Spring中用到了哪些設(shè)計模式

前段時間，一位讀者面阿里被問到了一個經(jīng)典問題：說一說 Spring 框架中用到了哪些設(shè)計模式？答的不是很好。不得不說，這個面試題出現(xiàn)的頻次還真不低，不少同學(xué)都遇到過。 所以今天這篇文章我們就來好好梳理一下這個知識點(diǎn)，希望對大家有所幫助。

代理模式

所謂代理，是指它與被代理對象實(shí)現(xiàn)了相同的接口，客戶端必須通過代理才能與被代理的目標(biāo)類進(jìn)行交互，而代理一般在交互的過程中（交互前后），進(jìn)行某些特定的處理，比如在調(diào)用這個方法前做前置處理，調(diào)用這個方法后做后置處理。

代理又分為靜態(tài)代理和動態(tài)代理兩種方式，Spring 的 AOP 采用的是動態(tài)代理的方式

Spring 通過動態(tài)代理對類進(jìn)行方法級別的切面增強(qiáng)，動態(tài)生成目標(biāo)對象的代理類，并在代理類的方法中設(shè)置攔截器，通過執(zhí)行攔截器中的邏輯增強(qiáng)了代理方法的功能，從而實(shí)現(xiàn) AOP。

關(guān)于動態(tài)代理可以看這篇文章，寫的很詳細(xì)：動態(tài)代理總結(jié)，你要知道的都在這里，無廢話！

策略模式

我們前面講到，Spring AOP 是通過動態(tài)代理來實(shí)現(xiàn)的。

具體到代碼實(shí)現(xiàn)，Spring 支持兩種動態(tài)代理實(shí)現(xiàn)方式，一種是 JDK 提供的動態(tài)代理實(shí)現(xiàn)方式，另一種是 Cglib 提供的動態(tài)代理實(shí)現(xiàn)方式。

Spring 會在運(yùn)行時動態(tài)地選擇不同的動態(tài)代理實(shí)現(xiàn)方式。這個應(yīng)用場景實(shí)際上就是策略模式的典型應(yīng)用場景。

我們只需要定義一個策略接口，讓不同的策略類都實(shí)現(xiàn)這一個策略接口。對應(yīng)到 Spring 源碼，AopProxy 是策略接口，JdkDynamicAopProxy、CglibAopProxy 是兩個實(shí)現(xiàn)了 AopProxy 接口的策略類。

其中，AopProxy接口的定義如下所示：

在策略模式中，策略的創(chuàng)建一般通過工廠方法來實(shí)現(xiàn)。對應(yīng)到Spring源碼，AopProxyFactory 是一個工廠類接口，DefaultAopProxyFactory 是一個默認(rèn)的工廠類，用來創(chuàng)建 AopProxy 對象。

源碼如下所示：

策略模式的典型應(yīng)用場景，一般是通過環(huán)境變量、狀態(tài)值、計算結(jié)果等動態(tài)地決定使用哪個策略。

對應(yīng)到 Spring 源碼中，我們可以參看剛剛給出的 DefaultAopProxyFactory 類中的 createAopProxy() 函數(shù)的代碼實(shí)現(xiàn)。

其中，第10行代碼是動態(tài)選擇哪種策略的判斷條件。

裝飾器模式

我們知道，緩存一般都是配合數(shù)據(jù)庫來使用的。如果寫緩存成功，但數(shù)據(jù)庫事務(wù)回滾了，那緩存中就會有臟數(shù)據(jù)。

為了解決這個問題，我們需要將緩存的寫操作和數(shù)據(jù)庫的寫操作，放到同一個事務(wù)中，要么都成功，要么都失敗。

實(shí)現(xiàn)這樣一個功能，Spring 使用到了裝飾器模式。

TransactionAwareCacheDecorator 增加了對事務(wù)的支持，在事務(wù)提交、回滾的時候分別對Cache的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

