了解play框架

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     Play 框架是一个完整的Web应用开发框架，覆盖了Web应用开发的各个方面。Play 框架在设计的时候借鉴了流行的 Ruby on Rails 和 Grails 等框架，又有自己独有的优势。使用 Play 框架可以方便和高效的开发出 Java Web 应用。通过 Play 框架提供的命令行工具，可以快速的创建出一个 Web 应用的基本骨架。它的 Java 代码动态编译机制，使得修改代码之后，不需要重启服务器就可以直接看到修改之后的结果，调试起来非常方便。它使用 JPA 规范来完成领域对象的持久化，可以很方便的使用不同的关系数据库作为后台存储。使用 Play 框架可以很容易的构建使用 REST 架构风格的应用。它使用 Groovy 作为视图层模板使用的表达式语言。模板之间的继承机制也可以避免代码的重复。总的来说，Play 框架非常适合快速 Web 应用开发。

　　Play 框架采用经典的 MVC 架构，把 Web 应用分成模型层、控制层和视图层三个层次。每个层次对应的文件被存放在不同的目录下面，方便组织和管理。使用 Play 框架的 Web 应用具有相同的目录结构，如图1所示。

　　图1：使用Play框架的Web应用的目录结构

　　如图1所示，应用自身的文件被放在 app 目录下面，三个子目录分别存放的是 MVC 模式的三个层次的内容。其中 models 和controllers 目录下面是 Java 源文件，而 views 目录下面则是视图层使用的模板文件。conf 目录下面存放的是应用的配置文件、HTTP 路由文件和国际化所需的消息文件。public 目录则是存放 Web 应用的静态文件，包括 JavaScript、CSS 和图像文件等。lib目录存放所需的额外的 Java 库。test 目录存放的是测试结果。
　　开发环境
　　本文中使用的 Play 框架的版本是 1.0.3.1，使用的集成开发环境是 Eclipse 3.6， 使用 Dojo 作为 JavaScript 框架。在 Play 框架官方网站下载 Play 框架的压缩包之后，解压到某个目录，并把该目录下面的 bin 目录添加到环境变量中。接着启动一个命令窗口，运行 play new developers_notebook 就可以创建出一个新的名为 developers_notebook 的 Web 项目。在项目目录的父目录下面，运行 play eclipsify developers_notebook 就可以创建出来 Eclipse 工程。通过 Eclipse 导入此工程就可以在 Eclipse 里面进行开发了。Play 框架的 support 目录下的 eclipse 目录下有个名为 org.playframework.playclipse 的 Eclipse 插件，将此插件复制到 Eclipse 的 plugins 目录就可以安装。运行 play run 就可以运行此 Web 应用，访问 http://localhost:9000就可以看到。每次在 Eclipse 里面修改了代码之后，不需要重新启动应用，只需要刷新页面就能看到更新之后的结果。这是 Play 框架的一个非常方便的特性。
　　本文中的示例应用称为“开发人员记事本”。开发人员可以用它来记录开发过程中的一些注意事项。下面首先介绍 Play 框架中的模型层。
　　模型层
　　模型层包含的是 Web 应用中的领域对象。Play 框架推荐的实践是模型层的对象不应该是仅包含 getter/setter 方法的简单 Java Beans，而应该有自己的业务逻辑。Play 框架中应用的模型层类可以是任何的 Java 类。与一般的 Java Beans 不同的是，模型层类使用声明为 public 的域作为对象的属性。Play 框架会自动生成相应的 getter/setter 方法。这样可以使得代码更加简洁。开发人员也可以提供自己的 getter/setter 方法实现。
　　领域对象持久化
　　领域对象的实例一般需要持久化下来。最常见的持久化方式就是使用关系数据库。Play 框架使用 JPA 规范来进行领域对象的持久化。具体的后台实现使用的是 Hibernate。开发人员只需要使用 JPA 规范定义的标注，就可以声明领域的持久化行为。比较好的做法是将领域对象类继承自 Play 框架提供的 play.db.jpa.Model 类。play.db.jpa.Model 类提供了一个域 id作为对象的标识符，也是对应的数据库表中的主键。play.db.jpa.JPASupport 类是 play.db.jpa.Model的父类，提供了一些实用方法用来完成从领域对象到数据库之间的映射。表 1 中列出了一些重要的方法，包括常用的增删改查操作。

