【开篇 | Spring深度学习】Spring设计理念和整体架构

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Spring概述

Spring 是最流行的企业 Java 应用程序开发框架。 全球数以百万计的开发人员使用 Spring 框架来创建高性能、易于测试和可重用的代码。

Spring 框架是一个开源的 Java 平台。 它最初由 Rod Johnson 编写，并于 2003 年 6 月在 Apache 2.0 许可下首次发布。

在大小和透明度方面，Spring 是轻量级的。 Spring 框架的基本版本约为 2MB。

Spring 框架的核心特性可用于开发任何 Java 应用程序，但也有一些扩展可用于在 Java EE 平台之上构建 Web 应用程序。 Spring 框架旨在通过启用基于 POJO 的编程模型使 J2EE 开发更易于使用并促进良好的编程实践。

Spring的各个子项目

打开Spring官网https://spring.io/，我们可以看到一个完整的围绕Spring核心构建的完整的生态系统，里面除Spring核心外，还有许多丰富的子项目。今天我就带大家开始通过对这些子项目的学习，深入理解Spring的设计架构和实现原理。下面是进入Spring社区，我们可以看到许多个子项目，点击即可进入对应链接学习。

下面我带大家快速了解各个子项目，帮助读者更快的熟悉Spring整个生态。

• Spring Framework（Core）：Spring Framework是一个面向企业级应用程序开发的全面框架，它采用依赖注入、面向切面编程等技术，简化了Java开发，提高了应用程序的性能、灵活性和可维护性，同时还提供了强大的事务管理、MVC框架和数据访问支持，帮助开发人员构建高效、可扩展的应用程序。

• Spring Web Flow：Spring Web Flow是Spring Framework中的一个重要子项目，它提供了一种基于状态驱动的Web应用程序开发框架。它通过引入有状态的流程管理概念，使得开发人员能够更加轻松地处理复杂的用户交互流程。Spring Web Flow允许开发人员通过定义流程的状态和转换来描述应用程序中的工作流程，每个状态代表用户界面上的一个特定页面或一组相关页面，而转换则定义了从一个状态到另一个状态的规则。通过使用Flow Scoped的数据管理方式，每个流程都有独立的数据空间，实现了不同流程之间的数据隔离。Spring Web Flow还提供了丰富的扩展点和集成选项，支持与其他Spring子项目以及第三方库的无缝集成，同时提供了国际化、验证、异常处理等功能，以及方便的测试和调试工具，使开发人员能够更高效地构建复杂而可维护的Web应用程序。

• Spring BlazeDS Integration：Spring BlazeDS Integration是一个Spring Framework的子项目，它提供了与Adobe BlazeDS的集成解决方案。BlazeDS是一个用于开发Flex和Java之间通信的开源产品。Spring BlazeDS Integration提供了一套Spring风格的API和配置选项，使得开发人员可以方便地将基于Spring的Java应用程序与Flex应用程序无缝集成。它提供了灵活的数据传输和远程方法调用机制，支持基于消息的通信和数据推送功能。通过Spring BlazeDS Integration，开发人员可以实现跨平台的数据交互，将Java后端与Flex前端进行高效的交互，加速开发过程并简化代码编写。

• Spring Batch：Spring Batch 是一个轻量级的、完善的，开源的大数据量并行处理框架,旨在帮助企业建立轻量级的、健壮的并⾏处理应用,支 持事务、并发、流程、监控、纵向和横向扩展，提供统⼀的接口管理和任务管理。Spring Batch更多地关注于大规模的批处理任务，例如，它提供了很多方法来读取大型的文件（比如1GB的CSV、XML文件），在数据库中加载或更新几万甚至几十万条记录。试想，一个对大规模批处理并不熟悉的开发者很可能会直接select出所有记录，以至于拖垮整个系统，而使用了Spring Batch，框架会帮助他每次捞取一部分记录进行分页，在更新时分批进行提交……（这些应用的特点是不需要与用户交互，重复的操作量大，对于大容量的批理数据处理而言，这些操作往往要求较高的可靠性）

• Spring Security：Spring Security是一个能够为基于Spring的企业应用系统提供声明式的安全访问控制解决方案的安全框架。它提供了一组可以在Spring应用上下文中配置的Bean，充分利用了Spring IoC，DI（控制反转Inversion of Control ,DI:Dependency Injection 依赖注入）和AOP（面向切面编程）功能，为应用系统提供声明式的安全访问控制功能，减少了为企业系统安全控制编写大量重复代码的工作。

