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Spring的宗旨和关键策略

Spring in Action（Spring实战）的这一章是对Spring进行概述，讲述了Spring的项目宗旨，基本原理和关键策略。并且对Spring框架进行了概览，比较Spring4与之前版本的区别。这一章的读书笔记分为两篇，这一篇是对Spring的项目宗旨，基本原理和关键策略的读书笔记，下一篇对Spring框架进行概览，并比较Spring4与之前版本的区别。

Spring项目的宗旨是简化Java开发，主要使用以下四个关键策略：

• 使用POJO进行轻量化和最小侵入的开发
• 利用依赖注入和面向接口编程，实现松耦合
• 通过面向方面编程以及约定来实现声明式编程
• 通过面向方面编程和模板（template）来消除样板化的重复代码（boilerplate code）

笔者按照POJO、依赖注入、面向方面编程和使用模板四个方面整理了以下笔记。

释放POJO的能量

POJO，全称是plain old Java object，根据维基百科，这个概念是在2000年提出的，用来给简单的对象命名。什么是简单呢，就是不使用任何对象模型（Java object models）、约定（conventions）和框架。理想情况下，一个POJO不能被任何定义限制，它不能被规定要继承特定类，比如：

public class Foo extends javax.servlet.http.HttpServlet { ...

不能被规定要实现特定接口，比如：

public class Bar implements javax.ejb.EntityBean { ...

不能被规定要加上特定标注，比如：

@javax.persistence.Entity public class Baz { ...

而下面这样简单的类才是一个POJO：

public class HelloWorldBean {
  public String sayHello() {
    return "Hello World";
  }
}

然而，由于技术限制，有时候必须使用标注实现某些功能，这时，只要在加标注之前是一个POJO，去掉标注之后仍然是一个POJO,那么这个对象也可以当作是一个POJO。

一个Spring组件（component）可以是任何类型的POJO，Spring尽可能避免其API污染你的程序代码，Spring既不强迫你的代码实现一个Spring定义的接口，也不强迫你的代码继承Spring定义的类。实际上，从你的代码本身看不出是在使用Spring框架。最坏的情况下，就是要在你的代码里一个Spring的标注（anotation），但你的代码仍然是一个POJO。

POJO形式简单，但Spring通过依赖注入将各个POJO组装起来，释放出强大的功能。

依赖注入

Spring做了很多事，但是Spring最重要的是以下两个特性：

• 依赖注入（dependency injection），简称DI
• 面向方面编程（aspect-oriented programming），简称AOP
  这两个特性有着共同的编程思想，就是每个模块或类都专注于自己做的事，尽量做到松耦合，高内聚，尽可能可重用。依赖注入是在实例管理上做到这一点，而面向方面编程是在业务逻辑上做到这一点。

依赖注入这个词，听起来吓人，让人想到复杂的编程技术和设计模式。但其实并不复杂，使用依赖注入后，代码会明显变得简单、易读、容易测试。

依赖注入在处理类与类之间的引用上发挥作用。什么是依赖？类A要使用类B，我们就说类A依赖类B，从编程语言的角度，其实就是引用类B的实例。注入的意思就是，在类A外生成类B的实例，类A直接引用该实例，把主被动态一改，就是将类B的实例注入到类A中。如果不使用依赖注入，类A需要自己维护对B的直接引用（必须是具体的类型而不能是抽象类或接口），也就是要自己初始化一个B的实例。这导致了高度耦合，难以测试。

下面是一个没有使用依赖注入的例子：

// 专门拯救少女的骑士
public class DamselRescuingKnight implements Knight {

    private RescueDamselQuest quest;    // 拯救少女的远征，quest是远征的意思

    // 与RescueDamselQuest高度耦合
    public DamselRescuingKnight() {
        this.quest = new RescueDamselQuest();
    }

    // 执行远征任务
    public void embarkOnQuest() {
        quest.embark();
    }
}

这个例子中，RescueDamselQuest是DamselRescuingKnight自己创建的实例。这里有两点需要注意，第一点，RescueDamselQuest是DamselRescuingKnight自己创建的，而不是其它类传过来的，这样限制了quest的灵活性。第二点，RescueDamselQuest是一个具体类型（而不是抽象类或接口），将”远征“的目的限制在”拯救少女”，与RescueDamselQuest高度（过度）耦合了。因为骑士远征，可能是为了其它目的，比如屠龙、参加圆桌会议等，而由于过度耦合，embarkOnQuest没有办法执行这些任务了。

