Spring技術內(nèi)幕：設計理念和整體架構概述

程序員都很崇拜技術大神，很大一部分是因為他們發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力，特別是線上出現(xiàn)緊急問題時，總是能夠快速定位和解決。

一方面，他們有深厚的技術基礎，對應用的技術知其所以然，另一方面，在采坑的過程中不斷總結，積累了很多經(jīng)驗。

相信大家都使用過Spring，有些人了解它的核心：IOC和AOP，但只是了解它們的基本概念、使用了反射和動態(tài)代理，關于如何管理對象、代理的具體實現(xiàn)了解的比較淺。

有些人使用Spring MVC，使用Spring集成數(shù)據(jù)庫、事務、消息隊列以簡化操作，但對集成的具體設計思路和實現(xiàn)了解的也比較淺。

我也這一塊也比較菜，所以，后面的一段時間會梳理和總結Spring相關的技術原理，以「Spring技術內(nèi)幕：深入解析Spring架構與設計原理」書籍為核心，結合自己的使用經(jīng)驗和疑問，以及網(wǎng)絡上大牛的文章，來補足自己這方面的缺失。

這本書作者是計文柯，以Spring源代碼為依托，從宏觀上揭示了Spring的設計思路和架構思想，從微觀上剖析了Spring各功能模塊的實現(xiàn)原理和運行機制。一方面希望讀者能通過深入了解Spring的底層機制來更好地解決實際開發(fā)中遇到的各種難題，另一方面是希望讀者能吸收Spring設計和實現(xiàn)中的優(yōu)秀方法和思想。

全書共三部分，分別闡述了Spring的核心、組件和應用。第一部分詳細分析了IOC容器和AOP實現(xiàn)，第二部分闡述了基于Spring IOC容器和AOP的Java EE組件在Spring中的實現(xiàn)，第三部分講述了一些基于Spring的典型應用的實現(xiàn)。

本篇先對設計理念和整體架構做個概述，從整體上看看Spring的設計目標和架構，通過本篇，你會了解到：

• Spring的設計目標
• Spring的整體架構
• Spring的各個子項目介紹

設計目標

簡單來說，Spring的設計目標是為我們提供一個一站式的輕量級應用開發(fā)平臺，抽象了應用開發(fā)中遇到的共性問題。

作為平臺，它考慮到了企業(yè)應用資源的使用，比如數(shù)據(jù)的持久化、數(shù)據(jù)集成、事務處理、消息中間件、分布式式計算等高效可靠處理企業(yè)數(shù)據(jù)方法的技術抽象。

輕量級是相對于傳統(tǒng)J2EE而言的，傳統(tǒng)的J2EE開發(fā)，需要依賴按照J2EE規(guī)范實現(xiàn)的J2EE應用服務器，設計和實現(xiàn)時，需要遵循一系列的接口標準，這種開發(fā)方式耦合性高，使應用在可測試性和部署上都有影響，對技術的理解和要求相對較高。

使用Spring進行開發(fā)，對開發(fā)人員比較輕量，可以使用POJO和JavaBean的開發(fā)方式，使應用面向接口開發(fā)，充分支持了面向?qū)ο蟮脑O計方法。通過IOC容器減少了直接耦合，通過AOP以動態(tài)和非侵入的方式增加了服務的功能，為靈活選取不同的服務實現(xiàn)提供了基礎，這也是Spring的核心。

開發(fā)過程中的共性問題，Spring封裝成了各種組件，而且Spring通過社區(qū)，形成了一個開放的生態(tài)系統(tǒng)，比如Spring Security就是來源于一個社區(qū)貢獻Acegi.