• Spring Hateoas：Spring-Hateoas是一个用于支持实现超文本驱动的 REST Web 服务的开发库。是 HATEOAS 的实现。HATEOAS（Hypermedia as the engine of application state）是 REST 架构风格中最复杂的约束，也是构建成熟 REST 服务的核心。它的重要性在于打破了客户端和服务器之间严格的契约，使得客户端可以更加智能和自适应，而 REST 服务本身的演化和更新也变得更加容易。

• Spring Social：Spring Social 是 Spring 框架的扩展，用来方便开发Web社交应用程序，可通过该项目来创建与各种社交网站的交互，例如 Twitter、Facebook、LinkedIn 和 TripIt 等。
  Spring Social 提供了处理第三方网站用户登录和注册的 Spring MVC 控制器（Controller）的实现，可以自动完成使用社交网络账号登录和注册的功能。
  Spring Social 包括:

  • 一组社交应用模板用于与 Twitter, Facebook, LinkedIn, TripIt, and Greenhouse 进行交互.
  • 一个支持 OAuth 的请求工厂类，使得 RestTemplate 请求支持 OAuth 认证，封装了 OAuth认证细节
  • 一个Web参数解析器用来获取Facebook的User标识并在Spring的MVC控制器中获取访问的令牌

• Spring AMQP：Spring AMQP 是基于 Spring 框架的AMQP消息解决方案，提供模板化的发送和接收消息的抽象层，提供基于消息驱动的 POJO的消息监听等。这个项目支持Java和.NET两个版本。Spring Source旗下的Rabbit MQ（Erlang语言开发）就是一个开源的基于AMQP的消息服务器 。 很大方便我们使用RabbitMQ程序的相关开发。

• Spring mobile：Spring Mobile 是 Spring MVC 的扩展，用于支持移动浏览的小框架，用起来很简单，和spring mvc结合也很方便。自动识别访问的是浏览器，还是手机，还是平板，显示不同的效果，用来简化手机上的Web应用开发，从而为特定的移动终端实现应用定制。

• Spring Cloud：Spring Cloud 为开发者提供了在分布式系统（如配置管理、服务发现、断路器、智能路由、微代理、控制总线、一次性 Token、全局锁、决策竞选、分布式会话和集群状态）操作的开发工具。使用 Spring Cloud 开发者可以快速实现上述这些模式。

• Spring Data：该项目为Spring应用提供使用非关系型数据的能力，比如，当基础数据并非存储在关系数据库中时，又如Map-Reduce中的分布式存储、云计算存储环境等。Spring应用可以考虑使用Spring Data来操作这种数据类型。

Spring的设计目标

通过提供简单、灵活、可扩展的框架来促进Java应用程序的开发。它致力于解决企业级应用程序开发中的常见挑战，如依赖注入、面向切面编程、声明式事务管理等。Spring追求最小侵入性，使得应用程序代码更加清晰、模块化和易于测试。同时，Spring还强调与其他框架和技术的集成，通过提供与大量第三方库和开源项目的无缝集成，为开发人员提供了更大的选择空间。

作为应用平台，Spring通过以下方式实现其平台功能：

• 依赖注入（DI）: Spring使用依赖注入机制来管理应用程序组件之间的依赖关系。通过配置文件或注解，Spring能够自动将依赖项注入到相应的组件中，降低了组件之间的耦合度，使得应用程序更加灵活和可扩展。

• 面向切面编程（AOP）: Spring支持面向切面编程，可以在不修改原有代码的情况下，通过切面来实现横切关注点的处理，如日志记录、事务管理等。这种方式可以提高代码的模块化性和可重用性，同时降低了代码的复杂度。

• 声明式事务管理: Spring提供了声明式事务管理的支持，可以通过简单的配置来管理数据库操作的事务。开发人员可以使用注解或XML配置来指定事务的边界和属性，Spring会自动管理事务的提交和回滚，大大简化了事务管理的工作。

• 框架集成: Spring与许多其他框架和技术进行紧密集成，包括持久化框架（如Hibernate、MyBatis）、消息队列（如ActiveMQ、RabbitMQ）、Web框架（如Spring MVC）等。这样，开发人员可以方便地利用Spring的特性与这些框架进行协同工作，提高开发效率和系统的集成能力。

• 模块化: Spring的设计使得各个功能可以以模块化的方式使用，开发人员可以根据需要选择所需的模块进行集成。这种模块化的设计理念使得Spring在灵活性和可定制性方面具有优势，能够适应不同的应用场景和需求。

Spring整体架构

Spring整体架构师一个分层结构：

Spring的整体架构由以下几个基本组成模块组成：

1. 核心容器（Core Container）：该模块包含了Spring框架的基础功能，主要由BeanFactory和ApplicationContext组成。BeanFactory是Spring的最基本的容器，负责管理和配置应用程序中的对象（即"Bean"），提供了依赖注入（DI）和控制反转（IoC）等核心功能。ApplicationContext是BeanFactory的子接口，除了提供BeanFactory的功能外，还包含了更多的企业级特性，如国际化支持、事件发布和处理、资源加载等。