▲表1：play.db.jpa.JPASupport API 说明

       
　　表1中列出的方法中，find() 和 all() 方法的返回值是 play.db.jpa.JPASupport.JPAQuery 类的实例，表示一个领域对象实例的查询结果。对于此查询结果，可以进行进一步的操作。具体的操作，如表2所示。

▲表2：play.db.jpa.JPASupport.JPAQuery API 说明

 
　　使用表2中给出的方法，就可以在领域对象类中添加一些非常实用的方法，而不需要把这些方法添加到额外的服务层中。在示例应用中，Note这个领域对象类表示的是用户添加的记录。如下代码给出了Note类中的一些实用方法。
　　领域对象类中的实用方法
// 创建新的领域对象 Note 的实例，edit() 方法的使用与 create() 类似
Map params = new HashMap();
params.put("note.title", new String[] {"My note"});
params.put("note.content", new String[] {"My note's content"});
Note.create(Note.class, "note", params).save();
// 使用 find() 来进行查找
List notes = Note.find("byTitle", "My note").fetch();
// 使用 findById() 来查找单个实例
Note note1 = Note.findById(1);
// 使用 delete() 来删除对象实例
Note.delete("byTitle", "My note");
// 返回查询结果中的第 2 到第 11 条记录。
Note.find("byTitle", "My note").from(1).fetch(10);
　　在介绍完 Play 框架的模型层之后，下面介绍控制层。

