自己手写一个SpringMVC框架

2021-09-26 13:32:20

前端框架很多，但没有一个框架称霸，后端框架现在Spring已经完成大一统。所以学习Spring是Java程序员的必修课。

Spring框架对于Java后端程序员来说再熟悉不过了，以前只知道它用的反射实现的，但了解之后才知道有很多巧妙的设计在里面。如果不看Spring的源码，你将会失去一次和大师学习的机会：它的代码规范，设计思想很值得学习。我们程序员大部分人都是野路子，不懂什么叫代码规范。写了一个月的代码，最后还得其他老司机花3天时间重构，相信大部分老司机都很头疼看新手的代码。

废话不多说，我们进入今天的正题，在Web应用程序设计中，MVC模式已经被广泛使用。SpringMVC以DispatcherServlet为核心，负责协调和组织不同组件以完成请求处理并返回响应的工作，实现了MVC模式。想要实现自己的SpringMVC框架，需要从以下几点入手：

一、了解SpringMVC运行流程及九大组件

二、梳理自己的SpringMVC的设计思路

三、实现自己的SpringMVC框架

一、了解SpringMVC运行流程及九大组件

1、SpringMVC的运行流程

自己手写一个SpringMVC框架

⑴ 用户发送请求至前端控制器DispatcherServlet

⑵ DispatcherServlet收到请求调用HandlerMapping处理器映射器。

⑶ 处理器映射器根据请求url找到具体的处理器，生成处理器对象及处理器拦截器(如果有则生成)一并返回给DispatcherServlet。

⑷ DispatcherServlet通过HandlerAdapter处理器适配器调用处理器

⑸ 执行处理器(Controller，也叫后端控制器)。

⑹ Controller执行完成返回ModelAndView

⑺ HandlerAdapter将controller执行结果ModelAndView返回给DispatcherServlet

⑻ DispatcherServlet将ModelAndView传给ViewReslover视图解析器

⑼ ViewReslover解析后返回具体View

⑽ DispatcherServlet对View进行渲染视图（即将模型数据填充至视图中）。

⑾ DispatcherServlet响应用户。

从上面可以看出，DispatcherServlet有接收请求，响应结果，转发等作用。有了DispatcherServlet之后，可以减少组件之间的耦合度。

2、SpringMVC的九大组件（ref：【SpringMVC】9大组件概览）

protected void initStrategies(ApplicationContext context) {
 //用于处理上传请求。处理方法是将普通的request包装成MultipartHttpServletRequest，后者可以直接调用getFile方法获取File.
  initMultipartResolver(context);
 //SpringMVC主要有两个地方用到了Locale：一是ViewResolver视图解析的时候；二是用到国际化资源或者主题的时候。
  initLocaleResolver(context); 
 //用于解析主题。SpringMVC中一个主题对应一个properties文件，里面存放着跟当前主题相关的所有资源、
  //如图片、css样式等。SpringMVC的主题也支持国际化， 
 initThemeResolver(context);
 //用来查找Handler的。
 initHandlerMappings(context);
 //从名字上看，它就是一个适配器。Servlet需要的处理方法的结构却是固定的，都是以request和response为参数的方法。
  //如何让固定的Servlet处理方法调用灵活的Handler来进行处理呢？这就是HandlerAdapter要做的事情
 initHandlerAdapters(context);
 //其它组件都是用来干活的。在干活的过程中难免会出现问题，出问题后怎么办呢？
 //这就需要有一个专门的角色对异常情况进行处理，在SpringMVC中就是HandlerExceptionResolver。
 initHandlerExceptionResolvers(context);
 //有的Handler处理完后并没有设置View也没有设置ViewName，这时就需要从request获取ViewName了，
 //如何从request中获取ViewName就是RequestToViewNameTranslator要做的事情了。
 initRequestToViewNameTranslator(context);
 //ViewResolver用来将String类型的视图名和Locale解析为View类型的视图。
 //View是用来渲染页面的，也就是将程序返回的参数填入模板里，生成html（也可能是其它类型）文件。
 initViewResolvers(context);
 //用来管理FlashMap的，FlashMap主要用在redirect重定向中传递参数。
 initFlashMapManager(context); 
}