整體架構

從總體來看，Spring分為3層，最底層是核心層，包括IOC、AOP等核心模塊，中間層是封裝的JavaEE服務、作為中間的驅(qū)動組件，最上層是各個應用。

下圖是Spring官網(wǎng)的一個架構圖，介紹下其組成部分：

核心容器

由spring-core、spring-beans、spring-context、spring-context-support和spring-expression模塊組成：

spring-core和spring-beans提供框架的基礎部分，包括IOC功能，BeanFactory是一個復雜的工廠模式的實現(xiàn)，將配置和特定的依賴從實際程序邏輯中解耦。

context模塊建立在core和beans模塊的基礎上，增加了對國際化的支持、事件廣播、資源加載和創(chuàng)建上下文，ApplicationContext是context模塊的重點。

spring-context-support提供對常見第三個庫的支持，集成到spring上下文中，比如緩存(ehcache,guava)、通信(javamail)、調(diào)度(commonj,quartz)、模板引擎等(freemarker,velocity)。

spring-expression模塊提供了一個強大的表達式語言用來在運行時查詢和操作對象圖，這種語言支持對屬性值、屬性參數(shù)、方法調(diào)用、數(shù)組內(nèi)容存儲、集合和索引、邏輯和算數(shù)操作及命名變量，并且通過名稱從spring的控制反轉容器中取回對象。

AOP和服務器工具

spring-aop模塊提供面向切面編程實現(xiàn)，單獨的spring-aspects模塊提供了aspectj的集成和適用。

spring-instrument提供一些類級的工具支持和ClassLoader級的實現(xiàn)，用于服務器。spring-instrument-tomcat針對tomcat的instrument實現(xiàn)。

消息組件

spring框架4包含了spring-messaging模塊，從spring集成項目中抽象出來，比如Messge、MessageChannel、MessageHandler及其他用來提供基于消息的基礎服務。

數(shù)據(jù)訪問/集成

數(shù)據(jù)訪問和集成層由JDBC、ORM、OXM、JMS和事務模塊組成。

spring-jdbc模塊提供了不需要編寫冗長的JDBC代碼和解析數(shù)據(jù)庫廠商特有的錯誤代碼的JDBC抽象出。

spring-tx模塊提供可編程和聲明式事務管理。

spring-orm模塊提供了領先的對象關系映射API集成層，如JPA、Hibernate等。

spring-oxm模塊提供抽象層用于支持Object/XML maping的實現(xiàn)，如JAXB、XStream等。

spring-jms模塊包含生產(chǎn)和消費消息的功能，從Spring4.1開始提供集成spring-messaging模塊。

Web

Web層包含spring-web、spirng-webmvc、spring-websocket和spring-webmvc-portlet模塊組成。

spring-web模塊提供了基本的面向web開發(fā)的集成功能，例如多文件上傳、使用servert listeners和web開發(fā)應用程序上下文初始化IOC容器。也包含HTTP客戶端以及spring遠程訪問的支持的web相關部分。

spring-webmvc包含spring的model-view-controller和REST web services 實現(xiàn)的Web應用程序。

spring-webmvc-portlet模塊提供了MVC模式的portlet實現(xiàn)，protlet與Servlet的最大區(qū)別是請求的處理分為action和render階段，在一個請求中，action階段只執(zhí)行一次，但render階段可能由于用戶的瀏覽器操作而被執(zhí)行多次。

測試

spring-test模塊支持通過組合Junit或TestNG來進行單元測試和集成測試，提供了連續(xù)的加載ApplicationContext并且緩存這些上下文。

各個子項目介紹

從配置到安全，從web應用到大數(shù)據(jù)——無論您的應用程序需要什么樣的基礎設施，都有一個Spring項目來幫助您構建它，Spring是模塊化的設計。

Spring Boot

簡化新Spring應用的初始搭建以及開發(fā)過程，使用特定的方式進行配置，使開發(fā)人員不再需要定義樣板化的配置，實現(xiàn)快速開發(fā)。

Spring Cloud

為分布式系統(tǒng)開發(fā)提供工具集，基于Spring Boot，為基于JVM的云應用開發(fā)中的配置管理、服務發(fā)現(xiàn)、斷路器、智能路由、控制總線、全局鎖、決策競選、分布式會話、集群狀態(tài)管理等操作提供了一種簡單的開發(fā)方式，其下有很多子項目。