TransactionAwareCacheDecorator 實(shí)現(xiàn) Cache 接口，并且將所有的操作都委托給 targetCache 來實(shí)現(xiàn)，對其中的寫操作添加了事務(wù)功能。這是典型的裝飾器模式的應(yīng)用場景和代碼實(shí)現(xiàn)。

單例模式

單例模式是指一個類在整個系統(tǒng)運(yùn)行過程中，只允許產(chǎn)生一個實(shí)例

在Spring中，Bean 可以被定義為兩種模式：Prototype（多例）和Singleton（單例），Spring Bean默認(rèn)是單例模式。

那Spring是如何實(shí)現(xiàn)單例模式的呢？

答案是通過單例注冊表的方式，具體來說就是使用了HashMap。簡化代碼如下：

public?class?DefaultSingletonBeanRegistry?{
????
????//使用了線程安全容器ConcurrentHashMap，保存各種單實(shí)例對象
????private?final?Map?singletonObjects?=?new?ConcurrentHashMap;

????protected?Object?getSingleton(String?beanName)?{
????//先到HashMap中拿Object
????Object?singletonObject?=?singletonObjects.get(beanName);
????
????//如果沒拿到通過反射創(chuàng)建一個對象實(shí)例，并添加到HashMap中
????if?(singletonObject?==?null)?{
??????singletonObjects.put(beanName,
???????????????????????????Class.forName(beanName).newInstance());
???}
???
???//返回對象實(shí)例
???return?singletonObjects.get(beanName);
??}
}

上面的代碼邏輯比較清晰，先到? HashMap去拿單實(shí)例對象，沒拿到就創(chuàng)建一個添加到 HashMap。

簡單工廠模式

有這樣一個場景：

當(dāng) A 對象需要調(diào)用 B 對象的方法時，我們需要在 A 中 new 一個 B 的實(shí)例，它的缺點(diǎn)是一旦需求發(fā)生變化，比如需要使用C類來代替B時，就要改寫A類的方法。

假如應(yīng)用中有 100 個類以的方式耦合了 B，那改起來就費(fèi)勁了。

使用簡單工廠模式：

簡單工廠模式又叫靜態(tài)工廠方法，其實(shí)質(zhì)是由一個工廠類根據(jù)傳入的參數(shù)，動態(tài)決定應(yīng)該創(chuàng)建哪一個產(chǎn)品類。

其中 Spring 中的 BeanFactory 就是簡單工廠模式的體現(xiàn)，BeanFactory 是 Spring IOC 容器中的一個核心接口，它的定義如下：

我們可以通過它的具體實(shí)現(xiàn)類（比如ClassPathXmlApplicationContext）來獲取Bean：

BeanFactory?bf?=?new?ClassPathXmlApplicationContext("spring.xml");
FlyFish?flyFishBean?=?(FlyFish)?bf.getBean("flyfishBean");

從上面代碼可以看到，使用者不需要自己來new對象，而是通過工廠類的方法getBean來獲取對象實(shí)例，這是典型的簡單工廠模式，只不過Spring是用反射機(jī)制來創(chuàng)建Bean的。

工廠方法模式

在簡單工廠中，由工廠類進(jìn)行所有的邏輯判斷、實(shí)例創(chuàng)建；如果不想在工廠類中進(jìn)行判斷，可以為不同的產(chǎn)品提供不同的工廠，不同的工廠生產(chǎn)不同的產(chǎn)品，每一個工廠都只對應(yīng)一個相應(yīng)的對象，這就是工廠方法模式。

Spring中的FactoryBean就是這種思想的體現(xiàn)，F(xiàn)actoryBean可以理解為工廠Bean，先來看看它的定義：

我們定義一個類FlyFishFactoryBean來實(shí)現(xiàn)FactoryBean接口，主要是在getObject方法里new一個FlyFish對象。這樣我們通過getBean(id) 獲得的是該工廠所產(chǎn)生的FlyFish的實(shí)例，而不是FlyFishFactoryBean本身的實(shí)例，像下面這樣：

