Spring用到了哪些設(shè)計(jì)模式？你知道嗎？

作者：江南一點(diǎn)雨 2024-11-26 14:29:48

我們可以看到 Spring 框架巧妙地運(yùn)用了多種設(shè)計(jì)模式，不僅提高了代碼的復(fù)用性和可維護(hù)性，還增強(qiáng)了框架的靈活性和擴(kuò)展性。

松哥的 Spring 源碼分析課程結(jié)束好久了，今天和大伙總結(jié)下 Spring 中都用到了哪些設(shè)計(jì)模式。

Spring 作為企業(yè)級(jí)應(yīng)用開(kāi)發(fā)中最受歡迎的框架之一，其內(nèi)部廣泛采用了多種設(shè)計(jì)模式，使得框架不僅功能強(qiáng)大，而且具有很高的可擴(kuò)展性和靈活性。是我們學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)模式不可多得的優(yōu)質(zhì)材料。

一單例模式 (Singleton Pattern)

在 Spring 框架中，單例模式被廣泛應(yīng)用于各種組件和工具類，以確保在整個(gè)應(yīng)用程序生命周期中，這些對(duì)象只有一個(gè)實(shí)例，從而節(jié)省內(nèi)存和提高性能。

松哥這里給大家舉幾個(gè)常見(jiàn)的 Spring 中單例的應(yīng)用。

BeanFactory

BeanFactory 是 Spring 框架中的另一個(gè)核心接口，它負(fù)責(zé)創(chuàng)建和管理 bean。BeanFactory 的實(shí)現(xiàn)類（如 DefaultListableBeanFactory）也通常以單例模式存在。

源碼示例:

public class DefaultListableBeanFactory extends AbstractAutowireCapableBeanFactory
        implements ConfigurableListableBeanFactory, BeanDefinitionRegistry, Serializable {

    private final Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(256);

    @Override
    public Object getSingleton(String beanName) {
        return getSingleton(beanName, true);
    }

    @Override
    public Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
        Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
        if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
            synchronized (this.singletonObjects) {
                singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
                if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
                    singletonObject = getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean);
                }
            }
        }
        return (singletonObject != NULL_OBJECT ? singletonObject : null);
    }
}

DefaultListableBeanFactory 本身的初始化邏輯如下：

圖片

可以看到，如果存在 BeanFactory，則先銷毀，再創(chuàng)建新的 BeanFactory。

二工廠模式 (Factory Pattern)

工廠模式提供了一種創(chuàng)建對(duì)象的接口，但讓子類決定實(shí)例化哪一個(gè)類。Spring 中的 BeanFactory 接口及其實(shí)現(xiàn)類（如 DefaultListableBeanFactory）就是工廠模式的應(yīng)用。通過(guò)這些工廠，我們可以方便地管理和創(chuàng)建bean實(shí)例。

Spring 源碼案例

public interface BeanFactory {
    Object getBean(String name) throws BeansException;
}

public class DefaultListableBeanFactory extends AbstractAutowireCapableBeanFactory
        implements ConfigurableListableBeanFactory, BeanDefinitionRegistry, Serializable {
    
    @Override
    public Object getBean(String name) throws BeansException {
        return doGetBean(name, null, null, false);
    }
}

DefaultListableBeanFactory 是 BeanFactory 的一個(gè)實(shí)現(xiàn)，負(fù)責(zé)創(chuàng)建和管理 bean 的實(shí)例。

三原型模式 (Prototype Pattern)

原型模式通過(guò)復(fù)制現(xiàn)有對(duì)象來(lái)創(chuàng)建新對(duì)象，而無(wú)需知道任何創(chuàng)建細(xì)節(jié)。在 Spring 中，我們可以通過(guò)設(shè)置 bean 的 scope 屬性為 prototype 來(lái)實(shí)現(xiàn)每次請(qǐng)求時(shí)都創(chuàng)建一個(gè)新的 bean 實(shí)例。

Spring 源碼案例

<bean id="exampleBean" class="com.example.ExampleBean" scope="prototype"/>

這個(gè)配置表示每次請(qǐng)求 exampleBean 時(shí)，都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的實(shí)例。

四模板方法模式 (Template Method Pattern)

在 Spring 框架中，模板方法模式被廣泛應(yīng)用于多個(gè)模塊，以提供靈活且可擴(kuò)展的解決方案。模板方法模式的核心思想是定義一個(gè)操作中的算法骨架，而將一些步驟延遲到子類中實(shí)現(xiàn)。這樣，子類可以不改變算法結(jié)構(gòu)的情況下重新定義算法的某些特定步驟。

這里松哥和大家分享兩個(gè)經(jīng)典的模版方法模式：JdbcTemplate 和 PlatformTransactionManager。

JdbcTemplate

JdbcTemplate 是 Spring JDBC 模塊中的一個(gè)核心類，它使用模板方法模式來(lái)簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)庫(kù)操作。

