Spring Framework 整体架构

前言

Spring Framework 作为一个优秀的开源框架，是为了解决企业应用程序开发复杂性而创建的。框架的主要优势之一就是其分层架构，分层架构允许您选择使用哪一个组件，同时为 J2EE 应用程序开发提供集成的框架。

现在的Spring已然发展成了一个平台，引用Spring官网的原话：

From configuration to security, web apps to big data – whatever the infrastructure needs of your application may be, there is a Spring Project to help you build it. Start small and use just what you need – Spring is modular by design.

Main Projects:

• Spring Framework
• Spring Boot
• Spring Cloud
• Spring Security
• Spring Data
• ...

这里只列出了最近比较火的 Spring Project，更多Project 请参考：https://spring.io/projects

本篇着重介绍 Spring Framework整体架构，希望能改对 Spring Framework框架有一个初步的全面的认识，并且学习其架构设计方面的一些理念和方法。

Spring Framework源码地址：https://github.com/spring-projects/spring-framework

Spring Framework的整体架构

Spring Framework总共有十几个组件，其中核心组件只有三个：Core、Context 和 Beans。

Spring Framework 3.x 的总体架构图

spring3-modules.png

组成 Spring Framework的每个模块（或组件）都可以单独存在，或者与其他一个或多个模块联合实现。每个模块的功能如下：

• Spring Core（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 Context（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。

从图中可以看出，IOC 的实现包 spring-beans 和 AOP 的实现包 spring-aop 也是整个框架的基础，而 spring-core 是整个框架的核心，基础的功能都在这里。

在此基础之上，spring-context 提供上下文环境，为各个模块提供粘合作用。

在 spring-context 基础之上提供了 spring-tx 和 spring-orm包，而web部分的功能，都是要依赖spring-web来实现的。

Spring Framework 4.x 的系统架构图

spring4-modules.png

Spring Framework 4.x对比Spring Framework 3.2.x的系统架构变化：

从图中可以看出，总体的层次结构没有太大变化，变化的是 Spring 4.0.3去掉了 struts 模块(spring-struts包)。现在的 Spring mvc的确已经足够优秀了，大量的 web 应用均已经使用了 Spring mvc。而 struts1.x 的架构太落后了，struts2.x 是 struts 自身提供了和 Spring 的集成包，但是由于之前版本的 struts2 存在很多致命的安全漏洞，所以，大大影响了其使用度，好在最新的2.3.16版本的 struts 安全有所改善，希望不会再出什么大乱子。

web 部分去掉了 struts 模块，但是增加 WebSocket 模块(spring-websocket包)，增加了对 WebSocket、SockJS 以及 STOMP 的支持，它与 JSR-356 Java WebSocket API 兼容。另外，还提供了基于 SockJS（对 WebSocket 的模拟）的回调方案，以适应不支持 WebSocket 协议的浏览器。

同时，增加了 messaging 模块(spring-messaging)，提供了对 STOMP 的支持，以及用于路由和处理来自 WebSocket 客户端的 STOMP 消息的注解编程模型。spring-messaging 模块中还 包含了 Spring Integration 项目中的核心抽象类，如 Message、MessageChannel、MessageHandler。

如果去看源代码的话，还可以发现还有一个新增的包，加强了 beans 模块，就是 spring-beans-groovy。应用可以部分或完全使用 Groovy 编写。借助于 Spring 4.0，能够使用 Groovy DSL 定义外部的 Bean 配置，这类似于 XML Bean 声明，但是语法更为简洁。使用Groovy还能够在启动代码中直接嵌入Bean的声明。

还有一些：

• 删除过时的包和方法。具体API变动可以参考变动报告，第三方类库至少使用2010/2011年发布的版本，尤其是Hibernate 3.6+, EhCache 2.1+, Quartz 1.8+, Groovy 1.8+, and Joda-Time 2.0+。Hibernate Validator要求使用4.3+，Jackson 2.0+。
• Java 8支持。当然也支持Java6和Java7，但最好在使用Spring框架3.X或4.X时，将JDK升级到Java7，因为有些版本至少需要Java7。
• Java EE 6和7。使用Spring4.x时Java EE版本至少要6或以上，且需要JPA 2.0和Servlet 3.0 的支持，所以服务器，web容器需要做相应的升级。一个更具前瞻性的注意是，Spring4.0支持J2EE 7的适用级规范，比如JMS 2.0， JTA 1.2， JPA 2.1， Bean Validation 1.1和JSR-236并发工具包，在选择这些jar包时需要注意版本。
• 使用Groovy DSL定义外部Bean。
• 核心容器提升。
  1. 支持Bean的泛型注入，比如：@Autowired Repository<Customer> customerRepository
  2. 使用元注解开发暴露指定内部属性的自定义注解。
  3. 通过 @Ordered注解或Ordered 接口对注入集合或数组的 Bean 进行排序。