　　控制层
　　Play 框架中的控制层是模型层和视图层之间的桥梁。控制层负责接收 HTTP 请求并返回相应的响应。一般来说，控制层的典型实现是接收到 HTTP 请求之后，从请求中获取一些参数，再调用服务层对应的处理方法。服务层的方法会对领域对象进行操作，完成具体的业务逻辑。最后，某种格式的响应被返回给请求者，如 HTML 页面、JSON 数据和 XML 数据等。Play 框架的控制层实现使得完成这样的典型场景变得非常简单。
　　Play 框架中的每个控制器都是一个普通的 Java 类，继承自 play.mvc.Controller 类，在包 controllers 中。控制器类中的每个公开的静态方法都表示一个动作。每个动作负责完整的请求 / 响应的流程，也就是说，所有前面提到的所有请求/响应的过程都需要在每个动作中来完成。
　　参数绑定
　　在控制层实现中很繁琐但是必不可少的操作就是解析 HTTP 请求中的参数。不同的 Web 开发框架会提供自己的参数解析方式。Play 框架也提供了相应的支持。Play 框架可以解析 HTTP 请求中查询字符串和 URI 路径中包含的以及请求体中以格式编码的参数。所有这些参数都放在 params 对象中，其中包含 get()、getAll() 和 put() 等方法用来获取和设置参数的值。除了这种传统的使用方式之外，Play 框架还支持直接把参数的值绑定到动作方法的参数上面。比如一个动作方法的声明是 show(String username)，那么请求中的参数 username 的值会在 show() 方法被调用时作为实际参数传递进去。Play 框架会负责完成相应的类型转换。值得一提的是对于日期类型(java.util.Date)的参数，Play 框架支持多种类型的日期格式的转换。比如动作方法的声明是 display(Date postedAt)，而请求的格式可能是 /display?postedAt=2010-09-22，Play 框架会自动完成相应的类型转换。
　　除了常见的基本数据类型之外，Play 框架还支持直接绑定领域对象的实例。比如动作方法的声明是 create(Note note)，可以在参数中直接指定对象实例的属性的值。请求的格式可能是 /create?title=Note123&content=Good。Play 框架会负责创建一个 Note 类的实例，并根据参数的值设置该实例的属性 title 和 content 的值。这种绑定方式不仅支持简单对象，还支持嵌套对象和列表。比如/create?tags[0]=ajax&tags[1]=web 可以设置列表类型属性 tags 的值。
　　Play 框架的这种绑定方式还支持文件对象，使得上传文件变得非常简单。只需要在表单中添加文件上传的控件（<input type="file">）并使用 multipart/form-data编码来提交请求，在动作方法的参数中就可以获取到上传文件对应的 java.io.File 对象。比如动作方法的声明可能是 upload(File picture)。上传的文件被保存在临时目录中，在请求完成之后会被自动删除。可以在动作方法中完成对上传文件的操作。
　　返回响应结果
　　在控制层的动作方法完成了与业务逻辑相关的处理之后，需要把响应返回给客户端。响应的结果可能是正确完成，也可能是出现错误。Play 框架提供了方便的实现用来返回不同类型的响应。使用 play.mvc.Controller 类提供的不同方法就可以生成这些响应内容。
　　请求正确完成，HTTP 状态代码为 200。使用 ok() 方法生成不带内容的响应。使用 render() 方法来生成使用模板的响应。使用 renderText() 方法生成 text/plain 类型的纯文本响应。使用 renderXml() 方法生成 text/xml 类型的 XML 格式的响应。使用 renderJSON() 方法生成 application/json 类型的 JSON 格式的响应。使用 renderBinary() 方法生成二进制内容的响应。
　　跳转到新的页面，HTTP 状态代码为 3XX。使用 redirect() 方法来跳转到新的 URL。使用 notModified() 方法来返回状态代码 304。
　　HTTP 状态代码 4XX。使用 unauthorized() 方法返回状态代码 401。使用 forbidden() 方法返回状态代码 403。使用notFound() 方法返回状态代码 404。
　　服务器内部错误，HTTP 状态代码 5XX。使用 error() 方法返回状态代码 500。
　　从上面列出的方法可以看出，Play 框架使用一些有意义的方法名称替换掉了难以记忆的 HTTP 状态代码，使用起来更加方便。同时，对于常见的响应格式，包括 HTML、XML、JSON 和二进制内容，都提供了相应的方法，使得开发人员不会遗漏掉响应中 Content-Type 的声明。
　　方法拦截
　　控制层的方法通常需要执行一些横切的逻辑，比如用户认证、加载通用信息和记录日志等。在 Spring 框架中，这些横切的逻辑是通过面向方面编程(AOP)的支持来实现的。Play 框架提供了更加简单易用的方法拦截支持，通过简单的标注就可以定义一些执行拦截操作的方法。这些方法必须非公开的静态方法。Play 框架支持的方法拦截标注有 @Before、@After、@Finally 和 @With 等四种。
　　用 @Before 标注的方法在动作方法执行之前被调用。@After 标注的方法在动作方法执行之后被调用。@Finally 标注的方法在动作方法的响应结果已经成功生成之后被调用。这三个标注都支持额外的两个属性：priority 表示标注的方法的优先级，0 为最高;unless是一个字符串数组，表示不适用此拦截方法的动作方法的名称。如 @Before(unless="index") 表示此拦截方法不会应用在动作方法index() 上。
　　如果控制器类中存在继承体系结构的话，父类中声明的拦截方法对于所有子类的动作方法都是适用的。在有些情况下，开发人员可能希望把拦截方法定义在不同的类体系结构中。由于 Java 不支持多继承，无法通过继承的方式来应用来自不同类体系结构上的拦截方法。针对这种情况，Play 框架提供了 @With 标注。在控制器类 ControllerA 中定义的拦截方法可以通过 @With 标注来应用到另外一个控制器类 ControllerB 上，而且不通过继承方式来实现。只需要在 ControllerB 中声明 @With(ControllerA.class) 即可。
　　在介绍完 Play 框架的控制层之后，下面介绍视图层。
　　视图层
　　Web 开发框架的使用者都习惯于使用某种模板技术来生成 HTML 页面，这些技术包括常见的 JSP、ASP 和 PHP 等。Play 框架也提供了自己的模板技术，可以用来动态的创建 HTML、XML、JSON 以及其它文本类型的内容。Play 框架的模板技术使用的是 Groovy 语言。Groovy 语言的灵活性和简洁性使得 Play 框架的模板简单而且易用。在模板中可以混用静态内容和生成动态内容的各种元素。在模板中可以使用的动态元素如表3所示。

