Posted on 2011-10-18 00:20
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Java
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反向控制和面向切面編程在Spring的應用
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摘 要 針對傳統的J2EE架構方案常常無法讓人滿意：程序過于復雜，難以測試和維護成本高。根據企業實際需求，本文探討了一種輕量級的J2EE應用框架Spring ，它用更加輕量、更加靈活的基礎設施取代了EJB。在此對Spring背后的反向控制原理和面向切面編程技術進行了比較深入研究，并與傳統實現進行對比，顯示了這種框架具有大大降低開發成本，可測試等優點。
關鍵詞 Spring；反向控制；面向切面編程；POJO；依賴注入
引言
在J2EE的整個發展歷程中，現在正是一個非常時刻。從很多方面來說，J2EE都是一個偉大的成功：它成功地在從前沒有標準的地方建立了標準；大大提升了企業級軟件的開放程度，并且得到了整個行業和開發者的廣泛認可。然而，J2EE在一些方面已經開始捉襟見肘。J2EE應用開發的成本通常很高。J2EE應用項目至少和從前的非J2EE項目一樣容易失敗——如果不是更容易失敗的話。這樣的失敗率高得讓人難以接受。在這樣的失敗率之下，軟件開發幾乎變成了碰運氣。而在J2EE遭遇失敗的場景中，EJB通常都扮演著重要的角色。因此，J2EE社群不斷地向著更簡單的解決方案、更少使用EJB的方向發展[1]。然而，每個應用程序都需要一些基礎設施，拒絕使用EJB并不意味著拒絕EJB所采用的基礎設施解決方案。那么，如何利用現有的框架來提供這些基礎設施服務呢，伴隨著這個問題的提出，一個輕量級的J2EE解決方案出現了，這就是Spring Framework。
Spring是為簡化企業級系統開發而誕生的，Spring框架為J2EE應用常見的問題提供了簡單、有效的解決方案，使用Spring，你可以用簡單的POJO(Plain Old Java Object)來實現那些以前只有EJB才能實現的功能。這樣不只是能簡化服務器端開發，任何Java系統開發都能從Spring的簡單、可測試和松耦合特征中受益。可以簡單的說，Spring是一個輕量級的反向控制（IoC）和面向切面編程（AOP）容器框架[3]。Spring IoC，借助于依賴注入設計模式，使得開發者不用理會對象自身的生命周期及其關系，而且能夠改善開發者對J2EE模式的使用；Spring AOP，借助于Spring實現的攔截器，開發者能夠實現以聲明的方式使用企業級服務，比如安全性服務、事務服務等。Spring IoC和 Spring ; AOP組合，一起形成了Spring，這樣一個有機整體，使得構建輕量級的J2EE架構成為可能，而且事實證明，非常有效。沒有Spring IoC的Spring AOP是不完善的，沒有Spring AOP的Spring IoC是不健壯的。本文是以Spring架構的成功的實際商務系統項目為背景，闡述了反向控制原理和面向切面的編程技術在Spring框架中的應用，同時抽取適量代碼示意具體應用，并和傳統開發模式進行對比，展示了Spring framework的簡單，高效，可維護等優點。
1、Spring IoC 1.1 反向控制原理
反向控制是Spring框架的核心。但是，反向控制是什么意思？到底控制的什么方面被反向了呢？2004年美國專家Martin Fowler發表了一篇論文《Inversion of Control Containers and the Dependency Injection pattern》闡述了這個問題，他總結說是獲得依賴對象的方式反向了，根據這個啟示，他還為反向控制提出了一個更貼切的名字：Dependency Injection(DI 依賴注入)。
通常，應用代碼需要告知容器或框架,讓它們找到自身所需要的類,然后再由應用代碼創建待使用的對象實例。因此，應用代碼在使用實例之前，需要創建對象實例。然而，IoC模式中,創建對象實例的任務交給IoC容器或框架(實現了IoC設計模式的框架也被稱為IoC容器)，使得應用代碼只需要直接使用實例，這就是IoC。相對IoC 而言，“依賴注入”的確更加準確的描述了這種設計理念。所謂依賴注入，即組件之間的依賴關系由容器在運行期決定，形象的來說，即由容器動態的將某種依賴關系注入到組件之中。
1.2 IoC在Spring中的實現
任何重要的系統都需要至少兩個相互合作的類來完成業務邏輯。通常，每個對象都要自己負責得到它的合作（依賴）對象。你會發現，這樣會導致代碼耦合度高而且難于測試。使用IoC，對象的依賴都是在對象創建時由負責協調系統中各個對象的外部實體提供的，這樣使軟件組件松散連接成為可能。下面示意了Spring IoC 應用，步驟如下：
（1）定義Action接口，并為其定義一個execute方法，以完成目標邏輯。多年前，GoF在《Design Pattern：Elements of Reusable Object-Oriented Software》一書中提出“Programming to an Interface，not an implementation”的原則，這里首先將業務對象抽象成接口，正是為了實施這個原則。
（2）類UpperAction實現Action接口，在此類中，定義一個String型的域message，并提供相應的setter和getter方法，實現的execute方法如下：