二、梳理SpringMVC的设计思路

本文只实现自己的@Controller、@RequestMapping、@RequestParam注解起作用，其余SpringMVC功能读者可以尝试自己实现。

1、读取配置

自己手写一个SpringMVC框架

从图中可以看出，SpringMVC本质上是一个Servlet,这个 Servlet 继承自 HttpServlet。FrameworkServlet负责初始化SpringMVC的容器，并将Spring容器设置为父容器。因为本文只是实现SpringMVC，对于Spring容器不做过多讲解。

为了读取web.xml中的配置，我们用到ServletConfig这个类，它代表当前Servlet在web.xml中的配置信息。通过web.xml中加载我们自己写的MyDispatcherServlet和读取配置文件。

2、初始化阶段

在前面我们提到DispatcherServlet的initStrategies方法会初始化9大组件，但是这里将实现一些SpringMVC的最基本的组件而不是全部，按顺序包括：

  • 加载配置文件

  • 扫描用户配置包下面所有的类

  • 拿到扫描到的类，通过反射机制，实例化。并且放到ioc容器中(Map的键值对  beanName-bean) beanName默认是首字母小写

  • 初始化HandlerMapping，这里其实就是把url和method对应起来放在一个k-v的Map中,在运行阶段取出

3、运行阶段

每一次请求将会调用doGet或doPost方法，所以统一运行阶段都放在doDispatch方法里处理，它会根据url请求去HandlerMapping中匹配到对应的Method，然后利用反射机制调用Controller中的url对应的方法，并得到结果返回。按顺序包括以下功能：

  • 异常的拦截

  • 获取请求传入的参数并处理参数

  • 通过初始化好的handlerMapping中拿出url对应的方法名，反射调用

三、实现自己的SpringMVC框架

工程文件及目录：

自己手写一个SpringMVC框架

首先，新建一个maven项目，在pom.xml中导入以下依赖：

<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
  <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
 <groupId>com.liugh</groupId>
 <artifactId>liughMVC</artifactId>
 <version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
 <packaging>war</packaging>
 
 <properties>
   <project.build.sourceEncoding>UTF-8</project.build.sourceEncoding>
   <maven.compiler.source>1.8</maven.compiler.source>
   <maven.compiler.target>1.8</maven.compiler.target>
   <java.version>1.8</java.version>
 </properties>
 
 <dependencies>
      <dependency>
        <groupId>javax.servlet</groupId> 
      <artifactId>javax.servlet-api</artifactId> 
      <version>3.0.1</version> 
      <scope>provided</scope>
   </dependency>
   </dependencies>
</project>

接着，我们在WEB-INF下创建一个web.xml，如下配置：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<web-app xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
 xmlns="http://java.sun.com/xml/ns/javaee" xmlns:web="http://java.sun.com/xml/ns/javaee/web-app_2_5.xsd"
  xsi:schemaLocation="http://java.sun.com/xml/ns/javaee http://java.sun.com/xml/ns/javaee/web-app_3_0.xsd"
  version="3.0">
 <servlet>
   <servlet-name>MySpringMVC</servlet-name>
   <servlet-class>com.liugh.servlet.MyDispatcherServlet</servlet-class>
   <init-param>
     <param-name>contextConfigLocation</param-name>
     <param-value>application.properties</param-value>
   </init-param>
   <load-on-startup>1</load-on-startup>
 </servlet>
 <servlet-mapping>
   <servlet-name>MySpringMVC</servlet-name>
   <url-pattern>/*</url-pattern>
 </servlet-mapping>

</web-app>

application.properties文件中只是配置要扫描的包到SpringMVC容器中。

scanPackage=com.liugh.core

创建自己的Controller注解，它只能标注在类上面：

package com.liugh.annotation;

import java.lang.annotation.Documented;
import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
public @interface MyController {
 /**
    * 表示给controller注册别名
    * @return
    */
   String value() default "";

}

RequestMapping注解，可以在类和方法上：

package com.liugh.annotation;

import java.lang.annotation.Documented;
import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;