▲表3：模板中可用的动态元素
　　Play 框架中的标签的作用相当于 JSP 中的标签。Play 框架本身提供一些常用的标签，开发人员也可以根据需要开发自己的标签。Play 框架内置提供的标签说明如表4所示。

▲表4：Play 框架提供的标签

　　在模板中可以使用来自不同地方的变量。首先是在模板生成的时候，由控制器中的动作方法通过 renderArgs 对象来添加的。如renderArgs.put("username", "Alex") 就把一个变量 username 添加到了模板中。其次是一些隐含的变量，如 request 表示当前的 HTTP 请求，session 表示当前的会话，params 表示请求中的参数和 out 表示用来输出响应的 java.io.Writer 对象。最后就是可以通过 #{set} 来设置变量。
　　模板的继承
　　Play 框架中可以使用 #{extends} 和 #{doLayout} 来实现模板之间的继承。模板的继承机制对于实现灵活的页面布局很有帮助。一个模板可以定义清楚页面的基本布局结构，其它模板可以继承此模板并添加具体的内容。这样就可以避免在不同模板中重复相同的页面元素。
　　在父模板中可以包含任意的内容。在需要由子模板填充的位置，使用 #{doLayout /} 进行声明即可。在子模板中通过 #{extends} 来声明所继承的模板。如 #{extends 'main.html'} 就声明继承自模板 main.html。当子模板被生成之后，将包含父模板中的内容。而子模板中只需要定义扩展的内容即可。
　　自定义标签
　　Play 框架自身提供的标签只能解决一些常见的需求，很多时候开发人员需要根据需要开发出自己的标签。一个标签的定义非常简单，就是一个模板文件。模板文件被存放在 app/views/tags目录下，文件的名称就是标签的名称。在标签对应的模板里面，开发人员可以添加任意的内容。标签也是支持传入参数的。在标签对应的模板文件中可以用在参数名称前面加上 _ 的方式来引用参数的值。比如一个标签在使用时的方式是 #{myTag name:'Alex' /}，那么在该标签的模板文件中，就可以用 ${_name} 来引用参数 name 的值。有些标签是支持在使用的时候添加标签体的，如 #{anotherTag} 测试文字 #{/anotherTag}。对于这种情况，在标签的模板文件中可以用 #{doBody} 来引用标签体中的内容。
　　在介绍完 Play 框架的视图层之后，下面介绍 HTTP 路由。