• 分布式/版本化配置：Spring Cloud Config
• 服務注冊和發(fā)現(xiàn)：Netflix Eureka 或者 Spring Cloud Eureka（對前者的二次封裝）
• 路由：Spring Cloud Zuul，基于 Netflix Zuul
• service - to - service調(diào)用：Spring Cloud Feign
• 負載均衡：Spring Cloud Ribbon 基于 Netflix Ribbon 實現(xiàn)
• 斷路器：Spring Cloud Hystrix
• 分布式消息傳遞：Spring Cloud Bus

Spring Cloud Data Flow

Data flow 是一個用于開發(fā)和執(zhí)行大范圍數(shù)據(jù)處理、批量運算、持續(xù)運算的統(tǒng)一編程模型和托管服務。

Spring Cloud Data Flow 是基于原生云對Spring XD的重新設計，項目目標是簡化大數(shù)據(jù)應用的開發(fā)。Spring XD的流處理和批處理模塊的重構分別基于spring boot的stream和task/batch的微服務程序。這些程序原生的支持像 Apache YARN、Apache Mesos和Kubernetes等現(xiàn)代運行環(huán)境，都是自動部署單元。

Spring Data

數(shù)據(jù)訪問模塊，提供了對JDBC及ORM很好的支持，隨著NOSQL和BigData的興起，出現(xiàn)了越來越多的新技術，比如非關系型數(shù)據(jù)庫、MapReduce框架，為了讓spring開發(fā)者能更方便地使用這些新技術，通過Spring Data，開發(fā)者可以用Spring提供的相對一致的方式訪問位于不同類型的數(shù)據(jù)存儲中的數(shù)據(jù)。

Spring Integration

在企業(yè)軟件開發(fā)過程中，經(jīng)常會遇到與外部系統(tǒng)集成，Spring Integration為Spring編程模型提供了一個支持企業(yè)集成模式的擴展，在應用程序中提供輕量級的消息機制，通過聲明式的適配器與外部系統(tǒng)進行集成。

Spring Integraton中有幾個基本的概念：

• Message：帶有元數(shù)據(jù)的Java對象；
• Channel：傳遞消息的管道；
• Message Endpoint：消息的處理端，在處理端可以對消息進行轉換、路由、過濾、拆分、聚合等操作；

還可以使用Channel Adapter，這是應用程序與外界交互的地方，輸入是Inbound、輸出則是Outbound，可選的連接類型有很多，比如AMQP、JDBC、Web Services、FTP、JMS、XMPP、多種NoSQL數(shù)據(jù)庫等等。只需通過簡單的配置文件就能將所有這些東西串聯(lián)在一起，實現(xiàn)復雜的集成工作。

Spring Batch

簡化及優(yōu)化大量數(shù)據(jù)的批處理操作，支持事務、并發(fā)、流程、監(jiān)控、縱向和橫向擴展，提供統(tǒng)一的接口管理和任務管理。

例如它提供了很多方法來讀取大型的文件（比如1GB的CSV、XML文件），在數(shù)據(jù)庫中加載或更新幾萬甚至幾十萬條記錄，如果直接select出所有記錄，以至于拖垮整個系統(tǒng)，而使用了Spring Batch，框架會幫助他每次撈取一部分記錄進行分頁，在更新時分批進行提交。

Spring Security

一款Spring的認證和安全工具。其前身是Acegi，目標是為Spring應用提供一個安全服務，比如用戶認證、授權等。

它使用Servlet規(guī)范中的Filter保護Web請求并限制URL級別的訪問，還能夠使用Spring AOP保護方法調(diào)用——借助于對象代理和使用通知，能夠確保只有具備適當權限的用戶才能訪問安全保護的方法。

它非常靈活，能夠基于各種數(shù)據(jù)存儲來認證用戶。它內(nèi)置了多種常見的用戶存儲場景，如內(nèi)存、關系型數(shù)據(jù)庫以及LDAP，還可以編寫并插入自定義的用戶存儲實現(xiàn)。

