（计算机应用技术专业论文）基于spring实现j2ee企业应用开发框架的研究与应用.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 软件开发框架的研究一直是软件开发者关注的课题。框架提供了大粒度软 件复用的新途径，提高了软件开发的效率。因而如何设计并构建一个强健而稳 定的框架一直是众多软件开发者致力研究的目标。 目前企业级应用软件的解决方案主要采用j 2 e e 平台，解决方案如下：表示 层由j s p + w e b 服务器构成；业务层由e j b 容器构成，通常是应用服务器，这是 中间的一层；持久层主要通过写j d b c 代码来操作数据库的形式实现。这种方案 的不足表现在以下方面：部署或应用e j b 的成本高；e j b 本身规定的编程规范 限制了开发思想；e j b 事务处理方面的不足；e j b 调用服务机制的不足；持久化 处理方面存在的不足。 运用j s p 、j a v as e r v i a 、e j b 以及j d b c 构建企业级应用程序满足了当前的 开发需求，但是这种架构仍存在一些弊端。伴随着软件开发技术的发展，在多 层的软件开发项目中，可复用易扩展的，而且是经过良好测试的软件组件，越 来越为开发者所青睐。这意味着开发人员可以将充裕的时间用在分析、构建业 务逻辑的应用上，而非繁杂的代码编程上。于是开发人员将相同类型问题的解 决途径进行抽象，抽取成一个应用框架。利用这些框架构建的分布式应用程序 完美的实现了应用程序高内聚、低耦合、高弹性、易维护的优点。 本文引入了来自开源社区的s p r i n g 框架，通过分析其原理和实现，重点剖 析了其两大核心机制i o c 和a o p ，详述了其事务管理机制和对o r m 的支持， 指出基于这两个核心机制的s p r i n g 框架完全适用于一般企业级应用开发的大部 分功能和性能的要求。由于s p r i n g 本身“无侵入性”的特点，它又可以方便地 集成h i b e r n a t e 对象，关系映射方案来取代e j b 的e n t i t yb e a n 解决方案，并可集 成优秀的w e b 层框架s t r u t s 。 在此基础上，本文提出以s p r i n g 框架为核心、集成h i b e r n a t e 和s t r u t s 的应 用开发方案，并将s t r u t s s p r i n g h i b e r n a t e 这种技术组合应用到电子政务的实现 中，对办公自动化系统进行详细分析设计和实现。开发结果表明，整个系统具 有平台无关性，并提高了应用系统的可维护性、可扩展性、可移植性和组件的 可复用性。 关键词：1 2 e e 、s p r i n g 、反转控制、面向切面的编程、电子政务 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t s o f t w a r ed e v e l o p e r sm o s t l yf o c u so nt h er e s e a r c ho ft h es o f t w a r ed e v e l o p m e n t f i a m e w o r k h o wt ob u i l das t u r d ya n ds t a b l ef r a m e w o r ki st h ea i mo fs o m es o f t w a r e a r c h i t e c t u r ee x p e r t s s i n c et h er i s eo fs o f t w a r ee n g i n e e r i n g , f r a m e w o r kh a sb e c o m e t h eb a s i co fm o d e r ns o f t w a r ed e v e l o p m e n t t h ef r a m e w o r kg i v ean e ww a yf o r s o f t w a r er e u s ei nb i gg r a n u l a r , a n dm a k et h ed e v e l o p m e n tm o r ee f f e c t i v e n o ww em o s t l yu s ej 2 e ep l a t f o r mt o d e v e l o pt h ee n t e r p r i s ea p p l i c a t i o n s o f t w a r e t h es o l u t i o ni sa sf o l l o w ：t h ev i e wl e v e lc o n s t i t u t e sb yj s pa n dw e b s e r v e r ；t h eb u s i n e s sl e v e l c o n s t i t u t e s b yt h e e j bv e s s e lw h i c hi su s u a l l yt h e a p p l i c a t i o ns e r v e r , a n dt h i si