耦合是把双刃剑，过度耦合导致难以测试，难以复用，难以理解，修改bug容易引起其它bug。另一方面，没有耦合，类对要使用的类一无所知，就无法使用，几乎什么都做不了。所以，耦合是必要的，但要仔细管理。
而使用依赖注入可以很好解决这个问题。第三方工具统一生成和管理实例，以及实例之间的依赖关系。对象本身不需要创建或者获取它们使用的实例。

下面的BraveKnight与DamselRescuingKnight相比，就更加通用。

public class BraveKnight implements Knight {
  private Quest quest;
  public BraveKnight(Quest quest) {
    this.quest = quest;
  }
  public void embarkOnQuest() {
    quest.embark();
  }
}

与DamselRescuingKnight相比，BraveKnight有两个改进的地方。第一，Quest作为参数从其它类传进来，而不是BraveKnight自己创建。第二，quest（出征）的类型为接口，而不是具体的RescueDamselQuest，这样出征的任务就没有被限制。

使用依赖注入进行单元测试

package com.springinaction.knights;
import static org.mockito.Mockito.*;
import org.junit.Test;
public class BraveKnightTest {
  @Test
  public void knightShouldEmbarkOnQuest() {
    Quest mockQuest = mock(Quest.class);
    BraveKnight knight = new BraveKnight(mockQuest);
    knight.embarkOnQuest();
    verify(mockQuest, times(1)).embark();
  }
}

借助于mockito和junit，可以很方便地进行单元测试。首先，利用mockito的mock方法，模拟一个Quest对象。再将这个对象的引用注入到BraveKnight对象中。执行embarkOnQuest方法后，验证是否正好执行一次。从这段代码可以看出，对于BraveKnight而言，Quest是从外部生成，再注入到BraveKnight的。

装配

将应用组件关联起来的动作叫做装配（wiring）。可以使用XML的方式进行配置，也可以使用Java代码。（个人觉得Java的方式更加可读和可维护，这里只记录java方式。）

@Configuration
public class KnightConfig {
  @Bean
  public Knight knight() {
    return new BraveKnight(quest());
  }
  @Bean
  public Quest quest() {
    return new SlayDragonQuest(System.out);
  }
}

这个配置文件为Knight和Quest接口创建了实例，并且将Quest的实例注入到Knight中。也可以说是把Quest装配到Knight中（Quest还可以继续装配到其它bean里）。但是它们是如何加载，又加载到哪里呢？答案是，应用程序的bean是在Spring容器中。将这两个bean注册到应用上下文后，通过应用上下文可以获取到这些bean。

Spring容器

在使用Spring的应用中，所有的对象都存活于Spring容器中。容器创建对象，配置它们，将它们装配在一起，并管理它们从new到finalize的完整生命周期。

Spring容器是Spring框架的核心，Spring容器使用框架来管理应用程序的组件，包括创建组件直接的关联。不存在单一的Spring容器，Spring容器是由可分为两类的一些容器构成。bean工厂（Bean factories，由org.springframework.beans.factory.BeanFactory接口定义）是最简单的容器，为依赖注入提供基础的支持。应用上下文（Application contexts，由org.springframework.context.ApplicationContext接口定义），是一个提供了应用框架层级服务的bean工厂。这些服务包括：从属性文件解析文本，将应用的事件发布到相应的事件监听器等。对于大部分应用来说，bean工厂的级别太低，能做的事太少，所以偏好使用应用上下文。

使用应用上下文

Spring偏好使用应用上下文，以下是主要的上下文：

• AnnotationConfigApplicationContext，从一个或多个Java配置文件中加载Spring应用上下文。
• AnnotationConfigWebApplicationContext，从一个或多个Java配置文件中加载Spring web应用上下文。
• ClassPathXmlApplicationContext，从classpath目录下的一个或多个xml配置文件中加载上下文定义，并且将上下文定义看作classpath的资源。
• FileSystemXmlApplicationContext，从文件系统下的一个或多个xml配置文件中加载上下文定义。
• XmlWebApplicationContext，从web应用程序中的一个或多个xml配置文件中加载上下文定义。

AnnotationConfigWebApplicationContext和ApplicationContext涉及Spring web的内容将在第八章展开，先看FileSystemXmlApplicationContext和ClassPathXmlApplicationContext这两个使用xml加载上下文的例子。这两种方式和从bean工厂加载bean相似。

//使用FileSystemXmlApplicationContext加载applicationContext
ApplicationContext context = new FileSystemXmlApplicationContext("c:/knight.xml");

//使用ClassPathXmlApplicationContext加载applicationContext
ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("knight.xml");