BeanFactory?bf?=?new?ClassPathXmlApplicationContext("spring.xml");
FlyFish?flyFishBean?=?(FlyFish)?bf.getBean("flyfishBean");

觀察者模式

Spring中實(shí)現(xiàn)的觀察者模式包含三部分：Event事件（相當(dāng)于消息）、Listener監(jiān)聽者（相當(dāng)于觀察者）、Publisher發(fā)送者（相當(dāng)于被觀察者）

我們通過一個例子來看下Spring提供的觀察者模式是怎么使用的

// Event事件
public?class?DemoEvent?extends?ApplicationEvent?{
??private?String?message;

??public?DemoEvent(Object?source,?String?message)?{
????super(source);
??}

??public?String?getMessage()?{
????return?this.message;
??}
}

//?Listener監(jiān)聽者
@Component
public?class?DemoListener?implements?ApplicationListener?{
??@Override
??public?void?onApplicationEvent(DemoEvent?demoEvent)?{
????String?message?=?demoEvent.getMessage();
????System.out.println(message);
??}
}

//?Publisher發(fā)送者
@Component
public?class?DemoPublisher?{
??@Autowired
??private?ApplicationContext?applicationContext;

??public?void?publishEvent(DemoEvent?demoEvent)?{
????this.applicationContext.publishEvent(demoEvent);
??}
}

從代碼中，我們可以看出，主要包含三部分工作：

定義一個繼承ApplicationEvent的事件（DemoEvent）；

定義一個實(shí)現(xiàn)了ApplicationListener的監(jiān)聽器（DemoListener）；

定義一個發(fā)送者（DemoPublisher），發(fā)送者調(diào)用ApplicationContext來發(fā)送事件消息。

在Spring的實(shí)現(xiàn)中，觀察者注冊到了哪里呢？又是如何注冊的呢？

Spring把觀察者注冊到了ApplicationContext對象中。

實(shí)際上，具體到源碼來說，ApplicationContext只是一個接口，具體的代碼實(shí)現(xiàn)包含在它的實(shí)現(xiàn)類AbstractApplicationContext中。我把跟觀察者模式相關(guān)的代碼，如下。你只需要關(guān)注它是如何發(fā)送事件和注冊監(jiān)聽者就好。

從上面的代碼中，我們發(fā)現(xiàn)，真正的消息發(fā)送，實(shí)際上是通過ApplicationEventMulticaster這個類來完成的。

下面這個類的源碼我只摘抄了最關(guān)鍵的一部分，也就是multicastEvent()這個消息發(fā)送函數(shù)，它通過線程池，支持異步非阻塞、同步阻塞這兩種類型的觀察者模式。

借助Spring提供的觀察者模式的骨架代碼，如果我們要在Spring下實(shí)現(xiàn)某個事件的發(fā)送和監(jiān)聽，只需要做很少的工作，定義事件、定義監(jiān)聽器、往ApplicationContext中發(fā)送事件就可以了，剩下的工作都由Spring框架來完成。

實(shí)際上，這也體現(xiàn)了Spring框架的擴(kuò)展性，也就是在不需要修改任何代碼的情況下，擴(kuò)展新的事件和監(jiān)聽。

模板模式

我們經(jīng)常在面試中被問到的一個問題：

請你說下Spring Bean的創(chuàng)建過程包含哪些主要的步驟。

這其中就涉及模板模式。它也體現(xiàn)了Spring的擴(kuò)展性。利用模板模式，Spring能讓用戶定制Bean的創(chuàng)建過程。

下面是Spring Bean的整個生命周期，一張圖，清晰明了：

如果你仔細(xì)看過源碼會發(fā)現(xiàn)，實(shí)際上，這里的模板模式的實(shí)現(xiàn)，并不是標(biāo)準(zhǔn)的抽象類的實(shí)現(xiàn)方式，而是有點(diǎn)類似? Callback回調(diào)的實(shí)現(xiàn)方式，也就是將要執(zhí)行的函數(shù)封裝成對象（比如，初始化方法封裝成 InitializingBean 對象），傳遞給模板（BeanFactory）來執(zhí)行。