sm i d d l el e v e l ；t h ep e r s i s t e n c el e v e lm a i n l yi sr e a l i z e db y c o m p i l i n gt h ej d b cc o d et oo p e r 越et h ed a t a b a s e t h ed i s a d v a n t a g e so ft h i sk i n do f s c h e m ea r er e p r e s e n t e di nb e l o wa s p e c t ：t h ed e p l o y m e n to ra p p l i e se j bp r o j e c t w h o s ec o s tt ob eh i g h ；e j bi t s e l fp r e s c r i b et h ep r o g r a m m i n gs t a n d a r dw h i c hh a s l i m i t e dt h ed e v e l o p m e n tt h o u g h t ；t h ee j bb u s i n e s sp r o c e s s e sh a ss o m es h o r t a g e s ； e j bt r a n s f e rs e r v i c em e c h a n i s mh a ss o m es h o r t a g e s ；t h el a s t i n gp r o c e s s i n ga s p e c t e x i s t ss c a r c i t y c o n s t r u c t e dt h ee n t e r p r i s el e v e la p p l i c a t i o np r o c e d u r eu s i n gj s p , j a v as e r v l e t ， e j ba n dj d b ct om e e tt h ec u n - e n td e v e l o p m e n tn e e d ，b u tt h i sk i n do f f r a m e w o r ks t i l l h a ds o m el i m i t a t i o n a st h ed e v e l o p m e n to f t h es o f t w a r et e c h n o l o g y , i nt h ep r o j e c to f m u l t i l a y e r e ds o f t w a r ed e v e l o p m e n t ，e a s yt or e u s ea n de x p a n d ，a n di ti sp a s s e st l l r o u g h t h eg o o dt e s ts o f t w a r em o d u l e ，w h i c ha r em o r ea n dm o r ef a v o r sf o rt h ed e v e l o p e r s ， t h i si sm e a nt h a tt h ed e v e l o p e r sm a ys p e n dt h ea b u n d a n tt i m et oa n a l y z ea n d c o n s t r u c tt h es e r v i c el o g i ci nt h ea p p l i c a t i o n , b u ti nn o n n u m e r o u sa n dd i v e r s ec o d e p r o g r a m m i n g a n dt h e nt h ed e v e l o p e r sa b s t r a c tt h es a m et y p eq u e s t i o na n de x t r a c ta n a p p l i c a t i o nf r a m e w o r k w ec o n s t r u c tt h ed i s t r i b u t i o n a la p p l i c a t i o np r o c e d u r ew h i c h p e r f e c t l yr e a l i z et h em e r i to ft h ea p p l i c a t i o np r o c e d u r ew h i c hi n c l u d i n gt h eh i g h c o h e s i o n , t h el o wc o n j u n c t i o n , t h eh i g he l a s t i c i t y , t h eh i g hm a i n t a i n a b i l i t yb yu s i n g t h e s ef r a m e w o r k s t h i sp a p e ru t i l i z et h es p r i n gf r a m e