2. AOP与仪表盘（AOP and Instrumentation）：该模块提供了面向切面编程（AOP）的支持，使得开发人员能够通过声明方式来处理横切关注点，例如日志记录、事务管理、性能监控等。Spring使用代理技术来实现AOP，可以在不修改原有代码的情况下，将切面逻辑织入到目标对象中。此外，该模块还提供了对Java虚拟机（JVM）级别的仪表盘工具的支持，可以实现应用程序性能监控和管理。

3. 数据访问/集成（Data Access/Integration）：该模块提供了对各种数据访问技术的支持，包括JDBC、ORM（如Hibernate、MyBatis）、事务管理等。Spring的数据访问模块简化了数据库操作的开发，提供了统一的接口和异常处理机制，同时支持声明式事务管理。此外，该模块还提供了与其他数据访问技术和第三方库的集成，如JPA、Redis、MongoDB等。

4. Web应用（Web Application）：该模块提供了开发Web应用程序所需的功能和工具。其中，Spring MVC是Spring框架的Web框架，负责处理HTTP请求和响应、页面渲染、表单验证等任务。它基于模型-视图-控制器（MVC）的设计模式，使得开发人员能够将业务逻辑、视图展示和用户请求分离开来，提高了代码的可维护性和可扩展性。除了Spring MVC，该模块还包括对RESTful Web服务、WebSocket等的支持。

5. 测试（Testing）：该模块提供了用于测试Spring应用程序的工具和支持。它包括Mock对象、测试容器、断言库等，使得开发人员能够编写单元测试和集成测试，并进行自动化测试。Spring的测试模块可以与各种测试框架（如JUnit、TestNG）进行集成，提供了方便的测试环境和测试工具。

6. 安全性（Security）：该模块提供了综合的安全性解决方案，用于保护应用程序的安全性。Spring Security是Spring框架中的安全性模块，提供了认证、授权、密码管理、HTTPS支持等功能。开发人员可以轻松地集成Spring Security来实现身份验证、访问控制和安全通信等需求。

除了以上几个基本组成模块外，Spring还包括其他模块，如缓存管理、批处理、调度任务等，可以根据具体需求选择合适的模块进行集成。这些模块相互之间是可插拔的，开发人员可以按需使用，构建出符合自己需求的应用程序。

Spring 的应用场景

Spring是一个轻量级的框架，在Java EE企业应用开发中，使用Spring最为基本场景，也就是熟知的使用大量SSH架构取代传统的EJB开发模式。

Web应用程序开发：Spring框架提供了强大的Web开发支持，包括Spring MVC框架和RESTful Web服务支持。它可以用于构建高性能、可扩展的Web应用程序，并提供对HTTP请求处理、模型-视图-控制器（MVC）的支持。

企业级应用开发：Spring框架为开发企业级应用提供了大量的功能和工具，如依赖注入（DI）、面向切面编程（AOP）、事务管理、数据访问等。它可以简化企业级应用的开发，提高代码的可读性、可重用性和可维护性。

分布式系统开发：Spring框架在分布式系统开发中具有重要作用。它提供了异步消息处理、远程方法调用、分布式缓存和数据访问等功能，帮助开发人员构建可伸缩、可靠的分布式应用程序。

微服务架构：Spring框架与Spring Boot的结合被广泛应用于微服务架构的开发。Spring Boot简化了微服务应用的搭建和配置，而Spring框架提供了对服务注册与发现、负载均衡、熔断器等微服务相关功能的支持。

批处理应用程序开发：Spring框架提供了批处理应用程序开发的支持，包括任务调度、分片处理、错误处理等功能。它可以帮助开发人员轻松构建高效的批处理应用程序。

测试：Spring框架提供了丰富的测试支持，包括模拟对象、测试容器、断言库等。开发人员可以使用Spring框架进行单元测试、集成测试和自动化测试，保证应用程序的质量和稳定性。

总结：

• Spring是非侵入式的框架，目标是使应用程序代码对框架依赖最小化；
• Spring提供一个一致的编程模型，使应用直接使用POJO开发，与运行环境隔离开来；
• Spring推动应用设计风格向面向对象和面向接口开发转变，提高了代码的重用性和可测试性；
• Spring 改进了体系结构的选择，虽然作为应用平台，Spring可以帮助我们选择不同的技术实现。

写在后面：

本专栏是自己深入学习并结合Spring技术内幕一经典图书内容做出的的心得与总结，将其精简编写成一篇专栏供大家学习，希望对新学习Spring框架技术的小伙伴有所帮助。

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