《框架设计和构造》课件

框架设计和构造软件框架是构建软件系统的基础，它提供了一套可重用的结构，帮助开发者快速构建稳定、可扩展的应用程序。课程概述课程目标本课程旨在帮助学生深入理解框架设计的核心概念和原则，并掌握使用流行框架进行软件开发的实践技能。课程内容课程内容涵盖框架的定义、设计原则、组成要素、分类、常见框架简介、Spring框架概述、IoC容器、AOP、事务管理、数据访问层、SpringMVC等。框架的定义和特点11.软件架构基础框架为软件开发提供一个基础架构，包括代码库、结构和约定。22.可复用性和可扩展性框架可重复使用于多个项目，并允许根据需要进行扩展和修改。33.减少代码重复框架通过提供预定义的组件和功能来简化开发过程，减少重复代码的编写。44.提高开发效率框架提供了标准化的开发流程和最佳实践，提高了代码质量和开发效率。框架的设计原则可扩展性框架应该易于扩展，以适应不断变化的需求。框架设计应该考虑未来的扩展需求，并提供可扩展的接口。可重用性框架中的代码应该尽可能地可重用，以减少重复开发工作。框架的设计应该考虑代码复用性，并提供可重用组件。松耦合框架中的组件应该尽量保持松耦合，以便于维护和修改。框架设计应该采用接口和抽象类，降低组件之间的依赖关系。可测试性框架应该易于测试，以确保其正确性和稳定性。框架设计应该提供测试接口，并考虑测试用例的编写。框架的组成要素核心模块框架的核心模块提供了基础功能和核心逻辑，例如依赖注入、AOP、数据访问等。扩展模块扩展模块根据特定应用需求提供额外的功能，例如安全、日志、缓存等。配置和管理框架通过配置文件和管理工具进行配置和管理，以便适应不同的环境和需求。测试和文档框架通常提供测试工具和文档，以帮助开发人员进行测试和学习。框架的分类架构类型框架可以根据架构类型进行分类，比如基于MVC模式的框架，微服务架构框架等等。语言类型框架可以根据开发语言进行分类，比如Java框架、Python框架等。应用领域框架可以根据其应用领域进行分类，比如Web开发框架、数据分析框架等。框架规模框架可以根据其规模进行分类，比如轻量级框架和重量级框架。常见框架简介框架作为软件开发过程中的基础设施，提供了一套完整的解决方案，可以帮助开发者快速构建应用程序。常见的框架包括Spring、Struts、Hibernate、MyBatis等等，它们在不同的领域都有各自的优势和应用场景。Spring框架概述Spring框架是一个开源的Java应用程序框架，它旨在简化企业应用程序的开发。Spring框架提供了一系列功能，包括依赖注入、面向切面编程、事务管理、数据访问抽象等。Spring框架的优势灵活性和可扩展性Spring框架支持多种配置方式，可以轻松地集成各种第三方库和框架。轻量级Spring框架本身很小，不会增加应用程序的负担，并且易于部署和维护。开源Spring框架是开源的，这意味着它可以免费使用和修改。强大的社区支持Spring框架拥有庞大的用户社区，提供丰富的文档、教程和论坛支持。SpringIoC容器1定义控制反转对象创建和管理的控制权从应用程序转移到容器2核心管理对象的生命周期维护对象之间的依赖关系3优势减少代码耦合提高代码可维护性和可测试性4类型BeanFactoryApplicationContextSpringIoC容器的生命周期容器启动Spring容器在应用程序启动时被初始化，并加载配置信息。实例化Bean根据配置信息，Spring容器会实例化所有需要的Bean对象。依赖注入Spring容器会将依赖关系注入到Bean对象中。Bean初始化Spring容器会调用Bean的初始化方法，并将其注册到容器中。容器关闭当应用程序关闭时，Spring容器会销毁所有Bean对象，释放资源。IoC容器常用接口和类BeanFactoryBeanFactory是Spring框架的核心接口之一，它代表了SpringIoC容器，负责管理所有Bean的创建、配置和生命周期。BeanFactory接口提供了获取Bean实例、判断Bean是否存在、获取Bean定义等方法，是SpringIoC容器的基础。ApplicationContextApplicationContext继承自BeanFactory，是SpringIoC容器的高级接口，它提供了更多功能，例如事件发布、国际化、资源加载等。