w o r ko r i g i n a t i n gf r o mo p e ns o u r c e sf o r u m ， 武汉理工大学硕士学位论文 a n dd i s s e c ti t st w ok e ym e c h a n i s m s - i o ca n da o pb ya n a l y z i n gi t s p r i n c i p l ea n d r e a l i z a t i o n i ta l s op o i n t so u tt h a tt h es p r i n gf r a m e w o r kb a s e do nt h e s et w ok e y m e c h a n i s m sc a t e rt ot h er e q u i r e m e n to ff u n c t i o na n dp e r f o r m a n c ef o r g e n e r a l e n t e r p r i s ea p p l i c a t i o nd e v e l o p m e n td u et oi t st r f i to f ”n oi n t r u s i v e n e s s ”，t h es p r i n g f r a m e w o r kc a ne a s i l yi n t e g r a t eh i b e r n a t et or e p l a c ee j b se n t i t yb e a no rm a p p i n g s o l u t i o na n de x c e l l e n ts t r u t sf r a m e w o r k j u s tb e c a u s eo ft h ea b o v em e n t i o n e dp o i n t gf r a m e w o r kb a s e do np a p e rp u t s f o r w a r dak i n do f n e ww e ba p p l i c a t i o ns p r i n gf r a m e w o r k , w h i c hi n t e g r a t e sh i b e r n a t e a n ds t r u t s ，a n dt h e n , t h et e c h n o l o g yc o m b i n a t i o no fs t r u t s s p r i n g h i b e r n a t ei s a p p l i e dt od e v e l o p m e n to fe g as y s t e ma n dd e s i g n st h eo as y s t e mi nd e t a i l t h e r e s u l t ss h o wt h a tt h es y s t e mi si n d e p e n d e n to fp l a t f o r ma n dm a i n t a i n a b l e , e x p a n s i b l e a n dr e u s a b l e k e y w o r d s ：j 2 e e ，s p r i n g ，i o c ，a o p , e g a 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第1 章绪论 软件技术发展到今天，软件规模不断扩大，复杂度日渐升级，开发人 员面临的问题也越来越多，解决方案也百花齐放。设计者或者开发人员如 何将新的设计或者开发建立在以往工作的基础上，复用以往成功的案例。 因此，人们越来越意识到软件重用技术的重要性，设计模式1 i 】和框架应运 而生。开源软件的兴起，使得框架更是层出不穷。 架构1 2 】是软件系统从整体到部分的最高层次的划分，一般由多个不同 领域的框架组成。一个成功的软件需要有一个成功的架构，但软件架构的 建立是一个复杂而又持续改进的过程，软件人员不可能对每个不同的项目 做不同的架构，而总是尽量重用以前的架构，或开发出尽量通用的架构方 案。 如何在众多的框架中选择建立适合企业应用的架构，并且怎样让各个 应用层无缝连接? 如何整合框架以便让各个层以一种松散祸合的方式彼 此作用而不用管底层的技术细节? 这给软件人员提出了挑战和机遇。 1 2 研究的目标与意义 通过研究s p r i n g 框架1 3 | 1 4 】的具体实现机制和功能可以帮助程序开发人 员解决许多问题而无需使用e j b 。s p r i n g 能提供一种e j b 的替换物，它们 适用于许多w e b 应用。例如，s p r i n g 的i o c 机制能够使容器不侵入应用程 序本身。应用程序本身提供好介面，容器可以透过这些介面将所需的资源 注入到程序中，应用程序不向容器主动要求资源，故而不会依赖于容器的 元件，应用程序本身不会意识到正被容器使用，可以随时从容器中脱离而 不用作任何的修改，而这个特性正是些业务逻辑中问件最需要的。 s p r i n g 能使用a o p 提供声明性事务管理而不通过e j b 容器，如果你 仅仅需要与单个数据库打交道，甚至不需要一个j t a 实现。