Posted on 2011-10-18 00:20
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Java
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反向控制和面向切面編程在Spring的應(yīng)用
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摘 要 針對傳統(tǒng)的J2EE架構(gòu)方案常常無法讓人滿意：程序過于復(fù)雜，難以測試和維護(hù)成本高。根據(jù)企業(yè)實際需求，本文探討了一種輕量級的J2EE應(yīng)用框架Spring ，它用更加輕量、更加靈活的基礎(chǔ)設(shè)施取代了EJB。在此對Spring背后的反向控制原理和面向切面編程技術(shù)進(jìn)行了比較深入研究，并與傳統(tǒng)實現(xiàn)進(jìn)行對比，顯示了這種框架具有大大降低開發(fā)成本，可測試等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞 Spring；反向控制；面向切面編程；POJO；依賴注入
引言
在J2EE的整個發(fā)展歷程中，現(xiàn)在正是一個非常時刻。從很多方面來說，J2EE都是一個偉大的成功：它成功地在從前沒有標(biāo)準(zhǔn)的地方建立了標(biāo)準(zhǔn)；大大提升了企業(yè)級軟件的開放程度，并且得到了整個行業(yè)和開發(fā)者的廣泛認(rèn)可。然而，J2EE在一些方面已經(jīng)開始捉襟見肘。J2EE應(yīng)用開發(fā)的成本通常很高。J2EE應(yīng)用項目至少和從前的非J2EE項目一樣容易失敗——如果不是更容易失敗的話。這樣的失敗率高得讓人難以接受。在這樣的失敗率之下，軟件開發(fā)幾乎變成了碰運(yùn)氣。而在J2EE遭遇失敗的場景中，EJB通常都扮演著重要的角色。因此，J2EE社群不斷地向著更簡單的解決方案、更少使用EJB的方向發(fā)展[1]。然而，每個應(yīng)用程序都需要一些基礎(chǔ)設(shè)施，拒絕使用EJB并不意味著拒絕EJB所采用的基礎(chǔ)設(shè)施解決方案。那么，如何利用現(xiàn)有的框架來提供這些基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)呢，伴隨著這個問題的提出，一個輕量級的J2EE解決方案出現(xiàn)了，這就是Spring Framework。
Spring是為簡化企業(yè)級系統(tǒng)開發(fā)而誕生的，Spring框架為J2EE應(yīng)用常見的問題提供了簡單、有效的解決方案，使用Spring，你可以用簡單的POJO(Plain Old Java Object)來實現(xiàn)那些以前只有EJB才能實現(xiàn)的功能。這樣不只是能簡化服務(wù)器端開發(fā)，任何Java系統(tǒng)開發(fā)都能從Spring的簡單、可測試和松耦合特征中受益。可以簡單的說，Spring是一個輕量級的反向控制（IoC）和面向切面編程（AOP）容器框架[3]。Spring IoC，借助于依賴注入設(shè)計模式，使得開發(fā)者不用理會對象自身的生命周期及其關(guān)系，而且能夠改善開發(fā)者對J2EE模式的使用；Spring AOP，借助于Spring實現(xiàn)的攔截器，開發(fā)者能夠?qū)崿F(xiàn)以聲明的方式使用企業(yè)級服務(wù)，比如安全性服務(wù)、事務(wù)服務(wù)等。Spring IoC和 Spring ; AOP組合，一起形成了Spring，這樣一個有機(jī)整體，使得構(gòu)建輕量級的J2EE架構(gòu)成為可能，而且事實證明，非常有效。沒有Spring IoC的Spring AOP是不完善的，沒有Spring AOP的Spring IoC是不健壯的。本文是以Spring架構(gòu)的成功的實際商務(wù)系統(tǒng)項目為背景，闡述了反向控制原理和面向切面的編程技術(shù)在Spring框架中的應(yīng)用，同時抽取適量代碼示意具體應(yīng)用，并和傳統(tǒng)開發(fā)模式進(jìn)行對比，展示了Spring framework的簡單，高效，可維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。
1、Spring IoC 1.1 反向控制原理
反向控制是Spring框架的核心。但是，反向控制是什么意思？到底控制的什么方面被反向了呢？2004年美國專家Martin Fowler發(fā)表了一篇論文《Inversion of Control Containers and the Dependency Injection pattern》闡述了這個問題，他總結(jié)說是獲得依賴對象的方式反向了，根據(jù)這個啟示，他還為反向控制提出了一個更貼切的名字：Dependency Injection(DI 依賴注入)。
