Spring框架的基本原理分析

引言

工作有一段时间了，工作中基本每个项目都用到了Spring框架，说实话，很多人应该和我一样，只是“使用”了这个框架，对于框架的基本原理应该没怎么研究过。前段时间，和同事交流时，提到了Spring核心组件：IOC(控制反转)、AOP(面向切面编程)。交流的时候，只能大概说说，并不能完整讲出来。回来后，找相关文章和源码研究了下，特此记录。

Spring框架概念

Spring是一个开源的容器框架，Spring可以接管Web层，业务层，Dao层，持久层组件。主要负责创建Bean以及维护Bean之间的关系。

Spring框架包括7大模块（以下是为了内容完整引用部分）

◆核心容器：核心容器提供 Spring框架的基本功能。核心容器的主要组件是 BeanFactory，它是工厂模式的实现。BeanFactory 使用控制反转 （IOC） 模式将应用程序的配置和依赖性规范与实际的应用程序代码分开。

◆Spring 上下文：Spring 上下文是一个配置文件，向 Spring框架提供上下文信息。Spring 上下文包括企业服务，例如 JNDI、EJB、电子邮件、国际化、校验和调度功能。

◆Spring AOP：通过配置管理特性，Spring AOP 模块直接将面向方面的编程功能集成到了 Spring框架中。所以，可以很容易地使 Spring框架管理的任何对象支持 AOP。Spring AOP 模块为基于 Spring 的应用程序中的对象提供了事务管理服务。通过使用 Spring AOP，不用依赖 EJB 组件，就可以将声明性事务管理集成到应用程序中。

◆Spring DAO：JDBC DAO 抽象层提供了有意义的异常层次结构，可用该结构来管理异常处理和不同数据库供应商抛出的错误消息。异常层次结构简化了错误处理，并且极大地降低了需要编写的异常代码数量（例如打开和关闭连接）。Spring DAO 的面向 JDBC 的异常遵从通用的 DAO 异常层次结构。

◆Spring ORM：Spring框架插入了若干个 ORM 框架，从而提供了 ORM 的对象关系工具，其中包括 JDO、Hibernate 和 iBatis SQL Map。所有这些都遵从 Spring 的通用事务和 DAO 异常层次结构。

◆Spring Web 模块：Web 上下文模块建立在应用程序上下文模块之上，为基于 Web 的应用程序提供了上下文。所以，Spring框架支持与 Jakarta Struts 的集成。Web 模块还简化了处理多部分请求以及将请求参数绑定到域对象的工作。

◆Spring MVC 框架：MVC 框架是一个全功能的构建 Web 应用程序的 MVC 实现。通过策略接口，MVC 框架变成为高度可配置的，MVC 容纳了大量视图技术，其中包括 JSP、Velocity、Tiles、iText 和 POI。

Spring框架核心

在项目中我们用到的Spring重要功能主要有两个：IOC和AOP，这里大致讲下这两个概念。

IOC 控制反转

我们知道，一般来说要想实现一个功能，需要多个类协助才行。其中类A中，可能就需要类B、类C中的方法。为了能调用别的类的方法，首先得取得这个类的实例，即在类A中new一个类B、再new一个类C，也就是说调用者负责创建被调用者的实例。试想想下面这两种情形：

1. 若类A中还需要其他很多类协助；
2. 类B、类C还需要协助很多其他类处理业务。

如此一来，会造成类A中越来越臃肿，越来越不好管理；类B、类C需要不断的创建。
而采用Spring框架后，就不用这么麻烦了。创建类A、类B、类C的实例以及维护类A和类B、类C之间关系的责任就交给了Spring，它负责这些工作。也就是说本来是类A控制这些实例的创建，现在交由Spring框架了，所以控制反转(IOC)了。

还有一个相关概念 DI（Dependency Injection依赖注入），有说DI只是IOC的另一种说法，准确的说，DI是IOC的实现方式。类A依赖类B、类C，现在三个类都已经交给Spring管理了（控制反转），那类A怎么获得类B、类C的实例呢，这就是依赖注入。常见的依赖注入的方式有三种：setter方法，构造器方法，注解AutoWired方式。

AOP 面向切面编程

程序在执行具体业务逻辑前、后，可能需要加入一些额外的东西，譬如：日志，事务等。在很多地方都需要加入这些额外的元素，但是这些方面和具体的业务逻辑并没有直接的关系。于是乎，就将这些额外的元素抽出来，加以封装，在特定的位置横切到方法的业务逻辑前后等位置。将业务和非业务的分开，极大程度解耦。