两种方式的区别在于，FileSystemXmlApplicationContext在文件系统里的特定位置查找xml配置文件，而ClassPathXmlApplicationContext在classpathl里（包括jar里）的任何地方查找xml配置文件。

还可以使用java配置的方式，用AnnotationConfigApplicationContext加载上下文。

//使用AnnotationConfigApplicationContext加载applicationContext
ApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(com.springinaction.knights.config.KnightConfig.class);

获取到context之后，可以使用context的getBean()方法获取bean。

public class KnightMain {
  public static void main(String[] args) throws Exception {
    ClassPathXmlApplicationContext context =
        new ClassPathXmlApplicationContext(
            "META-INF/spring/knight.xml");
    Knight knight = context.getBean(Knight.class);
    knight.embarkOnQuest();
    context.close();
  }
}

bean的生命周期

在传统的java应用中，bean的生命周期很简单，用new初始化，不用的时候，垃圾回收机制会自动回收。

生命周期里的每一步，都可以根据需要进行定制。下面分别解释这些步骤。

1. Spring初始化bean。
2. Spring将值和bean的引用注入到bean的属性里。
3. 如果bean实现了BeanNameAware接口，Spring把bean的ID传给setBeanName()方法。
4. 如果bean实现了BeanFactoryAware接口，Spring会调用setBeanFactory方法，将bean factory传入。
5. 如果bean实现了ApplicationContextAware接口，Spring会调用setApplicationContext()方法，将bean的引用传给封闭的应用上下文（application context）。
6. 如果bean实现了BeanPostProcessor接口，Spring会调用这个接口的postProcessBeforeInitialization()方法。
7. 如果bean实现了InitializingBean接口，Spring会调用这个接口的afterPropertiesSet()方法。类似地，如果这个bean使用了初始化方法进行声明,特定的初始化方法也会被调用。
8. 如果bean实现了BeanPostProcessor接口，Spring会调用这个接口的postProcessAfterInitialization()方法。
9. 此时，bean已经在应用上下文（application context）中，可以被应用使用了。当应用上下文销毁时，bean才会被销毁。
10. 如果bean实现了DisposableBean接口，Spring会调用这个接口的destroy方法，同时，如果bean使用了销毁方法进行声明，特定的销毁方法会被调用。

（笔者再说说平时编程时感受到的，依赖注入的一些好处。由于Spring容器将所有的实例统一管理，类A在使用类B时，只需要声明对类B的引用，就可以直接从Spring容器里获取B的实例，不用再重新生成一个B的实例。假定实例范围定义为全局唯一，如果A2也使用类B，也只需要声明对类B的引用，获取同一个实例，依赖注入可以减少重复实例化，避免重复生成实例的开销。依赖注入更大的好处体现在引用具有传递性时，比如类A使用类B，而类B又使用类C。因为从功能上看，类其实是方法的集合，类A可能只使用类B的一个方法，而这个方法并未使用类C。那么实际上在业务和功能上，类A只需要和类B耦合，根本不使用类C。如果没有使用依赖注入，如果类A要使用类B，需要显式地实例化B，而要实例化B，又要先实例化C，特别是在C的构造函数带有参数时，过程令人抓狂。由于各个类之间的引用情况可能非常复杂，引用链可能很长，这个过程会非常痛苦。）

面向方面编程(AOP)

依赖注入实现了组件的松耦合，而面向方面编程可以使用全系统范围的可重用的组件的功能。

面向方面编程将系统的关注点分离。系统由组件构成，各个组件负责自己的功能。但是有时候，组件也要处理一些非核心功能。像日志、事务管理和安全性这样的功能在各个组件中经常出现，而这些组件的核心功能并不是这些功能。

在多个组件里都关注这些非核心功能（的实现），既使得这些功能的代码重复，又使组件的代码被这些代码污染，显得杂乱。

而面向方面编程可以让组件只关心核心功能，实现高内聚，并且确保POJO保持朴素（plain）。

日志、事务和安全等各个方面（aspect）就像一张张毯子，覆盖在各个组件上，毯子只关心自己的业务，不侵入到组件内部，组件也不用关心毯子的存在。

下面的例子是没有使用AOP时，骑士要自己负责在行动前和行动后，提醒歌手唱歌。

public class BraveKnight implements Knight {
  private Quest quest;
  private Minstrel minstrel;
  public BraveKnight(Quest quest, Minstrel minstrel) {
    this.quest = quest;
    this.minstrel = minstrel;
  }
  public void embarkOnQuest() throws QuestException {
      minstrel.singBeforeQuest();
      quest.embark();
      minstrel.singAfterQuest();
  }
}