Spring HATEOAS

先來理解HATEOAS：大家都聽過過REST，它的定位為「分布式超媒體應用」的架構風格，文中提到了HATEOAS(Hypermedia as the engine of application state)的概念，超媒體即應用狀態(tài)引擎，即返回結果中提供鏈接，連向其他API方法，使得用戶不查文檔，也知道下一步應該做什么。

比如獲取一篇文章，非HATEOAS的響應例子是：

GET /posts/1 HTTP/1.1
Connection: keep-alive
Host: blog.example.com
{
    "id" : 1,
    "body" : "My first blog post",
    "postdate" : "2015-05-30T21:41:12.650Z"
}

而HATEOAS的響應例子是：

{
    "id" : 1,
    "body" : "My first blog post",
    "postdate" : "2015-05-30T21:41:12.650Z",
    "links" : [
        {
            "rel" : "self",
            "href" : http://blog.example.com/posts/1,
            "method" : "GET"
        }
    ] 
}

為了簡化簽入或獲取超鏈接等操作，Spring HATEOAS提供了相關的支持。

Spring Rest DOCS

可以生成準確可讀的RESTful Service文檔，Spring 官方文檔都是用Spring REST Docs生成的。

基于單元測試生成文檔片段，不會侵入到源碼中，所以就不會使得源碼變得越來越臃腫，支持markdown，修改一行配置代碼即可支持生成 MarkDown 語法的文檔片段。

默認的，在構建的時候，會首先運行單元測試，便生成了文檔片段，然后在打包時，通過添加 asciidoctor-maven-plugin 插件即可生成最終的文檔，只要是規(guī)范的開發(fā)過程，文檔都會隨版本的每次發(fā)布而自動更新。

Spring Social

使用 Spring Social 的最大好處在于它已經(jīng)提供了對主流社交網(wǎng)站的支持，只需要簡單配置即可，對于一些不太常用的社交網(wǎng)站，也可以從社區(qū)中找到相應的組件。

Spring AMQP

基于Spring框架的AMQP消息解決方案，提供模板化的發(fā)送和接收消息的抽象層，提供基于消息驅(qū)動的POJO，使在Spring應用中使用AMQP消息服務器變得更為簡單，SpringSource旗下的Rabbit MQ就是一個開源的基于AMQP的消息服務器。

Spring Web Flow

Spring Web Flow是Spring MVC 的擴展，它支持開發(fā)基于流程的應用程序。它將流程的定義與實現(xiàn)流程行為的類和視圖分離開來，具有同時處理多個HTTP請求、管理會話狀態(tài)、數(shù)據(jù)事務處理，支持AJAX來構建豐富的客戶端體驗，并且提供對JSF的支持。

Spring LDAP

Spring LDAP是一個用于操作LDAP的Java框架。它是基于Spring的JdbcTemplate模式，能夠幫助開發(fā)人員簡化操作。

Spring Session

Spring Session提供了一套創(chuàng)建和管理Servlet HttpSession的方案。Spring Session提供了集群Session功能，默認采用外置的Redis來存儲Session數(shù)據(jù)，以此來解決Session共享的問題。

Spring Shell

Spring Shell提供交互式的Shell，可以讓你使用簡單的基于Spring的編程模型來開發(fā)命令。

Spring Kafka

spring for kafka對原生的kafka client consumer的封裝與集成。

Spring Statemachine

它的主要功能是幫助開發(fā)者簡化狀態(tài)機的開發(fā)過程，讓狀態(tài)機結構更加層次化。

Spring IO Platform

可以認為是一個依賴維護平臺，該平臺將相關依賴匯聚到一起，針對每個依賴，都提供了一個版本號。

主要是解決依賴版本沖突問題，在使用Spring的時候，經(jīng)常會使用到第三方庫，一般大家都是根據(jù)經(jīng)驗挑選一個版本號或挑選最新的，風向較大，很容易沖突。

Spring IO Platform能很好地解決這些問題，我們在添加第三方依賴的時候，不需要寫版本號，它能夠自動幫我們挑選一個最優(yōu)的版本。

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