@Target({ElementType.TYPE,ElementType.METHOD})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
public @interface MyRequestMapping {
 /**
    * 表示访问该方法的url
    * @return
    */
   String value() default "";

}

RequestParam注解,只能注解在参数上

package com.liugh.annotation;

import java.lang.annotation.Documented;
import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;

@Target(ElementType.PARAMETER)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
public @interface MyRequestParam {
 /**
    * 表示参数的别名，必填
    * @return
    */
   String value();

}

然后创建MyDispatcherServlet这个类，去继承HttpServlet，重写init方法、doGet、doPost方法，以及加上我们第二步分析时要实现的功能：

package com.liugh.servlet;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.lang.reflect.Method;
import java.net.URL;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.Map.Entry;
import java.util.Properties;

import javax.servlet.ServletConfig;
import javax.servlet.ServletException;
import javax.servlet.http.HttpServlet;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;

import com.liugh.annotation.MyController;
import com.liugh.annotation.MyRequestMapping;

public class MyDispatcherServlet extends HttpServlet{
 
 private Properties properties = new Properties();
 
 private List<String> classNames = new ArrayList<>();
 
 private Map<String, Object> ioc = new HashMap<>();
 
 private Map<String, Method> handlerMapping = new  HashMap<>();
 
 private Map<String, Object> controllerMap  =new HashMap<>();
 

 @Override
 public void init(ServletConfig config) throws ServletException {
   
   //1.加载配置文件
   doLoadConfig(config.getInitParameter("contextConfigLocation"));
   
   //2.初始化所有相关联的类,扫描用户设定的包下面所有的类
   doScanner(properties.getProperty("scanPackage"));
   
   //3.拿到扫描到的类,通过反射机制,实例化,并且放到ioc容器中(k-v  beanName-bean) beanName默认是首字母小写
    doInstance();
   
   //4.初始化HandlerMapping(将url和method对应上)
   initHandlerMapping();
   
   
 }
 
 

 @Override
 protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
    this.doPost(req,resp);
 }

 @Override
 protected void doPost(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
    try {
     //处理请求
     doDispatch(req,resp);
   } catch (Exception e) {
     resp.getWriter().write("500!! Server Exception");
   }

 }
 
 
 private void doDispatch(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws Exception {
   if(handlerMapping.isEmpty()){
     return;
   }
   
   String url =req.getRequestURI();
   String contextPath = req.getContextPath();
   
   url=url.replace(contextPath, "").replaceAll("/+", "/");
   
   if(!this.handlerMapping.containsKey(url)){
     resp.getWriter().write("404 NOT FOUND!");
     return;
   }
   
   Method method =this.handlerMapping.get(url);
   
   //获取方法的参数列表
   Class<?>[] parameterTypes = method.getParameterTypes();
 
   //获取请求的参数
   Map<String, String[]> parameterMap = req.getParameterMap();
   
   //保存参数值
   Object [] paramValues= new Object[parameterTypes.length];
   
   //方法的参数列表
       for (int i = 0; i<parameterTypes.length; i++){  
           //根据参数名称，做某些处理  
           String requestParam = parameterTypes[i].getSimpleName();  
           
           
           if (requestParam.equals("HttpServletRequest")){  
               //参数类型已明确，这边强转类型  
             paramValues[i]=req;
               continue;  
           }  
           if (requestParam.equals("HttpServletResponse")){  
             paramValues[i]=resp;
               continue;  
           }
           if(requestParam.equals("String")){
             for (Entry<String, String[]> param : parameterMap.entrySet()) {
              String value =Arrays.toString(param.getValue()).replaceAll("\\[|\\]", "").replaceAll(",\\s", ",");
               paramValues[i]=value;
            }
           }
       }  
   //利用反射机制来调用
   try {
     method.invoke(this.controllerMap.get(url), paramValues);//第一个参数是method所对应的实例 在ioc容器中
    } catch (Exception e) {
     e.printStackTrace();
   }
 }

 private void  doLoadConfig(String location){
   //把web.xml中的contextConfigLocation对应value值的文件加载到流里面
   InputStream resourceAsStream = this.getClass().getClassLoader().getResourceAsStream(location);
    try {
     //用Properties文件加载文件里的内容
     properties.load(resourceAsStream);
   } catch (IOException e) {
     e.printStackTrace();
   }finally {
     //关流
     if(null!=resourceAsStream){
       try {
         resourceAsStream.close();
       } catch (IOException e) {
         e.printStackTrace();
       }
     }
   }
   