这样会有一些问题，从业务角度，歌手应该要自己观察骑士的行为，自动唱歌，而不应该是骑士提醒。而且骑士根本不需要知道歌手的存在。从代码角度来说，骑士只管行动就好了，处理唱歌不仅让代码显得杂乱，还要注入minstrel对象，这也导致要检查这个对象是否为null。所以需要将Minstrel配置成方面（aspect），并且进行其它配置，让Minstrel观察骑士的行为，并在适当的时间做适当的事。

<?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/aop
      http://www.springframework.org/schema/aop/spring-aop-3.2.xsd
    http://www.springframework.org/schema/beans
      http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd">
  <bean id="knight" class="com.springinaction.knights.BraveKnight">
    <constructor-arg ref="quest" />
  </bean>
  <bean id="quest" class="com.springinaction.knights.SlayDragonQuest"> <constructor-arg value="#{T(System).out}" />
  </bean>
  <bean id="minstrel" class="com.springinaction.knights.Minstrel">
    <constructor-arg value="#{T(System).out}" />
  </bean>
  <aop:config>
    <aop:aspect ref="minstrel">
      <aop:pointcut id="embark"
        expression="execution(* *.embarkOnQuest(..))"/>
      <aop:before pointcut-ref="embark"
          method="singBeforeQuest"/>
      <aop:after pointcut-ref="embark"
          method="singAfterQuest"/>
    </aop:aspect>
  </aop:config>
</beans>

bean标签定义了各个实例，aop:config标签定义了aop的配置，详细内容会在第四章讲解。

使用模板减少冗余代码

有时候为了相似的功能，一遍又一遍地写相同的代码，这些代码就是样板化的重复代码（boilerplate code）。Java的API中就有很多这样的代码，比如JDBC。

public Employee getEmployeeById(long id) {
  Connection conn = null;
  PreparedStatement stmt = null;
  ResultSet rs = null;
  try {
    conn = dataSource.getConnection();
    stmt = conn.prepareStatement(
          "select id, firstname, lastname, salary from " +
          "employee where id=?");
     stmt.setLong(1, id);
    rs = stmt.executeQuery();
    Employee employee = null;
    if (rs.next()) {
      employee = new Employee();
      employee.setId(rs.getLong("id"));
      employee.setFirstName(rs.getString("firstname"));
      employee.setLastName(rs.getString("lastname"));
      employee.setSalary(rs.getBigDecimal("salary"));
    }
    return employee;
  } catch (SQLException e) {
  } finally {
      if(rs != null) {
        try {
          rs.close();
        } catch(SQLException e) {}
      }
      if(stmt != null) {
        try {
          stmt.close();
        } catch(SQLException e) {}
      }
      if(conn != null) {
        try {
          conn.close();
        } catch(SQLException e) {}
      }
  }
  return null;
}

查询的代码被埋没在JDBC规定的一堆代码里。首先，创建连接，然后创建statement，再查询以获得，还要处理这些过程产生的异常。在这些都做完了之后，还要进行清理，包括关闭结果集，关闭statement，关闭连接，当然，也还要处理这个过程产生的异常。大部分代码都和查询无关，而是来自JDBC的样板化的重复代码（boilerplate code）。不仅是JDBC,JMS、JNDI以及REST服务的使用方的代码，也经常会有重复代码。Spring通过将这些代码包装到template里，来减少样板化的代码。在JDBC方面，Spring使用JdbcTemplate做到这一点。下面是Spring使用SimpleJdbcTemplate的例子。

public Employee getEmployeeById(long id) {
  return jdbcTemplate.queryForObject(
          "select id, firstname, lastname, salary " +
          "from employee where id=?",
          new RowMapper<Employee>() {
            public Employee mapRow(ResultSet rs,
                    int rowNum) throws SQLException {
              Employee employee = new Employee();
              employee.setId(rs.getLong("id"));
              employee.setFirstName(rs.getString("firstname"));
              employee.setLastName(rs.getString("lastname"));
              employee.setSalary(rs.getBigDecimal("salary"));
              return employee;
           }
         },
  id);
}

这段代码将JDBC的那堆样板化的重复代码都交给jdbcTemplate处理，只关注查询任务本身，代码精简，也更加专注。

以上讲解了Spring利用面向POJO开发、依赖注入、面向方面编程和模板，来减少Java开发中代码的复杂性。同时，也展示了如何配置bean以及如何使用XML配置一个方面（aspect）。特别是对依赖注入和面向方面编程有了初步的了解。但是很多内容还是留有疑问，比如装配（wiring）方面的细节，将在第二章和第三章详述，而面向方面编程将在第四章展开。