Programming），即面向切面编程，可以说是OOP（Object Oriented Programming，面向对象编程）的补充和完善。OOP引入封装、继承、多态等概念来建立一种对象层次结构，用于模拟公共行为的一个集合。不过OOP允许开发者定义纵向的关系，但并不适合定义横向的关系，例如日志功能。日志代码往往横向地散布在所有对象层次中，而与它对应的对象的核心功能毫无关系对于其他类型的代码，如安全性、异常处理和透明的持续性也都是如此，这种散布在各处的无关的代码被称为横切（cross cutting），在OOP设计中，它导致了大量代码的重复，而不利于各个模块的重用。

AOP技术恰恰相反，它利用一种称为"横切"的技术，剖解开封装的对象内部，并将那些影响了多个类的公共行为封装到一个可重用模块，并将其命名为"Aspect"，即切面。所谓"切面"，简单说就是那些与业务无关，却为业务模块所共同调用的逻辑或责任封装起来，便于减少系统的重复代码，降低模块之间的耦合度，并有利于未来的可操作性和可维护性。

举例

我们一般做活动的时候，一般对每一个接口都会做活动的有效性校验（是否开始、是否结束等等）、以及这个接口是不是需要用户登录。

按照正常的逻辑，我们可以这么做。

image.png

这有个问题就是，有多少接口，就要多少次代码copy。对于一个“懒人”，这是不可容忍的。好，提出一个公共方法，每个接口都来调用这个接口。这里有点切面的味道了。

image.png

同样有个问题，我虽然不用每次都copy代码了，但是，每个接口总得要调用这个方法吧。于是就有了切面的概念，我将方法注入到接口调用的某个地方（切点）。

image.png

这样接口只需要关心具体的业务，而不需要关注其他非该接口关注的逻辑或处理。红框处，就是面向切面编程。

AOP核心概念

1、横切关注点
对哪些方法进行拦截，拦截后怎么处理，这些关注点称之为横切关注点

2、切面（aspect）
类是对物体特征的抽象，切面就是对横切关注点的抽象

3、连接点（joinpoint）
被拦截到的点，因为Spring只支持方法类型的连接点，所以在Spring中连接点指的就是被拦截到的方法，实际上连接点还可以是字段或者构造器

4、切入点（pointcut）
对连接点进行拦截的定义

5、通知（advice）
所谓通知指的就是指拦截到连接点之后要执行的代码，通知分为前置、后置、异常、最终、环绕通知五类

6、目标对象
代理的目标对象

7、织入（weave）
将切面应用到目标对象并导致代理对象创建的过程

8、引入（introduction）
在不修改代码的前提下，引入可以在运行期为类动态地添加一些方法或字段

Spring对AOP的支持

Spring中AOP代理由Spring的IOC容器负责生成、管理，其依赖关系也由IOC容器负责管理。因此，AOP代理可以直接使用容器中的其它bean实例作为目标，这种关系可由IOC容器的依赖注入提供。Spring创建代理的规则为：

1、默认使用Java动态代理来创建AOP代理，这样就可以为任何接口实例创建代理了
2、当需要代理的类不是代理接口的时候，Spring会切换为使用CGLIB代理，也可强制使用CGLIB

AOP编程其实是很简单的事情，纵观AOP编程，程序员只需要参与三个部分：
1、定义普通业务组件
2、定义切入点，一个切入点可能横切多个业务组件
3、定义增强处理，增强处理就是在AOP框架为普通业务组件织入的处理动作

所以进行AOP编程的关键就是定义切入点和定义增强处理，一旦定义了合适的切入点和增强处理，AOP框架将自动生成AOP代理，即：代理对象的方法=增强处理+被代理对象的方法。

基于Spring的AOP简单实现

注意一下，在讲解之前，说明一点：使用Spring AOP，要成功运行起代码，只用Spring提供给开发者的jar包是不够的，请额外上网下载两个jar包：
1、aopalliance.jar
2、aspectjweaver.jar

开始讲解用Spring AOP的XML实现方式，先定义一个接口：

public interface IHelloWorld {
    public void printHelloWorld();
    public void doPrint();
}

定义两个接口实现类：

public class HelloWorldImpl1 implements IHelloWorld{

    @Override
    public void printHelloWorld() {
        System.out.println("Enter HelloWorldImpl1.printHelloWorld()");
    }

    @Override
    public void doPrint() {
        System.out.println("Enter HelloWorldImpl1.doPrint()");
    }
}

public class HelloWorldImpl2 implements IHelloWorld {
    @Override
    public void printHelloWorld() {
        System.out.println("Enter HelloWorldImpl2.printHelloWorld()");
    }

    @Override
    public void doPrint() {
        System.out.println("Enter HelloWorldImpl2.doPrint()");
    }
}

横切关注点，这里是打印时间：

public class TimeHandler {

    public void printTime()
    {
        System.out.println("CurrentTime = " + System.currentTimeMillis());
    }
}