通常，應(yīng)用代碼需要告知容器或框架,讓它們找到自身所需要的類,然后再由應(yīng)用代碼創(chuàng)建待使用的對象實例。因此，應(yīng)用代碼在使用實例之前，需要創(chuàng)建對象實例。然而，IoC模式中,創(chuàng)建對象實例的任務(wù)交給IoC容器或框架(實現(xiàn)了IoC設(shè)計模式的框架也被稱為IoC容器)，使得應(yīng)用代碼只需要直接使用實例，這就是IoC。相對IoC 而言，“依賴注入”的確更加準(zhǔn)確的描述了這種設(shè)計理念。所謂依賴注入，即組件之間的依賴關(guān)系由容器在運(yùn)行期決定，形象的來說，即由容器動態(tài)的將某種依賴關(guān)系注入到組件之中。
1.2 IoC在Spring中的實現(xiàn)
任何重要的系統(tǒng)都需要至少兩個相互合作的類來完成業(yè)務(wù)邏輯。通常，每個對象都要自己負(fù)責(zé)得到它的合作（依賴）對象。你會發(fā)現(xiàn)，這樣會導(dǎo)致代碼耦合度高而且難于測試。使用IoC，對象的依賴都是在對象創(chuàng)建時由負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)系統(tǒng)中各個對象的外部實體提供的，這樣使軟件組件松散連接成為可能。下面示意了Spring IoC 應(yīng)用，步驟如下：
（1）定義Action接口，并為其定義一個execute方法，以完成目標(biāo)邏輯。多年前，GoF在《Design Pattern：Elements of Reusable Object-Oriented Software》一書中提出“Programming to an Interface，not an implementation”的原則，這里首先將業(yè)務(wù)對象抽象成接口，正是為了實施這個原則。
（2）類UpperAction實現(xiàn)Action接口，在此類中，定義一個String型的域message，并提供相應(yīng)的setter和getter方法，實現(xiàn)的execute方法如下：
public String execute (String str) {
return (getMessage () + str).toUpperCase () ;
} |
（3）編寫Spring配置文件（bean.xml）
＜beans＞
＜bean id="TheAction" class="net.chen.spring.qs.UpperAction"＞
＜property name="message"＞
＜value＞HeLLo＜/value＞
＜/property＞
＜/bean＞
＜/beans＞ |
（4）測試代碼
public void testQuickStart () {
ApplicationContext ctx=new
FileSystemXmlApplicationContext ("bean.xml");
Action a= (Action) ctx.getBean ("TheAction");
System.out.println (a. execute ("Rod Johnson"));
} |
上面的測試代碼中，我們根據(jù)"bean.xml"創(chuàng)建了一個ApplicationContext實例，并從此實例中獲取我們所需的Action實現(xiàn)，運(yùn)行測試代碼，我們看到控制臺輸出：
仔細(xì)觀察一下上面的代碼，可以看到：
（1）我們的組件并不需要實現(xiàn)框架指定的接口，因此可以輕松的將組件從Spring中脫離，甚至不需要任何修改，這在基于EJB框架實現(xiàn)的應(yīng)用中是難以想象的。
（2）組件間的依賴關(guān)系減少，極大改善了代碼的可重用性。Spring的依賴注入機(jī)制，可以在運(yùn)行期為組件配置所需資源，而無需在編寫組件代碼時就加以指定，從而在相當(dāng)程度上降低了組件之間的耦合。
Spring給我們帶來了如此這般的好處，那么，反過來，讓我們試想一下，如果不使用Spring框架，回到我們傳統(tǒng)的編碼模式，情況會是怎樣呢？
首先，我們必須編寫一個配置文件讀取類，以實現(xiàn)Message屬性的可配置化。
其次，得有一個Factory模式的實現(xiàn)，并結(jié)合配置文件的讀寫完成Action的動態(tài)加載。于是，我們實現(xiàn)了一個ActionFactory來實現(xiàn)這個功能：
public class ActionFactory {
public static Action getAction (String actionName) {Properties pro = new Properties ();
try {
pro.load (new FileInputStream ("config.properties"));
String actionImplName =(String)pro.get(actionName);
String actionMessage =(String) pro.get (actionName+"_msg");