s p r i n g 为数据 存取提供了一个致的框架，不论使用的是j d b c 还是o r m a p p i n g 产品 ( 如h i b e r n a t e 、i b a t i s 等) 。 武汉理工大学硕士学位论文 s p r i n g 确实能通过最简单可行的解决办法来解决大多数的问题。同时 由于s p r i n g 框架本身提供了大量的应用程序接口使得其它优秀的框架技 术可以整合到s p r i n g 框架中来共同提供高效低耦合的代码，这样可以在最 大程度上实现功能完善的程序，而这对于程序开发人员来说是有很大价值 和吸引力的地方。 1 3 项目来源 2 0 0 2 年，国家信息化领导小组决定，把电子政务建设作为今后一个时 期我国信息化工作的重点，政府先行，以带动国民经济和社会发展信息化。 根据国家信息化领导小组关于我国电子政务建设的指导意见( 中 办发 2 0 0 2 】1 7 号文件) 的精神，经国务院领导同志同意，由国务院办公厅 和科技部共同组织实施电子政务试点示范工程( 以下简称“试点示范工 程”) 。国务院办公厅关于实施电子政务试点示范工程的通知( 国办函 2 0 0 2 7 4 号文件) 确定试点示范工程的主要任务是：依托个公共体系、 构建两种支撑平台、推进三类示范应用。其中，重点在国务院办公厅构建 统一的安全和应用支撑平台，其他试点示范单位按照统一管理规范和技术 标准，结合各自的实际情况构建相应的平台。 广东省党政内网应用支撑平台及办公自动化系统整合试点示范项目 建设是从广东省实际出发，立足于广东省的实际需求，充分借鉴中办、国 办电子政务示范工程取得的成果和经验，建设适合于广东省、面向未来发 展需要的广东省党政内网应用支撑平台以及应用系统。她实现了在信息安 全的前提下，广东省委省政府与国办电子政务平台的互联互通，资源共享、 协同办公。 本人自从2 0 0 6 年参与该项目以来，主要从事广东省委办公厅督查室 办公自动化系统的开发工作，期间查阅了大量相关文献，系统学习了s p r i n g 框架相关知识。同时，在实际设计开发过程中，积极认真地开展工作，构 建个以s p r i n g 框架为基础，在显示层和数据持久层整合其他优秀框架， 并在项目中加以运用。实现了提高开发效率、减少开发上作量、规范开发 行为的目标。 2 武汉理工大学硕士学位论文 1 4 本文工作及创新点 1 4 1 本文主要工作 为克服j 2 e e 架构p 】的w e b 应用解决方案中存在的一些不足，寻找新 的解决方法，针对目前轻量级开发框架s p r i n g 的关键技术进行了研究，分 析了日前几种框架的核心技术诸如：s t r u t s 、h i b e r n a t e 、i b a t i s 等，并探讨 在s p r i n g 框架中进行整合的可行性，找到符合企业级应用软件系统需求特 点的开发方法，通过s p r i n g 框架整合j 2 e e 多层架构中w e b 层、业务层和 持久层的相关组件，充分发挥每个组件的优势。结合一个电子政务项目， 详细介绍了如何利用s p r i n g 框架进行企业应用系统的开发，并整合其他框 架的过程。 1 4 2 本文创新点 由于s p r i n g 框架具有的无侵入性( n oi n t r u s i v e n e s s ) 并且易于和其它 框架集成的特点，本文详细介绍了s p r i n g 框架并且剖析了它的两大中心机 制i o c 和a o p ；并提出以s p r i n g 框架为核心的构建j 2 e e 企业应用开发框 架t 6 l 。该框架由p r e s e n t a t i o n ( 表示层) ，p e r s i s t e n c e ( 持久层) ，b u s i n e s s ( 业务层) 组成。在框架的表示层引入s t r u t s 实现用户与系统之间的交互， 持久层引入h i b e r n a t 实现o r 映射的功能。最后将这个框架应用到电子政 务系统的实现中。 1 5 论文结构 本文内容章节安排如下： 第1 章介绍了本文研究背景，研究目的及意义，项目来源和开发平台， 同时对全文的结构进行了介绍。 第2 章介绍了s p r i n g 框架的概念、特点，体系结构及框架关键域。 第3 章介绍了s p r i n g 框架的核心技术内容，对其他框架的支持等。 第4 章将s p r i n g 框架运用到一个电子政务实例中，详细描述系统的分 析、设计及实现。 武汉理工大学硕士学位论文 第5 章全文进行了总结及展望。 