有这三个类就可以实现一个简单的Spring AOP了，看一下aop.xml的配置：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
       xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
       xmlns:aop="http://www.springframework.org/schema/aop"
       xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans
        http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans-4.2.xsd
        http://www.springframework.org/schema/aop
        http://www.springframework.org/schema/aop/spring-aop-4.2.xsd">

    <bean id="helloWorldImpl1" class="com.example.aopdemo.HelloWorldImpl1" />
    <bean id="helloWorldImpl2" class="com.example.aopdemo.HelloWorldImpl2" />
    <bean id="timeHandler" class="com.example.aopdemo.TimeHandler" />
    <bean id="logHandler" class="com.example.aopdemo.LogHandler" />

    <aop:config>
        <aop:aspect id="time" ref="timeHandler">
            <aop:pointcut id="addAllMethod" expression="execution(* com.example.aopdemo.IHelloWorld.*(..))" />
            <aop:before method="printTime" pointcut-ref="addAllMethod" />
            <aop:after method="printTime" pointcut-ref="addAllMethod" />
        </aop:aspect>
    </aop:config>
</beans>

写一个main函数调用一下。

package com.example.aopdemo;

import org.springframework.context.ApplicationContext;
import org.springframework.context.support.ClassPathXmlApplicationContext;

/**
 * @program aopdemo
 * @description:
 * @author: Destiny
 * @create: 2019/01/12 12:03
 */
public class HelloWorldController {
    public static void main(String[] args){

        ApplicationContext ctx = new ClassPathXmlApplicationContext("aop.xml");

        IHelloWorld hw1 = (IHelloWorld)ctx.getBean("helloWorldImpl1");
        IHelloWorld hw2 = (IHelloWorld)ctx.getBean("helloWorldImpl2");

        hw1.printHelloWorld();
        System.out.println();
        hw1.doPrint();

        System.out.println();
        hw2.printHelloWorld();
        System.out.println();
        hw2.doPrint();
    }
}

运行结果为：

CurrentTime = 1446129611993
Enter HelloWorldImpl1.printHelloWorld()
CurrentTime = 1446129611993

CurrentTime = 1446129611994
Enter HelloWorldImpl1.doPrint()
CurrentTime = 1446129611994

CurrentTime = 1446129611994
Enter HelloWorldImpl2.printHelloWorld()
CurrentTime = 1446129611994

CurrentTime = 1446129611994
Enter HelloWorldImpl2.doPrint()
CurrentTime = 1446129611994

增加一个横切关注点，打印日志，Java类为：

public class LogHandler {

    public void LogBefore()
    {
        System.out.println("Log before method");
    }

    public void LogAfter()
    {
        System.out.println("Log after method");
    }
}

aop.xml配置为：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
       xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
       xmlns:aop="http://www.springframework.org/schema/aop"
       xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans
        http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans-4.2.xsd
        http://www.springframework.org/schema/aop
        http://www.springframework.org/schema/aop/spring-aop-4.2.xsd">

    <bean id="helloWorldImpl1" class="com.example.aopdemo.HelloWorldImpl1" />
    <bean id="helloWorldImpl2" class="com.example.aopdemo.HelloWorldImpl2" />
    <bean id="timeHandler" class="com.example.aopdemo.TimeHandler" />
    <bean id="logHandler" class="com.example.aopdemo.LogHandler" />

    <aop:config>
        <aop:aspect id="time" ref="timeHandler">
            <aop:pointcut id="addAllMethod" expression="execution(* com.example.aopdemo.IHelloWorld.*(..))" />
            <aop:before method="printTime" pointcut-ref="addAllMethod" />
            <aop:after method="printTime" pointcut-ref="addAllMethod" />
        </aop:aspect>

        <aop:aspect id="log" ref="logHandler" order="2">
            <aop:pointcut id="printLog" expression="execution(* com.example.aopdemo.IHelloWorld.*(..))" />
            <aop:before method="LogBefore" pointcut-ref="printLog" />
            <aop:after method="LogAfter" pointcut-ref="printLog" />
        </aop:aspect>
    </aop:config>
</beans>

打印结果为：

Log before method
CurrentTime = 1547272497176
Enter HelloWorldImpl1.printHelloWorld()
CurrentTime = 1547272497176
Log after method

Log before method
CurrentTime = 1547272497176
Enter HelloWorldImpl1.doPrint()
CurrentTime = 1547272497176
Log after method

Log before method
CurrentTime = 1547272497177
Enter HelloWorldImpl2.printHelloWorld()
CurrentTime = 1547272497177
Log after method

Log before method
CurrentTime = 1547272497178
Enter HelloWorldImpl2.doPrint()
CurrentTime = 1547272497178
Log after method

要想让logHandler在timeHandler前使用有两个办法：
（1）aspect里面有一个order属性，order属性的数字就是横切关注点的顺序
（2）把logHandler定义在timeHandler前面，Spring默认以aspect的定义顺序作为织入顺序

码农公寓

IOC理论的背景

什么是控制反转(IOC)

IOC的别名：依赖注入(DI)

举例

IOC是如何实现的？

AOP

举例

AOP核心概念

Spring对AOP的支持

基于Spring的AOP简单实现

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