public String execute (String str) {
return (getMessage () + str).toUpperCase () ;
} |
（3）編寫Spring配置文件（bean.xml）
＜beans＞
＜bean id="TheAction" class="net.chen.spring.qs.UpperAction"＞
＜property name="message"＞
＜value＞HeLLo＜/value＞
＜/property＞
＜/bean＞
＜/beans＞ |
（4）測試代碼
public void testQuickStart () {
ApplicationContext ctx=new
FileSystemXmlApplicationContext ("bean.xml");
Action a= (Action) ctx.getBean ("TheAction");
System.out.println (a. execute ("Rod Johnson"));
} |
上面的測試代碼中，我們根據"bean.xml"創建了一個ApplicationContext實例，并從此實例中獲取我們所需的Action實現，運行測試代碼，我們看到控制臺輸出：
仔細觀察一下上面的代碼，可以看到：
（1）我們的組件并不需要實現框架指定的接口，因此可以輕松的將組件從Spring中脫離，甚至不需要任何修改，這在基于EJB框架實現的應用中是難以想象的。
（2）組件間的依賴關系減少，極大改善了代碼的可重用性。Spring的依賴注入機制，可以在運行期為組件配置所需資源，而無需在編寫組件代碼時就加以指定，從而在相當程度上降低了組件之間的耦合。
Spring給我們帶來了如此這般的好處，那么，反過來，讓我們試想一下，如果不使用Spring框架，回到我們傳統的編碼模式，情況會是怎樣呢？
首先，我們必須編寫一個配置文件讀取類，以實現Message屬性的可配置化。
其次，得有一個Factory模式的實現，并結合配置文件的讀寫完成Action的動態加載。于是，我們實現了一個ActionFactory來實現這個功能：
public class ActionFactory {
public static Action getAction (String actionName) {Properties pro = new Properties ();
try {
pro.load (new FileInputStream ("config.properties"));
String actionImplName =(String)pro.get(actionName);
String actionMessage =(String) pro.get (actionName+"_msg");
Object obj =Class.forName (actionImplName).newInstance ();
BeanUtils.setProperty(obj,"message",actionMessage);
return (Action) obj;
} catch (FileNotFoundException e) {
……
}
} |
配置文件則采用properties文件形式如下所示：
TheAction=net.chen.spring.qs.UpperAction
TheAction_msg=HeLLo |
測試代碼也作相應修改。現在不論實現的好壞，總之通過上面新增的多行代碼，終于實現了類似的功能。如果現在有了一個新的需求，這樣這個ActionFactory每次都新建一個類的實例，顯然這對系統性能不利，考慮到我們的兩個Action都是線程安全的，修改一下ActionFactory，保持系統中只有一個Action實例供其它線程調用。另外Action對象創建后，需要做一些初始化工作。修改一下ActionFactory，使其在創建Action實例之后，隨即就調用Action.init方法執行初始化。Action的處理這樣就差不多了。下面我們來看看另外一個Factory
……
往往這些系統開發中最常見的需求，會導致我們的代碼迅速膨脹，而Spring IoC的出現，則大大緩解了這樣的窘境。通過以上實例，可以看出，Spring IoC為我們提供了如下幾方面的優勢：
（1）應用組件不需要在運行時尋找其協作者，因此更易于開發和編寫應用；
（2）由于借助于IoC容器管理組件的依賴關系，使得應用的單元測試和集成測試更利于展開；
（3）通常，在借助于IoC容器關系業務對象的前提下，很少需要使用具體IoC容器提供的API，這使得集成現有的遺留應用成為可能。
因此，通過使用IoC能夠降低組件之間的耦合度，最終，能夠提高類的重用性，利于測試，而且更利于整個產品或系統集成和配置。
2、Spring AOP
2.1 面向切面編程基礎
通常，系統由很多組件組成，每個組件負責一部分功能，然而，這些組件也經常帶有一些除了核心功能之外的附帶功能 。系統服務如日志、事務管理和安全經常融入到一些其他功能模塊中。這些系統服務通常叫做交叉業務，這是因為它們總是分布在系統的很多組件中。通過將這些業務分布在多個組件中，給我們的代碼引入了雙重復雜性。
(1) 實現系統級業務的代碼在多個組件中復制。這意味著如果你要改變這些業務邏輯，你就必須到各個模塊去修改。就算把這些業務抽象成一個獨立模塊，其它模塊只是調用它的一個方法，但是這個方法調用也還是分布在很多地方。