1 6 缩略语 a o p ：a s p e c to r i e n t e dp r o g r a m m i n g c g l i b ：c o d eg e n e r a t i o nl i b r a r y c m t ：c o n t a i n e r - m a n a g e dt r a n s a c t i o n c m p ：c o n t a i n e r m a n a g e dp e r s i s t e n c e d a 0 ：d a t a a c c e s so b j e c t d i ：d e p e n d e n c yi n j e c t i o n d t o ：d a t at r a n s f e ro b j e c t e g a ：e l e c t r o n i cg o v e r n m e n ta f r a i r e i s ：e n t e r p r i s ei n f o r m a t i o ns y s t e m e j b ：e n t e r p r i s ej a v ab e a n g o f ：g a n go ff o u r ( t h eb o o k ：e l e m e n t so fr e u s a b l eo b j e c t o r i e n t e d s o f t w a r e ，w h o s ea u t h o r sa r ee r i c hg a m m a ，r i c h a r dh e l m ，r a l p hj o h n s o n ， j o h nv l i s s i d e s ) i o c ：i n v e r s i o no f c o n t r o l j 2 e e ：j a v a2p l a t f o r me n t e r p r i s ee d i t i o n j d b c ：j a v ad a t a b a s ec o n n e c t i v i t y j d o ：j a v ad a t a0 b j e c t j n d i ：j a v an a m i n ga n dd i r e c t o r yi n t e r f a c e j s p ：j a v as e r v e rp a g e s j s t l ：j a v as t a n d a r dt a gl i b r a r y j t a ：j a v at r a n s a c t i o na p i m v c ：m o d e l v i e w , c o n t r o l l e r o o p o b j e c to r i e n t e dp r o g r a m m i n g o r _ m ：o b j e c tr e l a t i o n a lm a p p i n g p o j o ：p l a i no l dj a v ao b j e c t s 4 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章s p r i n g 框架概述 2 1 轻量级容器 s p r i n g 框架是一个2 0 0 3 年2 月才出现的开源框架，该框架起源自r o d j o h n s o n 在2 0 0 2 年末出版的e x p e go n e o n o n e ：j 2 e ed e s i g na n d d e v e l o p m e n d 【7 l 一书中的基础性代码，在该书中，r o dj o h n s o n 倡导j 2 e e 实用主义的设计思想，而s p r i n g 框架【8 正是这一思想的更全面和具体的实 现。截至目前为s p r i n gf r a m e w o r k2 0 5 版。 s p r i n g 是为简化企业级应用开发而诞生的，它使用简单的j a v a b e a n 来实现以前那些只有e j b 才能实现的功能，它是一个从实际项目开发经验 中抽取的、可高度重用的应用框架。 简单地说，s p r i n g 是一个轻量级的i o c ( 控制反转) 和a o p ( 面向切 面编程) 容器框架 9 1 。这句话概括了s p r i n g 的重要特点，说明如下： 轻量级 从大小和系统开支上说s p r i n g 都算是轻量级的。完整的s p r i n g 框架 可以在一个大小只有1 m b 多的j a r 文件里发布。并且s p r i n g 所需的处理 开销也是微不足道的。s p r i n g 的设计哲学是提供一种无侵入式的高度可扩 展框架，基于s p r i n g 开发的系统中的对象一般不依赖于s p r i n g 的类，即 无需代码中涉及s p r i n g 专有类，就可将其纳入s p r i n g 容器进行管理。 i o c 即反转控制，s p r i n g 提倡使用i o c 来实现松耦合，由容器控制对象之 间的依赖关系，这样就减轻了组件之间的依赖关系，提高了组件的可移植 性。i o c 是s p r i n g 框架的基础和精髓，在后面的章节会对其进行详细讨论。 aop 即面向切面编程，s p r i n g 对面向切面编程提供了强大支持，通过将业 务逻辑从系统服务( 如监控和事物管理) 中分离出来，实现了内聚开发。 容器 s p r i n g 是一个容器，它包含并且管理系统对象的生命周期和配置。 s p r i n g 容器使用i o c 管理所有组成应用系统的组件，这使得它有别于传统 5 武汉理工大学硕士学位论文 的重量级e j b 容器。 