设计模式-剖析Spring框架中蕴含的经典设计思想或原则

我们常说的 Spring 框架,是指 Spring Framework 基础框架。Spring Framework 是整个 Spring 生态(也被称作 Spring 全家桶)的基石。除了 Spring Framework,Spring 全家桶中还有更多基于 Spring Framework 开发出来的、整合更多功能的框架,比如 Spring Boot、Spring Cloud。

在 Spring 全家桶中,Spring Framework 是最基础、最底层的一部分。它提供了最基础、最核心的 IOC 和 AOP 功能。当然,它包含的功能还不仅如此,还有其他比如事务管理(Transactions)、MVC 框架(Spring MVC)等很多功能。

Spring 框架蕴含的设计思想

约定优于配置

在使用 Spring 开发的项目中,配置往往会比较复杂、繁琐。比如,我们利用 Spring MVC 来开发 Web 应用,需要配置每个 Controller 类以及 Controller 类中的接口对应的 URL。

如何来简化配置呢?一般来讲,有两种方法,一种是基于注解,另一种是基于约定。这两种配置方式在 Spring 中都有用到。Spring 在最小化配置方面做得淋漓尽致,有很多值得我们借鉴的地方。

基于注解的配置方式,我们在指定类上使用指定的注解,来替代集中的 XML 配置。比如,我们使用 @RequestMapping 注解,在 Controller 类或者接口上,标注对应的 URL;使用 @Transaction 注解表明支持事务等。

基于约定的配置方式,也常叫作“约定优于配置”或者“规约优于配置”(Convention over Configuration)。通过约定的代码结构或者命名来减少配置。说直白点,就是提供配置的默认值,优先使用默认值。程序员只需要设置那些偏离约定的配置就可以了。

比如,在 Spring JPA(基于 ORM 框架、JPA 规范的基础上,封装的一套 JPA 应用框架)中,我们约定类名默认跟表名相同,属性名默认跟表字段名相同,String 类型对应数据库中的 varchar 类型,long 类型对应数据库中的 bigint 类型等等。

基于刚刚的约定,代码中定义的 Order 类就对应数据库中的“order”表。只有在偏离这一约定的时候,例如数据库中表命名为“order_info”而非“order”,我们才需要显示地去配置类与表的映射关系(Order 类 ->order_info 表)。

实际上,约定优于配置,很好地体现了“二八法则”。在平时的项目开发中,80% 的配置使用默认配置就可以了,只有 20% 的配置必须用户显式地去设置。所以,基于约定来配置,在没有牺牲配置灵活性的前提下,节省了我们大量编写配置的时间,省掉了很多不动脑子的纯体力劳动,提高了开发效率。除此之外,基于相同的约定来做开发,也减少了项目的学习成本和维护成本。

低侵入、松耦合

框架的侵入性是衡量框架好坏的重要指标。所谓低侵入指的是,框架代码很少耦合在业务代码中。低侵入意味着,当我们要替换一个框架的时候,对原有的业务代码改动会很少。相反,如果一个框架是高度侵入的,代码高度侵入到业务代码中,那替换成另一个框架的成本将非常高,甚至几乎不可能。这也是一些长期维护的老项目,使用的框架、技术比较老旧,又无法更新的一个很重要的原因。

实际上,低侵入是 Spring 框架遵循的一个非常重要的设计思想。

Spring 提供的 IOC 容器,在不需要 Bean 继承任何父类或者实现任何接口的情况下,仅仅通过配置,就能将它们纳入进 Spring 的管理中。如果我们换一个 IOC 容器,也只是重新配置一下就可以了,原有的 Bean 都不需要任何修改。

除此之外,Spring 提供的 AOP 功能,也体现了低侵入的特性。在项目中,对于非业务功能,比如请求日志、数据采点、安全校验、事务等等,我们没必要将它们侵入进业务代码中。因为一旦侵入,这些代码将分散在各个业务代码中,删除、修改的成本就变得很高。而基于 AOP 这种开发模式,将非业务代码集中放到切面中,删除、修改的成本就变得很低了。

模块化、轻量级

我们知道,十几年前,EJB 是 Java 企业级应用的主流开发框架。但是,它非常臃肿、复杂,侵入性、耦合性高,开发、维护和学习成本都不低。所以,为了替代笨重的 EJB,Rod Johnson 开发了一套开源的 Interface21 框架,提供了最基本的 IOC 功能。实际上,Interface21 框架就是 Spring 框架的前身。

但是,随着不断的发展,Spring 现在也不单单只是一个只包含 IOC 功能的小框架了,它显然已经壮大成了一个“平台”或者叫“生态”,包含了各种五花八门的功能。尽管如此,但它也并没有重蹈覆辙,变成一个像 EJB 那样的庞大难用的框架。那 Spring 是怎么做到的呢?

这就要归功于 Spring 的模块化设计思想。Spring 在分层、模块化方面做得非常好。每个模块都只负责一个相对独立的功能。模块之间关系,仅有上层对下层的依赖关系,而同层之间以及下层对上层,几乎没有依赖和耦合。除此之外,在依赖 Spring 的项目中,开发者可以有选择地引入某几个模块,而不会因为需要一个小的功能,就被强迫引入整个 Spring 框架。所以,尽管 Spring Framework 包含的模块很多,已经有二十几个,但每个模块都非常轻量级,都可以单独拿来使用。正因如此,到现在,Spring 框架仍然可以被称为是一个轻量级的开发框架。

再封装、再抽象

Spring 不仅仅提供了各种 Java 项目开发的常用功能模块,而且还对市面上主流的中间件、系统的访问类库,做了进一步的封装和抽象,提供了更高层次、更统一的访问接口。

比如,Spring 提供了 spring-data-redis 模块,对 Redis Java 开发类库(比如 Jedis、Lettuce)做了进一步的封装,适配 Spring 的访问方式,让编程访问 Redis 更加简单。比如 Spring Cache,实际上也是一种再封装、再抽象。它定义了统一、抽象的 Cache 访问接口,这些接口不依赖具体的 Cache 实现(Redis、Guava Cache、Caffeine 等)。在项目中,我们基于 Spring 提供的抽象统一的接口来访问 Cache。这样,我们就能在不修改代码的情况下,实现不同 Cache 之间的切换。

在模板模式中,介绍过的 JdbcTemplate ,实际上,它也是对 JDBC 的进一步封装和抽象,为的是进一步简化数据库编程。不仅如此,Spring 对 JDBC 异常也做了进一步的封装。封装的数据库异常继承自 DataAccessException 运行时异常。这类异常在开发中无需强制捕获,从而减少了不必要的异常捕获和处理。除此之外,Spring 封装的数据库异常,还屏蔽了不同数据库异常的细节(比如,不同的数据库对同一报错定义了不同的错误码),让异常的处理更加简单。