(2) 組件會因為那些與自己核心業務無關的代碼變得雜亂。一個向地址錄中添加條目的方法應該只關心如何添加地址，而不是關心它是不是安全或支持事務的。
此時，我們該怎么辦呢？這正是AOP用得著的地方。AOP幫助我們將這些服務模塊化，并把它們聲明式地應用在需要它們的地方，使得這些組件更加專注于自身業務，完全不知道其它涉及到的系統服務。
這里的概念切面，就是我們要實現的交叉功能，是應用系統模塊化的一個方面或領域。切面的最常見例子就是日志記錄。日志記錄在系統中到處需要用到，利用繼承來重用日志模塊是不合適的，這樣，就可以創建一個日志記錄切面，并且使用AOP在系統中應用。下圖展示了切面應用方式
圖表 1 應用切面
其中，通知Advice是切面的實際實現。連接點Joinpoint是應用程序執行過程中插入切面的地點，這個地點可以是方法調用，異常拋出，甚至可以是要修改的字段，切面代碼在這些地方插入到你的應用流程中，添加新的行為。切入點Pointcut定義了Advice應該應用在那些連接點，通常通過指定類名和方法名，或者匹配類名和方法名式樣的正則表達式來指定切入點。
2.2 AOP在Spring中的實現
基于AOP，業界存在各種各樣的AOP實現，比如，JBoss AOP、Spring AOP、AspectJ、Aspect Werkz等。各自實現的功能也不一樣。AOP實現的強弱在很大程度上取決于連接點模型。目前，Spring只支持方法級的連接點。這和一些其他AOP框架不一樣，如AspectJ和JBoss，它們還提供了屬性接入點，這樣可以防止你創建特別細致的通知，如對更新對象屬性值進行攔截。然而，由于Spring關注于提供一個實現J2EE服務的框架，所以方法攔截可以滿足大部分要求，而且Spring的觀點是屬性攔截破壞了封裝，讓Advice觸發在屬性值改變而不是方法調用上無疑是破壞了這個概念。
Spring的AOP框架的關鍵點如下：
（1）Spring實現了AOP聯盟接口。在Spring AOP中，存在如下幾種通知（Advice）類型
Before通知：在目標方法被調用前調用，涉及接口org.springframework.aop.MethodBeforeAdvice;
After通知：在目標方法被調用后調用，涉及接口為org.springframework.aop.AfterReturningAdvice;
Throws通知：目標方法拋出異常時調用，涉及接口org.springframework.aop.MethodBeforeAdvice;
Around通知：攔截對目標對象方法調用，涉及接口為org.aopalliance.intercept.MethodInterceptor。
（2）用java編寫Spring通知，并在Spring的配置文件中，定義在什么地方應用通知的切入點。
（3）Spring的運行時通知對象。代理Bean只有在第一次被應用系統需要的時候才被創建。如果你使用的是ApplicationContext，代理對象在BeanFactory載入所有Bean的時候被創建。Spring有兩種代理創建方式。如果目標對象實現了一個或多個接口暴露的方法，Spring將使用JDK的java.lang.reflect.Proxy類創建代理。這個類讓Spring動態產生一個新的類，它實現所需的接口，織入了通知，并且代理對目標對象的所有請求。如果目標對象沒有實現任何接口，Spring使用CGLIB庫生成目標對象的子類。在創建這個子類的時候，Spring將通知織入，并且將對目標對象的調用委托給這個子類。此時，需要將Spring發行包lib/cglib目錄下的JAR文件發布到應用系統中。
2.3 Spring AOP的優勢
借助于Spring AOP，Spring IoC能夠很方便的使用到非常健壯、靈活的企業級服務，是因為Spring AOP能夠提供如下幾方面的優勢：
（1）允許開發者使用聲明式企業服務，比如事務服務、安全性服務；EJB開發者都知道，EJB組件能夠使用J2EE容器提供的聲明式服務，但是這些服務要借助于EJB容器，而Spring AOP卻不需要EJB容器，借助于Spring的事務抽象框架就可以這些服務。
（2）開發者可以開發滿足業務需求的自定義切面；
（3）開發Spring AOP Advice很方便。因為這些AOP Advice僅是POJO類，借助于Spring提供的ProxyFactoryBean,能夠快速的搭建Spring AOP Advice。
3、結語
本文詳細闡述了Spring背后的IoC原理和AOP技術，以實際成功項目為背景，抽取簡短片斷，展示了Spring架構J2EE應用系統的原理。Spring IoC借助于依賴注入機制，減輕了組件之間的依賴關系，同時也大大提高了組件的可移植性，組件得到了更多的重用機會。借助于Spring AOP，使得開發者能聲明式、基于元數據訪問企業級服務，AOP合理補充了OOP技術，Spring AOP合理地補充了Spring IoC容器。Spring IoC與Spring AOP組合，使得Spring成為成功的J2EE架構框架，并能與標準的EJB等標準對抗，EJB不再是必需品。Spring已經沖入了J2EE的核心，將引領整個J2EE開發、架構的方向。
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原文鏈接：
http://www.zhujiangroad.com/html/soft/s8445.html