模板方法:

execute：執(zhí)行 SQL 語(yǔ)句的基本方法。
query：查詢數(shù)據(jù)庫(kù)的基本方法。
update：執(zhí)行更新操作的基本方法。

具體實(shí)現(xiàn):

queryForObject：查詢單個(gè)對(duì)象。
queryForList：查詢列表。
batchUpdate：批量更新。

源碼示例:

public abstract class JdbcOperations {
    public <T> T queryForObject(String sql, RowMapper<T> rowMapper, Object... args) throws DataAccessException {
        return queryForObject(sql, args, getJdbcOperations().new SingleColumnRowMapper(rowMapper));
    }

    public int update(String sql, PreparedStatementSetter pss) throws DataAccessException {
        Assert.notNull(sql, "SQL must not be null");
        if (logger.isDebugEnabled()) {
            logger.debug("Executing SQL update [" + sql + "]");
        }
        Connection con = DataSourceUtils.getConnection(getDataSource());
        PreparedStatement ps = null;
        try {
            ps = con.prepareStatement(sql);
            pss.setValues(ps);
            int rows = ps.executeUpdate();
            if (logger.isDebugEnabled()) {
                logger.debug(rows + " rows affected");
            }
            return rows;
        } catch (Throwable ex) {
            // Handle exception
            throw translateException("PreparedStatement", sql, ex);
        } finally {
            JdbcUtils.closeStatement(ps);
            DataSourceUtils.releaseConnection(con, getDataSource());
        }
    }
}

PlatformTransactionManager

PlatformTransactionManager 接口定義了事務(wù)管理的基本方法，具體的事務(wù)管理實(shí)現(xiàn)類（如 DataSourceTransactionManager）則提供了具體的實(shí)現(xiàn)。

模板方法:

getTransaction：獲取事務(wù)。
commit：提交事務(wù)。
rollback：回滾事務(wù)。

具體實(shí)現(xiàn):

DataSourceTransactionManager：基于數(shù)據(jù)源的事務(wù)管理。
JtaTransactionManager：基于JTA的事務(wù)管理。

源碼示例:

public interface PlatformTransactionManager {
    TransactionStatus getTransaction(TransactionDefinition definition) throws TransactionException;
    void commit(TransactionStatus status) throws TransactionException;
    void rollback(TransactionStatus status) throws TransactionException;
}

public class DataSourceTransactionManager extends AbstractPlatformTransactionManager {
    @Override
    protected TransactionStatus doBegin(Object transaction, TransactionDefinition definition) {
        // 獲取數(shù)據(jù)庫(kù)連接
        ConnectionHolder conHolder = (ConnectionHolder) transaction;
        Connection con = conHolder.getConnection();

        // 設(shè)置事務(wù)隔離級(jí)別
        Integer previousIsolationLevel = DataSourceUtils.storeIsolationLevelIfNotSet(con, definition.getIsolationLevel());

        // 開(kāi)啟事務(wù)
        boolean newTransaction = false;
        if (!con.getAutoCommit()) {
            logger.debug("Not switching JDBC Connection [" + con + "] to manual commit because already manually committed");
        } else {
            newTransaction = true;
            if (logger.isDebugEnabled()) {
                logger.debug("Switching JDBC Connection [" + con + "] to manual commit");
            }
            con.setAutoCommit(false);
        }

        // 返回事務(wù)狀態(tài)
        return new DataSourceTransactionObject(conHolder, previousIsolationLevel, newTransaction);
    }
}

五適配器模式 (Adapter Pattern)

適配器模式將一個(gè)類的接口轉(zhuǎn)換成客戶希望的另一個(gè)接口。SpringMVC 中的 HandlerAdapter 接口及其多個(gè)實(shí)現(xiàn)類（如 RequestMappingHandlerAdapter）就是適配器模式的應(yīng)用，它們負(fù)責(zé)處理不同類型的控制器方法。

Spring 源碼案例

public interface HandlerAdapter {
    boolean supports(Object handler);
    ModelAndView handle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) throws Exception;
}

public class RequestMappingHandlerAdapter implements HandlerAdapter {
    @Override
    public boolean supports(Object handler) {
        return handler instanceof HandlerMethod;
    }

    @Override
    public ModelAndView handle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) throws Exception {
        return ((HandlerMethod) handler).invokeAndHandle(request, response);
    }
}

RequestMappingHandlerAdapter 適配了 HandlerMethod 類型的控制器方法，使其能夠處理HTTP請(qǐng)求。

六裝飾者模式 (Decorator Pattern)

裝飾者模式允許動(dòng)態(tài)地給一個(gè)對(duì)象添加一些額外的職責(zé)。Spring AOP 中的切面實(shí)現(xiàn)可以看作是對(duì)原有對(duì)象的一種裝飾。通過(guò) @Around 注解定義的環(huán)繞通知可以在不改變?cè)袠I(yè)務(wù)邏輯的情況下增加額外的功能。