　　HTTP 路由
　　在前面介绍过，Play 框架中的控制器用来接受 HTTP 请求并返回相应的响应。这个过程的重要一环就是 HTTP 请求的 URI 与控制器之间的映射关系。Play 框架提供了灵活的 HTTP 路由功能来完成这个映射。路由信息被保存在 config/routes 文件中，采用简单的方式进行声明。每条路由记录包含 3 个元素，分别是 HTTP 方法的名称、匹配的 URI 模式以及对应的控制器动作方法。路由记录表示的含义是当使用给定的 HTTP 方法来请求对应模式的 URI 的时候，控制器动作方法就会被调用。
　　Play 框架支持的 HTTP 方法有 GET、POST、PUT、DELETE 和 HEAD。使用通配符 *可以匹配任何方法。在 URI 模式的声明中可以使用正则表达式来表示复杂的映射规则。URI 模式中还可以使用 {...} 来声明动态的部分。每个动态部分都是有名称的，可以在控制器动作方法中通过 params 对象来获取。比如，/notes/home 这样的 URI 模式会匹配 /notes/home，但是 /notes/{id} 可以匹配 /notes/123和 /notes/abc，而且 URI 模式中 /notes/ 后面的部分可以作为参数 id 的值被获取到。URI 模式 /notes/{<[0-9]+>id} 使用了正则表达式，只会匹配 /notes/后面紧跟的全是数字的情况。在声明控制器的动作方法的时候，需要使用带名称空间的全名，如myapp.Notes.show。有些动作方法是带参数的，可以在声明的时候预先绑定一些参数值，这样可以方便的添加一些 URI 别名。比如动作方法 Notes.show() 有一个参数 id 用来指明要显示的内容的 ID。如果参数 id 的值为 0，则会显示所有内容的一个列表。这样的话，就可以定义一个类似 GET /notes/all Notes.show(id:0) 的路由声明。这样暴露出来的 URI 更加简洁和易于记忆。
　　在路由文件中的路由声明是按照从上到下的优先级来进行匹配的。比较具体的 URI 模式应该放在比较通用的模式之前。对于静态文件，可以通过一个特殊的动作方法 staticDir 进行声明。比如 GET /files staticDir:files 就声明了 files 目录中包含的是静态文件。
　　在介绍完 HTTP 路由之后，下面介绍 Play 框架独特的无状态的体系结构。
　　无状态的体系结构
　　HTTP 协议本身就被设计成无状态的，采用请求 / 响应的模式。不同的请求之间并不存在相互关系。但是这种架构模式在开发某些 Web 应用的时候不是很方便。有些应用要求用户进行认证登录之后才能进行某些操作。同样的 URL，认证和未认证用户看到的内容是不同的。而且用户认证成功之后，他应该在一段时间内保持这种认证状态。否则的话，用户每次都需要输入用户名和密码才能访问受限的内容。对于这种情况，很多 Web 开发框架提供了会话的支持，允许应用保存一些与会话相关的数据。Java Servlet 规范中的javax.servlet.http. HttpSession 就是一种会话的接口。应用的服务器会负责维护每个会话相关的数据。这些数据可以通过一个会话 ID 来进行标识。这个标识会利用浏览器的 cookie 机制保存在浏览器端，也可以作为请求 URL 的参数来传递。服务器端通过此标识来识别每个会话。在处理相应的请求的时候，就可以根据会话 ID 来获取保存在服务器端上的会话数据。会话机制的问题是会影响应用的可伸缩性。如果一个应用使用多台服务器的话，就需要额外的机制来保证同一用户在不同机器上面的会话是同步的。而无状态的实现则不存在这个问题，对于某一个请求，由不同机器来处理的结果都是相同的。
　　Play 框架的设计架构就是无状态的。它没有提供服务器端的机制用来维护跨多个请求的数据。如果确实需要保存这样的数据的话，可以考虑下面几种方案：
　　保存在 Session 或 Flash 作用域中。Play 框架中仍然有会话的机制，但是并没有提供在服务器端保存会话数据的能力。会话数据是保存在浏览器的 cookie 中的，由浏览器在每次请求的时候自动发送。通过这种方式来达到维护会话数据的目的。由于会话数据是保存在 cookie 中，其大小是有限制的，一般不能超过 4K 字节，而且只能保存字符串类型的数据。Flash 作用域和会话一样，也是通过 cookie 来保存的。所不同的是，Flash 作用域中的数据只在下次请求中是有效的。
　　保存在持久化的数据存储中，如数据库中。如果需要在多个请求中使用同一个领域对象的话，可以把这个对象的 ID 保存在 Session 或 Flash 作用域中，而在控制器动作方法中使用此 ID 来从数据库中查询相应的对象。