举个例子，当你的程序写好后，需要在所有的业务操作中添加一条日志，传统的做法是直接改造每个方法，但是这样势必让代码变糟糕，要是以后扩展起来那就更乱了。而AOP的思想就让你能从一个切面的角度来看待这些插入问题，AOP允许你以一种统一的方式在运行时期在想要的地方插入这些逻辑。
专业一点的说法，什么是面向切面编程？

这种在运行时，动态地将代码切入到类的指定方法、指定位置上的编程思想就是面向切面的编程。

Spring框架原理

示例

讲原理前，先看个例子：

小汽车类Car

package com.example;

public class Car {
    private String name;
    private double price;

    // 省略getter，setter

    @Override
    public String toString() {
        return "Car{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", price=" + price +
                '}';
    }

    public void carInfo() {
        System.out.println("i have this car: " + name);
    }
}

汽车拥有者类:Person

package com.example;

public class Person {
    private String name;
    private int age;
    private Car car;

     // 省略getter，setter

    @Override
    public String toString() {
        return "Person{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                ", car=" + car +
                '}';
    }
}

Spring配置文件spring-config.xml

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
       xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
       xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd">

    <bean id="car" class="com.example.Car">
        <property name="name" value="hongqi"/>
        <property name="price" value="1000000.0"/>
    </bean>

    <bean id="person" class="com.example.Person">
        <property name="name" value="zhaangsan"/>
        <property name="age" value="27"/>
        <property name="car" ref="car"/>
    </bean>
</beans>

测试类SpringMain

package com.example;

import org.springframework.context.ApplicationContext;
import org.springframework.context.support.ClassPathXmlApplicationContext;

public class SpringMain {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建IOC容器
        ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("spring-config.xml");
        // 通过getBean获取Car的实例，这里利用了反射
        Car car = (Car) context.getBean("car");
        car.carInfo();

        System.out.println(car.toString());
        Person person = (Person) context.getBean("person");
        System.out.println(person.toString());
    }
}

执行结果：

i have this car: hongqi
Car{name='hongqi', price=1000000.0}
Person{name='zhaangsan', age=27, car=Car{name='hongqi', price=1000000.0}}

原理分析

当执行new ClassPathXmlApplicationContext(“spring-config.xml”)这个动作时，Spring容器也即IOC容器随即创建。容器创建时，加载了保存所有bean信息的配置文件spring-config.xml，此时bean被创建，并保存到了内存中；随即通过context.getBean(“car”);获取相应的bean的实例，这里的car是配置文件中< bean id=”car” …>。

我们通过debug模式可以看到，


在执行：

ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("spring-config.xml");

时，就已经将对应的属性值设置到对象中了，这里调用了setter方法或者构造器等。

这里我们来简单分析下，如何利用反射获取到了实例。

在Spring配置文件spring-config.xml中：

  <bean id="car" class="com.example.Car">
        <property name="name" value="hongqi"/>
        <property name="price" value="1000000.0"/>
  </bean>

首先容器读取到了< bean … />节点，
1. 读取id属性值，得到字符串“car”：

String idStr = "car";

2. 读取class属性，得到全限定名字符串“com.example.Car”：

String classStr = "com.example.Car";

3. 利用反射，通过全限定名获取Class对象：

Class<?> clz = Class.forName(classStr);

4. 接着实例化对象

Object obj = clz.newInstance();

5. 加入到Spring容器中

// springContainer --> Map
springContainer.put(idStr, obj);

而若一个类需要另一个类时，如下：

    <bean id="person" class="com.example.Person">
        ...
        <property name="car" ref="car"/>
    </bean>

解析< property …/>元素
1. 获取name属性值car：

String nameStr = "car";

2. 获取ref属性值car：

String refStr = "car";

3. 生成将要调用setter方法名 ：

String setterName = "set" + nameStr.substring(0, 1).toUpperCase() + nameStr.substring(1);

4. 获取Spring容器中名为refStr的Bean

Object carBean = springContainer.get(refStr);

5. 获取setter方法的Method类，此处的clz是前面实例通过Class.forName()获得的类对象
下面是Person类中的setCar(Car)方法

public void setCar(Car car) {
    this.car = car;
}

通过反射，第一个参数是方法名，第二个参数是方法参数类型

Method setter = clz.getMethod(setterName, carBean.getClass());

6. 调用invoke()方法，此处的obj是刚才反射代码得到的Object对象

public Object invoke(Object obj, Object... args){...}

反射方法invoke中的参数，
obj：从中调用底层方法的对象（简单的说就是调用谁的方法用谁的对象）；
args：用于方法调用的参数，所以：

setter.invoke(obj, carBean); 

到此，Spring框架原理基本介绍完毕。