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84 | 开源实战四（上）：剖析Spring框架中蕴含的经典设计思想或原则

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84 | 开源实战四（上）：剖析Spring框架中蕴含的经典设计思想或原则

2020-05-15 王争 来自北京
《设计模式之美》
课程介绍

讲述：冯永吉

时长14:05大小12.89M

在 Java 世界里，Spring 框架已经几乎成为项目开发的必备框架。作为如此优秀和受欢迎的开源项目，它是我们源码阅读的首选材料之一，不管是设计思想，还是代码实现，都有很多值得我们学习的地方。接下来，我们就详细讲讲 Spring 框架中蕴含的设计思想、原则和模式。因为内容比较多，我分三部分来讲解。
第一部分，我们讲解 Spring 框架中蕴含的经典设计思想或原则。
第二部分，我们讲解 Spring 框架中用来支持扩展的两种设计模式。
第三部分，我们总结罗列 Spring 框架中用到的其他十几种设计模式。
今天，我们就讲下第一部分：Spring 框架中蕴含的一些设计思想或原则，这其中就包括：约定大于配置、低侵入松耦合、模块化轻量级等。这些设计思想都很通用，掌握之后，我们可以借鉴用到其他框架的开发中。
话不多少，让我们正式开始今天的学习吧！

Spring 框架简单介绍

考虑到你可能不熟悉 Spring，我这里对它做下简单介绍。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。下面这个表格，是我从 Spring 官网上找的，关于 Spring Framework 的功能介绍，你可以大略地看下有个印象。
在 Spring Framework 中，Spring MVC 出镜率很高，经常被单独拎出来使用。它是支持 Web 开发的 MVC 框架，提供了 URL 路由、Session 管理、模板引擎等跟 Web 开发相关的一系列功能。
Spring Boot 是基于 Spring Framework 开发的。它更加专注于微服务开发。之所以名字里带有“Boot”一词，跟它的设计初衷有关。Spring Boot 的设计初衷是快速启动一个项目，利用它可以快速地实现一个项目的开发、部署和运行。Spring Boot 支持的所有功能都是围绕着这个初衷设计的，比如：集成很多第三方开发包、简化配置（比如，规约优于配置）、集成内嵌 Web 容器（比如，Tomcat、Jetty）等。
单个的微服务开发，使用 Spring Boot 就足够了，但是，如果要构建整个微服务集群，就需要用到 Spring Cloud 了。Spring Cloud 主要负责微服务集群的服务治理工作，包含很多独立的功能组件，比如 Spring Cloud Sleuth 调用链追踪、Spring Cloud Config 配置中心等。

从 Spring 看框架的作用

如果你使用过一些框架来做开发，你应该能感受到使用框架开发的优势。这里我稍微总结一下。利用框架的好处有：解耦业务和非业务开发、让程序员聚焦在业务开发上；隐藏复杂实现细节、降低开发难度、减少代码 bug；实现代码复用、节省开发时间；规范化标准化项目开发、降低学习和维护成本等等。实际上，如果要用一句话来总结一下的话，那就是简化开发！
对于刚刚的总结，我们再详细解释一下。
相比单纯的 CRUD 业务代码开发，非业务代码开发要更难一些。所以，将一些非业务的通用代码开发为框架，在项目中复用，除了节省开发时间之外，也降低了项目开发的难度。除此之外，框架经过多个项目的多次验证，比起每个项目都重新开发，代码的 bug 会相对少一些。而且，不同的项目使用相同的框架，对于研发人员来说，从一个项目切换到另一个项目的学习成本，也会降低很多。
接下来，我们再拿常见的 Web 项目开发来举例说明一下。
通过在项目中引入 Spring MVC 开发框架，开发一个 Web 应用，我们只需要创建 Controller、Service、Repository 三层类，在其中填写相应的业务代码，然后做些简单的配置，告知框架 Controller、Service、Repository 类之间的调用关系，剩下的非业务相关的工作，比如，对象的创建、组装、管理，请求的解析、封装，URL 与 Controller 之间的映射，都由框架来完成。
不仅如此，如果我们直接引入功能更强大的 Spring Boot，那将应用部署到 Web 容器的工作都省掉了。Spring Boot 内嵌了 Tomcat、Jetty 等 Web 容器。在编写完代码之后，我们用一条命令就能完成项目的部署、运行。

Spring 框架蕴含的设计思想

在 Google Guava 源码讲解中，我们讲到开发通用功能模块的一些比较普适的开发思想，比如产品意识、服务意识、代码质量意识、不要重复早轮子等。今天，我们剖析一下 Spring 框架背后的一些经典设计思想（或开发技巧）。这些设计思想并非 Spring 独有，都比较通用，能借鉴应用在很多通用功能模块的设计开发中。这也是我们学习 Spring 源码的价值所在。

1. 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。

2. 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。

3. 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。我们先看一张图，如下所示，它是 Spring Framework 的模块和分层介绍图。
从图中我们可以看出，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。

4. 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。
还有我们下节课要讲的 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。
除此之外，还记得我们之前在模板模式中，讲过的 JdbcTemplate 吗？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。

重点回顾

好了，今天的内容到此就讲完了。我们一块来总结回顾一下，你需要重点掌握的内容。
借助 Spring 框架，我们总结了框架的作用：解耦业务和非业务开发、让程序员聚焦在业务开发上；隐藏复杂实现细节、降低开发难度、减少代码 bug；实现代码复用、节省开发时间；规范化标准化项目开发、降低学习和维护成本等。实际上，如果要用一句话来总结一下的话，那就是简化开发！
除此之外，我们还重点讲解了 Sping 背后蕴含的一些经典设计思想，主要有：约定优于配置，低侵入、松耦合，模块化、轻量级，再封装、再抽象。这些设计思想都比较通用，我们可以借鉴到其他框架的开发中。