框架 s p r i n g 实现了使用简单的组件配置组合成一个复杂的系统，在s p r i n g 框架中，系统中的对象是通过x m l 文件配置组合起来的。并且s p r i n g 提 供了很多基础功能( 如：事物管理、持久层集成等) ，这使得开发人员能 够专注于开发应用逻辑。 s p r i n g 的所有这些特性使应用系统的开发更为简单，代码更为清晰， 更易于管理，更易于测试。 2 2 框架特点 s p r i n g 关注的领域是其他许多流行的框架未曾关注的，它是一种管理 业务对象的方法。 s p r i n g 既是全面的又是模块化的。s p r i n g 具有分层的体系结构，这意 味着能选择性地使用任何一个独立的部分；而它的架构又是内部一致，因 此可从它的整体结构来得到最大的价值。 s p r i n g 从设计的开始就考虑测试的便利性，它是使用测试驱动开发工 程的理想框架。 s p r i n g 不会给应用系统添加对其他框架的依赖。s p r i n g 是个一站式的 解决方案，它提供了典型应用所需要的大部分基础架构，并涉及了其他框 架没有考虑到的内容。 2 3 框架优点 s p r i n g 消除了许多工程中对单粒模式( s i n g l e t o n ) 1 0 】的泛滥使用，因 为s i n g l e t o n 的使用降低了系统的可测试性和面向对象的程度。 s p r i n g 在不同应用程序和项目中使用统的方法来处理配置文件，并 取消对不同定义文件的属性需求。在s p r i n g 环境下，仅通过查看类的 j a v a b e a n 属性，可得到某个类的属性项或系统属性，而不用去研究j a v a 文档或者是源编码。 s p r i n g 框架提供了良好的编程风格，用它创建的应用项目对提供的 6 武汉理1 二大学硕士学位论文 a p i s 依赖甚少。 s p r i n g 推祟用对接口编程而不是对类编程，将应用系统对s p r i n g 的依 赖降到最低，并具有很强的可移植性，所以s p r i n g 在w e b 应用服务器之 间是可移植的。 s p r i n g 构建的应用项目容易进行测试、驱动与开发。 s p r i n g 使e j b 的实现成为一种选择，而不是应用架构的必然选择。如 选用p o j o s 或l o c a le j b s 实现业务接口，却不会影响代码的调用。 s p r i n g 提供一种e j b 的替代物，它适用于许多w e b 应用。例如，s p r i n g 能不通过e j b 容器，由a o p 方式提供声明性事务管理服务，同样如果只 需要与单个数据库打交道，也可用j t a 实现。 s p r i n g 为数据存取提供了一致性的框架，不论使用的是j d b c 还是o r m a p p i n g 产品( 如h i b e r n a t e 、i b a t i s 等) 。 s p r i n g 的最大的优点是通过简单可行的方法来解决普遍共性问题。 2 4 体系结构1 1 1 2 】 s p r i n g 框架是一个分层架构，由七个定义良好的模块组成。s p r i n g 模 块构建在核心容器之上，核心容器定义了创建、配置和管理b e a n 的方式。 如图2 1 所示，组成s p r i n g 框架的每个模块( 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： 图2 - is p r i n g 框架的七个模块 核心容器：核心容器提供s p r i n g 框架的基本功能。核心容器的主 7 武汉理工大学硕士学位论文 要组件是b e a n f a c t o r y ，它是工厂模式的实现。b e a n f a c t o r y 使用控制反转 ( i o c ) 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。 s p r i n g 上下文：s p r i n g 上下文是一个配置文件，向s p r i n g 框架提 供上下文信息。s p r i n g 上下文包括企业服务，例如j n d i 、e j b 、电子邮件、 国际化、校验和调度功能。 s p r i n ga o p ：通过配置管理特性，s p r i n ga o p 模块直接将面向切 面的编程功能集成到了s p r i n g 框架中。所以，可以很容易地使s p r i n g 框 架管理的任何对象支持a o p 。s p r i n ga o p 模块为基于s p r i n g 的应用程序 中的对象提供了事务管理服务。通过使用s p r i n ga o p ，不用依赖e j b 组件， 就可以将声明性事务管理集成到应用程序中。 s p r i n gd a o ：j d b cd a o 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) 。s p r i n gd a o 面向j d b c 的异常遵从通用的d a o 异 常层次结构。 s p r i n go r m ：s p r i n g 框架插入了若干个o r m 框架，从而提供了 o r m 的对象关系工具，其中包括j d o 、h i b e r n a t e 和i b a t i ss q lm a p 。