4. @Lazy 注解可以用在注入点或 @Bean 定义上。
5. 为开发者引入 @Description 注解。
6. 引入 @Conditional 注解进行有条件的 Bea n过滤。
7. 基于 CGLIB 的代理类不需要提供默认构造器，因为 Spring 框架将 CGLIB 整合到内部了。
8. 框架支持时区管理，比如 LocalContext。

• Web提升。

1. 增加新的 @RestController 注解，这样就不需要在每个 @RequestMapping 方法中添加 @ResponseBody 注解。
2. 添加 AsyncRestTemplate，在开发 REST 客户端时允许非阻塞异步支持。
3. 为 Spring MVC 应用程序开发提供全面的时区支持。

• WebSocket，SockJS 和 STOMP 消息。
• 测试提升。

1. spring-test 模块里的几乎所有注解都能被用做元注解去创建自定义注解，来减少跨测试集时的重复配置。
2. 活跃的 bean 定义配置文件可以编程方式解析。
3. spring-core 模块里引入一个新的 SocketUtils 类，用于扫描本地可使用的 TCP 和 UDP 服务端口。一般用于测试需要 socket 的情况，比如测试开启内存 SMTP 服务，FTP 服务，Servlet 容器等。
4. 由于 Spring4.0 的原因，org.springframework.mock.web 包现在基于 Servlet 3.0 API。

关于Spring 4.x 新增特性可以参考 What’s New in Spring Framework 4.x

Spring 的设计理念

Spring 是面向 Bean 的编程（BOP, Bean Oriented Programming），Bean 在 Spring 中才是真正的主角。Bean 在 Spring 中作用就像 Object 对 OOP 的意义一样，没有对象的概念就像没有面向对象编程，Spring 中没有 Bean 也就没有 Spring 存在的意义。Spring 提供了 IOC 容器通过配置文件或者注解的方式来管理对象之间的依赖关系。

控制反转模式（也称作依赖性介入）的基本概念是：不创建对象，但是描述创建它们的方式。在代码中不直接与对象和服务连接，但在配置文件中描述哪一个组件需要哪一项服务。容器 （在 Spring 框架中是 IOC 容器） 负责将这些联系在一起。

在典型的 IOC 场景中，容器创建了所有对象，并设置必要的属性将它们连接在一起，决定什么时间调用方法。

面向切面编程

面向切面编程，即 AOP（Aspect Oriented Programming），是一种编程技术，它允许程序员对横切关注点或横切典型的职责分界线的行为（例如日志和事务管理）进行模块化。AOP 的核心构造是方面，它将那些影响多个类的行为封装到可重用的模块中。

AOP 和 IOC 是补充性的技术，它们都运用模块化方式解决企业应用程序开发中的复杂问题。在典型的面向对象开发方式中，可能要将日志记录语句放在所有方法和 Java 类中才能实现日志功能。在 AOP 方式中，可以反过来将日志服务模块化，并以声明的方式将它们应用到需要日志的组件上。当然，优势就是 Java 类不需要知道日志服务的存在，也不需要考虑相关的代码。所以，用 Spring AOP 编写的应用程序代码是松散耦合的。

AOP 的功能完全集成到了 Spring 事务管理、日志和其他各种特性的上下文中。

IOC 容器

Spring 设计的核心是 org.springframework.beans 包，它的设计目标是与 JavaBean 组件一起使用。这个包通常不是由用户直接使用，而是由服务器将其用作其他多数功能的底层中介。下一个最高级抽象是 BeanFactory 接口，它是工厂设计模式的实现，允许通过名称创建和检索对象。BeanFactory 也可以管理对象之间的关系。

BeanFactory 支持两个对象模型：

• 单例 模型提供了具有特定名称的对象的共享实例，可以在查询时对其进行检索。Singleton 是默认的也是最常用的对象模型。对于无状态服务对象很理想。
• 原型 模型确保每次检索都会创建单独的对象。在每个用户都需要自己的对象时，原型模型最适合。

bean 工厂的概念是 Spring 作为 IOC 容器的基础。IOC 将处理事情的责任从应用程序代码转移到框架。

结束！