 }
 
 private void doScanner(String packageName) {
   //把所有的.替换成/
   URL url  =this.getClass().getClassLoader().getResource("/"+packageName.replaceAll("\\.", "/"));
    File dir = new File(url.getFile());
   for (File file : dir.listFiles()) {
     if(file.isDirectory()){
       //递归读取包
       doScanner(packageName+"."+file.getName());
     }else{
       String className =packageName +"." +file.getName().replace(".class", "");
       classNames.add(className);
     }
   }
 }
 
 
 
 private void doInstance() {
   if (classNames.isEmpty()) {
     return;
   }  
   for (String className : classNames) {
     try {
       //把类搞出来,反射来实例化(只有加@MyController需要实例化)
       Class<?> clazz =Class.forName(className);
        if(clazz.isAnnotationPresent(MyController.class)){
         ioc.put(toLowerFirstWord(clazz.getSimpleName()),clazz.newInstance());
       }else{
         continue;
       }
       
       
     } catch (Exception e) {
       e.printStackTrace();
       continue;
     }
   }
 }

 private void initHandlerMapping(){
   if(ioc.isEmpty()){
     return;
   }
   try {
     for (Entry<String, Object> entry: ioc.entrySet()) {
       Class<? extends Object> clazz = entry.getValue().getClass();
       if(!clazz.isAnnotationPresent(MyController.class)){
         continue;
       }
       
       //拼url时,是controller头的url拼上方法上的url
       String baseUrl ="";
       if(clazz.isAnnotationPresent(MyRequestMapping.class)){
         MyRequestMapping annotation = clazz.getAnnotation(MyRequestMapping.class);
         baseUrl=annotation.value();
       }
       Method[] methods = clazz.getMethods();
       for (Method method : methods) {
         if(!method.isAnnotationPresent(MyRequestMapping.class)){
           continue;
         }
         MyRequestMapping annotation = method.getAnnotation(MyRequestMapping.class);
         String url = annotation.value();
         
         url =(baseUrl+"/"+url).replaceAll("/+", "/");
         handlerMapping.put(url,method);
         controllerMap.put(url,clazz.newInstance());
         System.out.println(url+","+method);
       }
       
     }
     
   } catch (Exception e) {
     e.printStackTrace();
   }
   
 }

 /**
  * 把字符串的首字母小写
  * @param name
  * @return
  */
 private String toLowerFirstWord(String name){
   char[] charArray = name.toCharArray();
   charArray[0] += 32;
   return String.valueOf(charArray);
 }
 
   
}

这里我们就开发完了自己的SpringMVC，现在我们测试一下：

package com.liugh.core.controller;

import java.io.IOException;

import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;

import com.liugh.annotation.MyController;
import com.liugh.annotation.MyRequestMapping;
import com.liugh.annotation.MyRequestParam;

@MyController
@MyRequestMapping("/test")
public class TestController {
 

 
  @MyRequestMapping("/doTest")
   public void test1(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response,
       @MyRequestParam("param") String param){
    System.out.println(param);
     try {
           response.getWriter().write( "doTest method success! param:"+param);
       } catch (IOException e) {
           e.printStackTrace();
       }
   }
  
  
  @MyRequestMapping("/doTest2")
   public void test2(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response){
       try {
           response.getWriter().println("doTest2 method success!");
       } catch (IOException e) {
           e.printStackTrace();
       }
   }
}

访问http://localhost:8080/liughMVC/test/doTest?param=liugh如下：

自己手写一个SpringMVC框架

访问一个不存在的试试：

自己手写一个SpringMVC框架

到这里我们就大功告成了！

源码地址：https://github.com/qq53182347/liughMVC

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