所 有这些都遵从s p r i n g 的通用事务和d a o 异常层次结构。 s p r i n gw e b 模块：w e b 上下文模块建立在应用程序上下文模块之 上，为基于w e b 的应用程序提供了上下文。所以s p r i n g 框架支持与j a k a r t a s t r u t s 的集成。w e b 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。 s p r i n gm v c 框架：m v c 框架是一个全功能的构建w e b 应用程序 的m v c 实现。通过策略接e 1 ，m v c 框架变成为高度可配置的，m v c 容 纳了大量视图技术，其中包括j s p 、v e l o c i t y 、t i l e s 、i t e x t 和p o i 。 s p r i n g 框架的功能可以用在任何j 2 e e 服务器中，大多数功能也适用 于不受管理的环境。s p r i n g 的核心要点是：支持不绑定到特定j 2 e e 服务 的可重用业务和数据访问对象。毫无疑问，这样的对象可以在不同j 2 e e 环境( w e b 或e j b ) 、独立应用程序、测试环境之间重用。 武汉理工大学硕士学位论文 第3 章s p r i n g 核心技术 3 1 反转控制依赖注入模式 3 1 1 反转控制依赖注入的概念 反转控制( i o c ，i n v e r s i o no fc o n t r 0 1 ) i ”j ，又称依赖注入( d i ， d e p e n d e n c yi n j e c t i o n ) ，是面向对象领域新兴的编程思想，也是s p r i n g 的 精髓所在。简单地说，i o c 就是指由容器来控制程序之间的关系，而非传 统实现中的由程序代码直接操控。这也就是所谓“反转控制”的概念所在： 控制权由应用代码转到外部容器，控制权的转移，也就是所谓的反转。 i o c 背后的概念经常表述为h o l l y w o o d 原则：“d o n tc a l lm e ，i l l c a l l y o u ”。l o c 将控制创建的职责搬进了框架中，并把它从应用代码脱离开来。 在传统的容器体系结构中( 如e j b ) ，一个组件可以调用容器并问：“我需 要的工作对象x 在哪里? ”而使用i o c 容器则只需指出组件需要x 对象， 在运行时容器会提供给它。容器是通过查看方法的参数表( 例如j a v a b e a n 的属性) 做到的，也可能是根据配置数据如x m l 来实现的。 在面向对象设计过程中经常涉及到一个对象引用另一个对象，如图 3 1 所示，对象a 直接引用对象b ，这样就导致了对象a 依赖于对象b ， 而且，随着开发的不断深入和需求的变化，这种依赖迁移的时间和次数不 可预知，如果系统中存在多处这样的依赖关系，那么系统的演化和维护将 会变得异常困难。 n何) 弋厂 囱 图3 - 1i o c 原理图 i o c 被用来改变这种不利的局面，它把对象a 对对象b 的依赖反转过 来：让a 和b 各自独立的变化，仅仅当a 在需要调用b 的时候通过i o c 一9+i詈l乡o ，詈l 武汉理工大学硕士学位论文 容器将依赖关系主动注入到a 中，完成依赖的传递，使得b 对a 可用， 这样当对象b 改变时a 可以保持不变，这种对依赖的控制由直接主动变 为间接被动的过程大大增加了系统的灵活性、扩展性和可维护性。i o c 的 注入模式共有三种，将会在下一节详细介绍。对于框架而言，i o c 实现使 用容器来控制程序之间的关系，而不是由程序代码直接操控，即控制权由 应用代码转移到了外部容器，由外部容器来管理组件之阃的依赖关系。 3 1 2 反转控制优点 可见，使用i o c 模式，能够提供一下几方面的优势1 1 4 】： l 、可测试能力。使用方法向对象传递对象，而不需要创建对象用于 获取组件的容器。 2 、组件自描述。当需要初始化一个组件时，可以很容易得知该组件 需要哪些依赖对象( 组件) 而不需要查看源代码，文档或示例。 3 、使用反射很容易发现依赖关系。从图表生成到运行时优化都会带 来好处。 4 、避免使用超大工厂设计模式( 应用的全部组件都保存在一个类中) ， 这直接导致与某些类的紧密绑定而难于直接使用一个类。 5 、每个类仅和真正使用它的类耦合。这种方法鼓励每个类承担更少 的责任，从而产生更清晰的设计。 6 、允许与环境( c o n t e x t ) 隔离并可以绕过。t h r e a dl o c a l 在w e b 应 用中可能很合适，但并不一定适合高并发的同步应用。 因此，通过使用i o c ，能够降低组件之间的耦合度，达到提高类的重 用性，易于测试的目的。并且，整个系统更易于集成和配置。 3 1 3 反转控制模式的分类 反转控制模式根据其实现方法是否具有侵入性，可以分为两种：依赖 查找和依赖注入，如图3 2 所示。 依赖查找是侵入性的，对象中方法的实现与具体的容器或框架相关， 他们通过容器的a p i 来查找相关的资源，一般由接口注入( i n t e r f a c e i n j e c t i o n ) 实现。 