觀察者模式和模板模式，這兩種模式能夠幫助我們創(chuàng)建擴(kuò)展點(diǎn)，讓框架的使用者在不修改源碼的情況下，基于擴(kuò)展點(diǎn)定制化框架功能。

適配器模式

在Spring MVC中，定義一個Controller最常用的方式是，通過@Controller注解來標(biāo)記某個類是Controller類，通過@RequesMapping注解來標(biāo)記函數(shù)對應(yīng)的URL

不過，我們還可以通過讓類實(shí)現(xiàn)Controller接口或者Servlet接口，來定義一個Controller。

針對這三種定義方式，我寫了三段示例代碼，如下所示：

//?方法一：通過@Controller、@RequestMapping來定義
@Controller
public?class?DemoController?{
????@RequestMapping("/FlyFish")
????public?ModelAndView?getEmployeeName()?{
????????ModelAndView?model?=?new?ModelAndView("FlyFish");????????
????????model.addObject("message",?"FlyFish");???????
????????return?model;?
????}??
}

//?方法二：實(shí)現(xiàn)Controller接口?+ xml配置文件:配置DemoController與URL的對應(yīng)關(guān)系
public?class?DemoController?implements?Controller?{
????@Override
????public?ModelAndView?handleRequest(HttpServletRequest?req,?HttpServletResponse?resp)?throws?Exception?{
????????ModelAndView?model?=?new?ModelAndView("FlyFish");
????????model.addObject("message",?"FlyFish");
????????return?model;
????}
}

//?方法三：實(shí)現(xiàn)Servlet接口?+ xml配置文件:配置DemoController類與URL的對應(yīng)關(guān)系
public?class?DemoServlet?extends?HttpServlet?{
??@Override
??protected?void?doGet(HttpServletRequest?req,?HttpServletResponse?resp)?throws?ServletException,?IOException?{
????this.doPost(req,?resp);
??}
??
??@Override
??protected?void?doPost(HttpServletRequest?req,?HttpServletResponse?resp)?throws?ServletException,?IOException?{
????resp.getWriter().write("Hello?World.");
??}
}

在應(yīng)用啟動的時候，Spring容器會加載這些Controller類，并且解析出URL對應(yīng)的處理函數(shù)，封裝成Handler對象，存儲到HandlerMapping對象中。當(dāng)有請求到來的時候，DispatcherServlet從HanderMapping中，查找請求URL對應(yīng)的Handler，然后調(diào)用執(zhí)行Handler對應(yīng)的函數(shù)代碼，最后將執(zhí)行結(jié)果返回給客戶端。

但是，不同方式定義的Controller，其函數(shù)的定義（函數(shù)名、入?yún)?、返回值等）是不統(tǒng)一的。

DispatcherServlet調(diào)用的是service()方法，DispatcherServlet需要根據(jù)不同類型的Controller，調(diào)用不同的函數(shù)。

Spring利用適配器模式，我們將不同方式定義的Controller類中的函數(shù)，適配為統(tǒng)一的函數(shù)定義。

我們再具體看下Spring的代碼實(shí)現(xiàn)。

Spring定義了統(tǒng)一的接口HandlerAdapter，并且對每種Controller定義了對應(yīng)的適配器類。

這些適配器類包括：AnnotationMethodHandlerAdapter、SimpleControllerHandlerAdapter、SimpleServletHandlerAdapter等。

在DispatcherServlet類中，我們就不需要區(qū)分對待不同的Controller對象了，統(tǒng)一調(diào)用HandlerAdapter的handle()函數(shù)就可以了。

編輯：黃飛