课堂讨论

“约定优于配置”在很多开发场景中都有体现，比如 Maven、Gradle 构建工具，它们约定了一套默认的项目目录结构，除此之外，你还能想到体现这条设计思想的其他哪些开发场景吗？
参照 Spring 的设计思想，分析一个你熟悉框架、类库、功能组件背后的设计思想。
欢迎留言和我分享你的想法，如果有收获，也欢迎你把这篇文章分享给你的朋友。
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精选留言(17)

  • 守拙
    2020-05-15
    Gson是google出品的Json序列化/反序列化开源框架(相信专栏读者没人没用过吧). Gson符合"约定优于配置": 通常情况, 实体类的成员变量名与序列化后的json key是一致的, 无需配置, 算是一种约定. 但实体类的成员变量名和json key也可以不同. 通过@SeriailzedName()注解, 可以配置成员变量与json key的映射关系. 例: private String userName;//序列化后: {"userName" : "xx"} @SerializedName("user_name") private String userName;//序列化后: {"user_name"; "xx"}
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    共 6 条评论
    46
  • Heaven
    2020-05-15
    1.约定优于配置,其实这一点能延伸出很多的东西,约定可以理解为协议,可以说基于接口开发就是基于一种协议,也是遵循的约定优于配置.再者说,约定基于配置,可以延伸出模块化的思想,不改变的情况下,使用默认模块,并且支持模块的替换.是否可以说常见的MVC三层框架就是约定优于配置? 而我的举例,从网络传输协议说就是一种约定优于配置,从MAC层,IP层,TCP/UDP层,HTTP层,应用层,层层划分,交互双方按照相同协议读写,并且我们使用网络通信的时候,无须去手动配置底层的协议,而是有默认的底层协议去传输,让开发者聚焦于业务开发
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    11
  • techwro
    2020-05-16
    1.通过@Bean标记方法生成的bean对象，默认使用方法名作为beanName
    共 2 条评论
    5
  • 悟光
    2020-05-15
    一直在用spring，约定优于配置、低侵入，松耦合这些也时常听说但是对这些名词感觉比较陌生，大部分开发都是沿用架构的思路或者原有的代码结构，感觉开发业务挺熟练了，但是细想一些细节还是不太明白那么做的好处，只是觉得确实方便，看完争哥的这篇文章，一下子打通了任督二脉，原来不理解的几点一下串联起来了。从设计思想来看具体实现就能明白好的代码不仅仅在服务一处，还考虑到开发体验、效率。内心挺激动，明白为什么那么写了对项目理解又加深了。
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    共 1 条评论
    5
  • Jxin
    2020-05-15
    spring在向后兼容和质量追求上也做得非常好。
    共 1 条评论
    3
  • 君哥聊技术
    2020-05-18
    1.Jvm定义了一套模版规范，然后让各虚拟机去实现，比如hotspot 2.tomcat模块化思想非常明显，比如连接器分为endpoint,processor,和adaptor三个轻量级模块
    3
  • 小晏子
    2020-05-15
    spring framework中的controller model view都有约定大于配置的规则。可以参考https://docs.spring.io/spring/docs/3.0.0.M3/reference/html/ch16s10.html，写的很清楚。
    3
  • jaryoung
    2020-05-15
    “约定优于配置”，就是项目中的一些约定，例如，使用mybatis开发查询接口的时候，统一约定查询操作都以query开头，删除使用delete开头，更新使用update开头。 netty，组件化的思想，每个组件都有自己的工作相互配合。每个组件提供相应的扩展点，用户可以扩展，符合开闭原则等等。
    2
  • vic
    2020-05-24
    java项目工程划分,层级划分,都是按照约定来的, 以及json的序列化, 不管是jackson,gson,fastjson, 都体现了约定大于配置
    1
  • 🚦注意有车 ...
    2022-05-18
    mybatis开源框架： 1、很多的配置比如mapper的xml配置文件，里面的很多标签都是约定好的，也就是定义好了怎么用的 2、里面的插件接口，是低侵入松耦合，扩展性强
  • freesocean
    2021-11-02
    java web中的分层，类名等都几乎成为了约定俗称，MybatisPlus就针对于此，做了很多再抽象，再封装，并可以自动生成基础类，提供基本的api，又一次简化了web开发。
  • Harlan
    2021-01-06
    说下mybaitis: 1.作了很多约定，如xml mapper entity 等，默认配置 ，默认目录结构 2.目标是提供一套通用框架，屏蔽数据库层
  • 龙猫
    2020-09-20
    springboot更好的使用了约定大于配置，springboot的自动配置加载中间件，tomcat、mybatis、redis、mq等就是使用了默认参数。
  • 👽
    2020-08-17
    约定优于配置 我认为，其思想应用的面就很广了。 我感觉，HashMap，其实现也是默认实现即可，包括 默认容量，扩容阈值等。直接new HashMap（）就可以用，但是其配置也可以自定义。
  • Nights
    2020-07-15
    mybatis-plus默认实现增删改查
    共 1 条评论
  • Fitch Kuma
    2020-07-07
    Spring Integration DSL中IntegrationFlow的方法名默认读取方法名.input的channel，体现convention over configuration
  • 浩浩
    2020-05-25
    "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"前面说“仅有上层对下层的依赖关系”；后面说：“而同层之间以及下层对上层，几乎没有依赖和耦合” 这不前后矛盾了吗？想不明白，求教。
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    作者回复: 没看出矛盾啊，������

    共 4 条评论