Object obj =Class.forName (actionImplName).newInstance ();
BeanUtils.setProperty(obj,"message",actionMessage);
return (Action) obj;
} catch (FileNotFoundException e) {
……
}
} |
配置文件則采用properties文件形式如下所示：
TheAction=net.chen.spring.qs.UpperAction
TheAction_msg=HeLLo |
測試代碼也作相應(yīng)修改。現(xiàn)在不論實現(xiàn)的好壞，總之通過上面新增的多行代碼，終于實現(xiàn)了類似的功能。如果現(xiàn)在有了一個新的需求，這樣這個ActionFactory每次都新建一個類的實例，顯然這對系統(tǒng)性能不利，考慮到我們的兩個Action都是線程安全的，修改一下ActionFactory，保持系統(tǒng)中只有一個Action實例供其它線程調(diào)用。另外Action對象創(chuàng)建后，需要做一些初始化工作。修改一下ActionFactory，使其在創(chuàng)建Action實例之后，隨即就調(diào)用Action.init方法執(zhí)行初始化。Action的處理這樣就差不多了。下面我們來看看另外一個Factory
……
往往這些系統(tǒng)開發(fā)中最常見的需求，會導(dǎo)致我們的代碼迅速膨脹，而Spring IoC的出現(xiàn)，則大大緩解了這樣的窘境。通過以上實例，可以看出，Spring IoC為我們提供了如下幾方面的優(yōu)勢：
（1）應(yīng)用組件不需要在運(yùn)行時尋找其協(xié)作者，因此更易于開發(fā)和編寫應(yīng)用；
（2）由于借助于IoC容器管理組件的依賴關(guān)系，使得應(yīng)用的單元測試和集成測試更利于展開；
（3）通常，在借助于IoC容器關(guān)系業(yè)務(wù)對象的前提下，很少需要使用具體IoC容器提供的API，這使得集成現(xiàn)有的遺留應(yīng)用成為可能。
因此，通過使用IoC能夠降低組件之間的耦合度，最終，能夠提高類的重用性，利于測試，而且更利于整個產(chǎn)品或系統(tǒng)集成和配置。
2、Spring AOP
2.1 面向切面編程基礎(chǔ)
通常，系統(tǒng)由很多組件組成，每個組件負(fù)責(zé)一部分功能，然而，這些組件也經(jīng)常帶有一些除了核心功能之外的附帶功能 。系統(tǒng)服務(wù)如日志、事務(wù)管理和安全經(jīng)常融入到一些其他功能模塊中。這些系統(tǒng)服務(wù)通常叫做交叉業(yè)務(wù)，這是因為它們總是分布在系統(tǒng)的很多組件中。通過將這些業(yè)務(wù)分布在多個組件中，給我們的代碼引入了雙重復(fù)雜性。
(1) 實現(xiàn)系統(tǒng)級業(yè)務(wù)的代碼在多個組件中復(fù)制。這意味著如果你要改變這些業(yè)務(wù)邏輯，你就必須到各個模塊去修改。就算把這些業(yè)務(wù)抽象成一個獨(dú)立模塊，其它模塊只是調(diào)用它的一個方法，但是這個方法調(diào)用也還是分布在很多地方。
(2) 組件會因為那些與自己核心業(yè)務(wù)無關(guān)的代碼變得雜亂。一個向地址錄中添加條目的方法應(yīng)該只關(guān)心如何添加地址，而不是關(guān)心它是不是安全或支持事務(wù)的。
此時，我們該怎么辦呢？這正是AOP用得著的地方。AOP幫助我們將這些服務(wù)模塊化，并把它們聲明式地應(yīng)用在需要它們的地方，使得這些組件更加專注于自身業(yè)務(wù)，完全不知道其它涉及到的系統(tǒng)服務(wù)。
這里的概念切面，就是我們要實現(xiàn)的交叉功能，是應(yīng)用系統(tǒng)模塊化的一個方面或領(lǐng)域。切面的最常見例子就是日志記錄。日志記錄在系統(tǒng)中到處需要用到，利用繼承來重用日志模塊是不合適的，這樣，就可以創(chuàng)建一個日志記錄切面，并且使用AOP在系統(tǒng)中應(yīng)用。下圖展示了切面應(yīng)用方式
圖表 1 應(yīng)用切面
其中，通知Advice是切面的實際實現(xiàn)。連接點(diǎn)Joinpoint是應(yīng)用程序執(zhí)行過程中插入切面的地點(diǎn)，這個地點(diǎn)可以是方法調(diào)用，異常拋出，甚至可以是要修改的字段，切面代碼在這些地方插入到你的應(yīng)用流程中，添加新的行為。切入點(diǎn)Pointcut定義了Advice應(yīng)該應(yīng)用在那些連接點(diǎn)，通常通過指定類名和方法名，或者匹配類名和方法名式樣的正則表達(dá)式來指定切入點(diǎn)。
2.2 AOP在Spring中的實現(xiàn)