Spring 源碼案例

public class TransactionInterceptor implements MethodInterceptor {
    @Override
    public Object invoke(MethodInvocation invocation) throws Throwable {
        // 開(kāi)始事務(wù)
        TransactionStatus status = transactionManager.getTransaction(new DefaultTransactionDefinition());

        try {
            Object result = invocation.proceed();
            transactionManager.commit(status);
            return result;
        } catch (RuntimeException ex) {
            transactionManager.rollback(status);
            throw ex;
        }
    }
}

TransactionInterceptor 是一個(gè)典型的裝飾者模式應(yīng)用，它在方法調(diào)用前后添加了事務(wù)管理的邏輯。

七觀察者模式 (Observer Pattern)

觀察者模式定義了對(duì)象之間的一對(duì)多依賴關(guān)系，當(dāng)一個(gè)對(duì)象的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，所有依賴于它的對(duì)象都會(huì)得到通知并自動(dòng)更新。Spring 中的 ApplicationEvent 和 ApplicationListener 接口共同實(shí)現(xiàn)了觀察者模式。

Spring 源碼案例

public interface ApplicationListener<E extends ApplicationEvent> {
    void onApplicationEvent(E event);
}

public class ContextRefreshedEvent extends ApplicationEvent {
    public ContextRefreshedEvent(Object source) {
        super(source);
    }
}

public class MyApplicationListener implements ApplicationListener<ContextRefreshedEvent> {
    @Override
    public void onApplicationEvent(ContextRefreshedEvent event) {
        System.out.println("Context refreshed!");
    }
}

MyApplicationListener 監(jiān)聽(tīng)了 ContextRefreshedEvent 事件，當(dāng)上下文刷新時(shí)，會(huì)輸出一條消息。

八代理模式 (Proxy Pattern)

代理模式為其他對(duì)象提供一個(gè)代理以控制對(duì)這個(gè)對(duì)象的訪問(wèn)。Spring AOP 使用動(dòng)態(tài)代理技術(shù)（JDK 動(dòng)態(tài)代理或 CGLIB）來(lái)實(shí)現(xiàn)代理模式。例如，當(dāng)你在方法上添加事務(wù)管理注解 @Transactional 時(shí)，Spring 會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)代理對(duì)象來(lái)管理事務(wù)的開(kāi)始和結(jié)束。

Spring 源碼案例

public class DefaultAopProxyFactory implements AopProxyFactory {
    @Override
    public AopProxy createAopProxy(AdvisedSupport config) throws AopConfigException {
        if (config.isOptimize() || config.isProxyTargetClass() || hasNoUserSuppliedProxyInterfaces(config)) {
            Class<?> targetClass = config.getTargetClass();
            if (targetClass == null) {
                throw new AopConfigException("TargetSource cannot determine target class: " +
                        "Either an interface or a target is required for proxy creation.");
            }
            return new ObjenesisCglibAopProxy(config);
        } else {
            return new JdkDynamicAopProxy(config);
        }
    }
}

DefaultAopProxyFactory 根據(jù)配置選擇使用 CGLIB 或 JDK 動(dòng)態(tài)代理來(lái)創(chuàng)建代理對(duì)象。

九組合模式 (Composite Pattern)

組合模式允許將對(duì)象組合成樹(shù)形結(jié)構(gòu)以表示“部分-整體”的層次結(jié)構(gòu)。在 Spring 配置中，可以將多個(gè) bean 組合在一起形成一個(gè)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。

Spring 源碼案例

<beans>
    <bean id="dataSource" class="org.springframework.jdbc.datasource.DriverManagerDataSource">
        <property name="driverClassName" value="com.mysql.cj.jdbc.Driver"/>
        <property name="url" value="jdbc:mysql://localhost:3306/testdb"/>
        <property name="username" value="root"/>
        <property name="password" value="password"/>
    </bean>

    <bean id="jdbcTemplate" class="org.springframework.jdbc.core.JdbcTemplate">
        <property name="dataSource" ref="dataSource"/>
    </bean>
</beans>

這個(gè)配置文件中，jdbcTemplate 依賴于 dataSource，形成了一個(gè)簡(jiǎn)單的組合結(jié)構(gòu)。

十策略模式 (Strategy Pattern)

策略模式定義了一系列算法，并將每一個(gè)算法封裝起來(lái)，使它們可以互換。Spring 中的 Resource 接口及其多個(gè)實(shí)現(xiàn)類（如 ClassPathResource, FileSystemResource）就是策略模式的應(yīng)用，可以根據(jù)需要選擇不同的資源訪問(wèn)方式。

Spring 源碼案例

public interface ResourceLoader {
    Resource getResource(String location);
}

public class DefaultResourceLoader implements ResourceLoader {
    @Override
    public Resource getResource(String location) {
        if (location.startsWith("classpath:")) {
            return new ClassPathResource(location.substring("classpath:".length()));
        } else {
            return new FileSystemResource(location);
        }
    }
}

DefaultResourceLoader 根據(jù)資源路徑的前綴選擇合適的 Resource 實(shí)現(xiàn)類。