l o 武汉理工大学硕士学位论文 鏖一 ，f j 、j ，? j ?。? 。j ，?i?j?j。|l 上面的代码中，c 1 a s s a 依赖于i n t e r f a c e b 的实现，要获得i n t e r f a c e b 实现类的实例，传统的方法是在代码中创建i n t e r f a c e b 实现类的实例，并 将其赋予c 1 a s s b 。而这样一来，c 1 a s s a 在编译期间即依赖于i n t e r f a c e b 的实现。为了将调用者与实现者在编译期分离，可以根据预先在配置文件 中设定的实现类的类名( 如上面代码中的c o n f i g b i m p l e m e n t a t i o n ) ，利用 j a v a 反射机制动态加载实现类，然后通过i n t e r f a c e b 强制转型后为c l a s s a 所用，这是接口注入的一个最原始的雏形。 而对于接口注入类型的i o c 容器，加载接口实现并创建其实例的工作 武汉理工大学硕士学位论文 由容器完成。如下面代码所示： ；p u b l i cc l a s sc l a s s a f t p r i v a t ei n t e r f a c e bc 1a s s b ； ，p u b l i co b j e c tm e t h o d x ( i n t e r f a c e bb ) f c l a s s b = b ； 7， j 接口注入的主要优点是可以不需要外部的配置文件配置组件，只要实 现指定的接1 2 1 ，i o c 框架自动实现协作对象的组合，但是这样和框架或容 器自身细节关系比较紧密，不利于移植和复用，所以前景不被看好。 设值注入( s e t t e ri n j e c t i o n ) 设值注入模式在实际开发中应用的最为广泛，它利用属性注入( s e t t e r 方法) 的方法完成依赖注入，显得更为直观，更为自然。如下面的代码所 示： ，7，7，y p u b l i cc l a s sc l a s s x ， t p r i v a t es t r i n gm e s s a g e ； j p u b l i cv o i ds e t m e s s a g e ( s t r i n gm s g ) m e s s a g e = m s g ； ： )， ， 。t 貔? ? 、?，。j ，j ? i ， ?r 一一 - ，口 然而对于属性显式的设置从一定程度上破坏了封装原则，并且属性初 始化的先后顺序无法保证，因而导致一些安全隐患，并可能使得程序模块 在容器内外的行为不一致。 构造方法注入( c o n s t r u c t o ri n j e c t i o n ) 构造方法注入即通过构造函数完成依赖关系的设定，依赖关系通过类 构造函数建立，容器通过调用类的构造方法，将其所需的依赖关系注入其 中。下面的代码就是一个最简单的构造注入的实现： ；p u b l i cc l a s sc o n s t r u c t o r x 缓一，p r i v a t es t r i n g m e s s a g e ；一 z 7 t ，1 ，? ? ，j ? ，j ，一j t 呜 武汉理t 大学硕士学位论文 ：p u b l i cc o n s t r u c t o r x ( s t “n gm s g ) ； m e s s a g c = m s g ； 。 ) 荔 构造函数注入法的优势就是通过构造函数来强制依赖关系，这样生成 的类在创建后就具备了所需的必要的参数，保证了不会实例化不完全的或 无法使用的类。 3 1 4 几种依赖注入形式的比较 接口注入模式因为历史较为悠久，在很多容器中都已经得到了应用。 但由于其在灵活性、易用性上不如其他两种注入模式，因而在相关的开发 人员中并不被看好。 设值注入模式和构造方法注入模式则是目前主流的i o c 实现模式。这 两种实现方式各有特点，也各具优势。 设值注入的优势： ( i ) 对于习惯了传统，j a v a b e a n 开发的程序员而言，通过s e t t e r 方 法设定依赖关系显得更加直观，更加自然。 ( 2 ) 如果依赖关系( 或继承关系) 较为复杂，那么构造注入模式的 构造函数也会相当庞大( 需要在构造函数中设定所有依赖关系) ，此时设 值注入模式往往更为简洁。 ( 3 ) 对于某些第三方类库而言，可能要求组件必须提供一个默认的 构造函数( 如s t r u t s 中的a c t i o n ) ，此时的依赖注入机制就体现出其局限 性，难以完成我们期望的功能。 构造方法注入的优势： ( 1 ) “在构造期即创建一个完整、合法的对象”，对于这条j a v a 设计 原则，构造方法注入无疑是最好的响应者。 ( 2 ) 避免了繁琐的设值方法的编写，所有依赖关系均在构造函数中， 更加易读。 ( 3 ) 由于没有设值方法，依赖关系在构造时由容器一次性设定，因 此组件在被创建之后即处于相对“不变”的稳定状态，无需担心上层代码 武汉理工大学硕士学位论文 在调用过程中执行设值方法对组件依赖关系产生破坏，特别是对于 s i n g l e t o n 模式的组件而言