基于AOP，業(yè)界存在各種各樣的AOP實現(xiàn)，比如，JBoss AOP、Spring AOP、AspectJ、Aspect Werkz等。各自實現(xiàn)的功能也不一樣。AOP實現(xiàn)的強(qiáng)弱在很大程度上取決于連接點(diǎn)模型。目前，Spring只支持方法級的連接點(diǎn)。這和一些其他AOP框架不一樣，如AspectJ和JBoss，它們還提供了屬性接入點(diǎn)，這樣可以防止你創(chuàng)建特別細(xì)致的通知，如對更新對象屬性值進(jìn)行攔截。然而，由于Spring關(guān)注于提供一個實現(xiàn)J2EE服務(wù)的框架，所以方法攔截可以滿足大部分要求，而且Spring的觀點(diǎn)是屬性攔截破壞了封裝，讓Advice觸發(fā)在屬性值改變而不是方法調(diào)用上無疑是破壞了這個概念。
Spring的AOP框架的關(guān)鍵點(diǎn)如下：
（1）Spring實現(xiàn)了AOP聯(lián)盟接口。在Spring AOP中，存在如下幾種通知（Advice）類型
Before通知：在目標(biāo)方法被調(diào)用前調(diào)用，涉及接口org.springframework.aop.MethodBeforeAdvice;
After通知：在目標(biāo)方法被調(diào)用后調(diào)用，涉及接口為org.springframework.aop.AfterReturningAdvice;
Throws通知：目標(biāo)方法拋出異常時調(diào)用，涉及接口org.springframework.aop.MethodBeforeAdvice;
Around通知：攔截對目標(biāo)對象方法調(diào)用，涉及接口為org.aopalliance.intercept.MethodInterceptor。
（2）用java編寫Spring通知，并在Spring的配置文件中，定義在什么地方應(yīng)用通知的切入點(diǎn)。
（3）Spring的運(yùn)行時通知對象。代理Bean只有在第一次被應(yīng)用系統(tǒng)需要的時候才被創(chuàng)建。如果你使用的是ApplicationContext，代理對象在BeanFactory載入所有Bean的時候被創(chuàng)建。Spring有兩種代理創(chuàng)建方式。如果目標(biāo)對象實現(xiàn)了一個或多個接口暴露的方法，Spring將使用JDK的java.lang.reflect.Proxy類創(chuàng)建代理。這個類讓Spring動態(tài)產(chǎn)生一個新的類，它實現(xiàn)所需的接口，織入了通知，并且代理對目標(biāo)對象的所有請求。如果目標(biāo)對象沒有實現(xiàn)任何接口，Spring使用CGLIB庫生成目標(biāo)對象的子類。在創(chuàng)建這個子類的時候，Spring將通知織入，并且將對目標(biāo)對象的調(diào)用委托給這個子類。此時，需要將Spring發(fā)行包lib/cglib目錄下的JAR文件發(fā)布到應(yīng)用系統(tǒng)中。
2.3 Spring AOP的優(yōu)勢
借助于Spring AOP，Spring IoC能夠很方便的使用到非常健壯、靈活的企業(yè)級服務(wù)，是因為Spring AOP能夠提供如下幾方面的優(yōu)勢：
（1）允許開發(fā)者使用聲明式企業(yè)服務(wù)，比如事務(wù)服務(wù)、安全性服務(wù)；EJB開發(fā)者都知道，EJB組件能夠使用J2EE容器提供的聲明式服務(wù)，但是這些服務(wù)要借助于EJB容器，而Spring AOP卻不需要EJB容器，借助于Spring的事務(wù)抽象框架就可以這些服務(wù)。
（2）開發(fā)者可以開發(fā)滿足業(yè)務(wù)需求的自定義切面；
（3）開發(fā)Spring AOP Advice很方便。因為這些AOP Advice僅是POJO類，借助于Spring提供的ProxyFactoryBean,能夠快速的搭建Spring AOP Advice。
3、結(jié)語
本文詳細(xì)闡述了Spring背后的IoC原理和AOP技術(shù)，以實際成功項目為背景，抽取簡短片斷，展示了Spring架構(gòu)J2EE應(yīng)用系統(tǒng)的原理。Spring IoC借助于依賴注入機(jī)制，減輕了組件之間的依賴關(guān)系，同時也大大提高了組件的可移植性，組件得到了更多的重用機(jī)會。借助于Spring AOP，使得開發(fā)者能聲明式、基于元數(shù)據(jù)訪問企業(yè)級服務(wù)，AOP合理補(bǔ)充了OOP技術(shù)，Spring AOP合理地補(bǔ)充了Spring IoC容器。Spring IoC與Spring AOP組合，使得Spring成為成功的J2EE架構(gòu)框架，并能與標(biāo)準(zhǔn)的EJB等標(biāo)準(zhǔn)對抗，EJB不再是必需品。Spring已經(jīng)沖入了J2EE的核心，將引領(lǐng)整個J2EE開發(fā)、架構(gòu)的方向。
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原文鏈接：
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