　　保存在暂时性数据存储中，如缓存中。Play 框架内置了缓存的支持，通过调用类 play.cache.Cache 就可以对缓存进行操作。与使用持久化存储类似，缓存中的键的值可以保存在 Session 或 Flash 作用域中。
　　对于熟悉了 Java Servlet 规范的开发人员来说，需要一些时间来适应 Play 框架的这种无状态的体系结构。不过这种结构对于应用的可伸缩性来说，确实是非常有好处的。
　　介绍完无状态的体系结构之后，下面介绍一些其它话题。
　　测试
　　Play 框架对应用的测试也提供了良好的支持。Play 框架一共支持三种类型的测试，分别是单元测试、功能测试和界面测试。单元测试主要用来测试应用的模型层代码。单元测试用例的 Java 类继承自 play.test.UnitTest ，可以使用 JUnit 4 提供的标注和断言。功能测试主要用来测试应用的控制层代码。功能测试用例的 Java 类继承自 play.test.FunctionalTest。在测试用例中，可以通过GET()、POST()、PUT()、DELETE() 和 makeRequest() 等方法来发出 HTTP 请求，也可以直接调用控制器中的动作方法。除此之外，还可以使用一些与 HTTP 响应相关的断言。如 assertStatus()、assertContentType() 和 assertHeaderEquals() 分别用来验证 HTTP 状态代码、内容类型和 HTTP 头。界面测试使用 Selenium 工具来进行。开发人员可以使用 Selenium 的语法来编写测试用例，也可以使用 Play 框架提供的 #{selenium} 标签。
　　在进行测试的时候，需要准备一些测试数据。测试数据可以用 YAML 的格式保存在文本文件中，并通过 play.test.Fixtures.laod()方法来加载这些数据到数据库中。当测试结束之后，可以通过 deleteAll() 方法来删除这些数据。
　　在测试的时候，需要用 play test命令以测试模式启动应用，再用浏览器访问 http://localhost:9000/@tests 进行测试。
　　任务调度
　　在 Web 应用开发中，有时候会需要定期执行一些调度任务，比如数据库备份和数据同步等。这些任务不是通过 HTTP 请求来触发的，而是定时执行的。Play 框架提供了内置的任务调度支持的能力。创建新任务的时候，只需要继承自 play.jobs.Job类，并覆写doJob()方法即可。如果要创建的任务有返回结果的话，覆写 doJobWithResult()方法即可。任务创建完成之后，可以选择不同的调度方式。一种方式是在应用启动的时候执行一次。只需要在任务的 Java 类上添加标注 @OnApplicationStart即可。对于定期执行的任务，Play 框架提供了两个标注：一个是 @Every，用来按照固定的时间间隔调度任务，如 @Every("1h")声明任务每个小时执行一次;另外一个是 @On，用来声明描述调度策略的 CRON 表达式。
　　安全
　　Play 框架提供了对 Web 应用安全性方面的支持，可以防范一些常见的攻击方式。前面提到过，Play 框架中的会话数据是保存在浏览器的 cookie 中的。这些数据是经过签名的，可以防止被恶意攻击者所篡改。应用中的重要数据也不应该保存在会话中。Play 框架中的模板在输出 HTML 内容的时候，会自动对内容进行转义，可以防范跨站点脚本攻击。对于 SQL 注入攻击，开发人员应该尽量使用提供的 find() 方法来查询领域对象。对于自己创建的查询语句，应该在语句中使用占位符并进行参数绑定，而不是通过字符串相加的方式来创建。为了防范跨站点请求伪造，Play 框架中的控制器的动作方法都可以使用 checkAuthenticity() 方法来声明调用此方法时的请求中必须包含合法的令牌。这个令牌用来确保当前请求是由应用自身发出的，而不是被伪造的。通过session.getAuthenticityToken() 方法可以生成一个只对当前会话有效的令牌，需要在请求的时候附带此令牌。如果是通过页面上的表单来提交请求的话，Play 框架也提供了一个标签 #{authenticityToken /} 用来生成一个包含了令牌的隐藏域，可以直接在模板中使用。
　　总结
　　Play 框架作为一个优秀的 Java Web 应用开发框架，可以帮助开发人员快速高效的构建 Web 应用。它为开发人员提供了一个良好的基础架构，并屏蔽了很多底层的实现细节。开发人员可以用一个简单的视角来看待 Web 应用开发，而不需要关心过多的细节。Web 开发人员可以熟悉 Play 框架，并在开发中选用这个框架。