ApplicationContext还支持自动检测和加载配置文件，为应用程序提供更加便捷的配置方式。依赖注入的方式构造函数注入在构造函数中接受依赖对象，确保依赖对象在创建实例时被初始化。Setter方法注入通过Setter方法注入依赖对象，可以灵活地修改依赖对象。字段注入通过字段直接注入依赖对象，简化代码，但可读性较差。自动装配机制1简化配置自动装配根据类型或名称匹配依赖关系，无需手动配置。2提高效率减少开发人员配置代码，加快开发速度。3松耦合依赖关系通过注解定义，解耦代码。AOP概念和实现面向切面编程AOP是一种编程思想，它允许将横切关注点从业务逻辑中分离出来，提高代码的可维护性和可重用性。切面切面代表横切关注点，例如日志记录、事务管理、安全控制等，可以应用于多个模块。连接点连接点是指程序执行过程中可以被拦截的点，例如方法调用、异常抛出等。切入点切入点是指匹配连接点的表达式，用于指定切面要拦截哪些连接点。AOP的应用场景安全增强AOP可以增强方法的安全机制，例如对敏感数据进行加密，验证用户权限。日志记录AOP可以轻松实现日志记录功能，记录方法调用时间、参数、返回值等信息。性能监控AOP可以方便地添加性能监控功能，记录方法执行时间，以便进行优化。异常处理AOP可以集中处理异常，实现统一的异常处理逻辑，例如记录异常信息、发送错误通知。事务管理机制事务的定义事务是一组操作的逻辑单元，要么全部成功，要么全部失败。事务管理确保数据库的一致性和完整性。Spring事务管理Spring提供声明式事务管理，简化了事务操作。使用注解或XML配置，无需编写繁琐的代码。事务隔离级别定义多个事务之间的数据可见性和并发操作。常见的级别包括：读未提交、读已提交、可重复读、串行化。事务传播行为决定事务如何与其他事务进行交互。常见的行为包括：REQUIRED、REQUIRES_NEW、SUPPORTS等。事务的传播行为传播行为事务传播行为描述了事务如何在不同的方法调用之间进行传播。方法调用当一个方法调用另一个方法时，事务如何传播至被调用的方法。嵌套事务允许在同一个事务中，进行多个操作，即使其中一个操作失败，其他操作也能继续进行。数据访问层11.数据持久化通过JDBC、ORM框架等技术将数据存储到数据库中。22.数据访问接口定义与数据库交互的方法，例如CRUD操作。33.事务管理确保数据库操作的原子性和一致性。44.异常处理处理数据访问过程中的异常，例如连接错误、数据错误等。SpringMVC简介SpringMVC是Spring框架中用于构建Web应用程序的组件。它提供了一个强大的MVC框架，用于处理Web请求、控制器、视图和数据模型。SpringMVC遵循MVC架构模式，将应用程序的逻辑分为模型、视图和控制器三个部分，以便更好地组织和管理代码。SpringMVC提供了一套完整的特性，包括URL映射、请求处理、数据绑定、验证、异常处理和视图解析等，简化了Web应用程序的开发。DispatcherServlet工作机制1请求处理DispatcherServlet拦截请求，并将其传递给处理器映射器（HandlerMapping）。2处理器执行处理器映射器根据请求路径找到相应的控制器（Controller），并将其委托给控制器执行业务逻辑。3视图渲染控制器处理完业务逻辑后，返回一个ModelAndView对象，该对象包含视图信息和模型数据，DispatcherServlet根据视图信息选择合适的视图渲染器（ViewResolver）来渲染视图。SpringMVC组件DispatcherServlet核心控制器，接收请求并将其分发到相应的处理器。HandlerMapping将请求映射到相应的处理器，例如Controller。HandlerAdapter处理请求，执行Handler的方法并返回ModelAndView。ViewResolver根据逻辑视图名解析成物理视图，例如JSP或HTML。常用注解介绍控制器注解一般用于指定加载的控制器类。例如@Controller，指定一个类为控制器类。请求映射注解用于对申请路径进行对配。例如@RequestMapping，指定对应的路径和方法。数据绑定注解用于将申请数据绑定到对应的参数上。例如@RequestParam，指定申请参数和对应的参数名称。服务层注解用于指定加载的服务层类。例如@Service，指定一个类为服务层类。视图解析和视图技术模板引擎支持动态内容渲染，提高开发效率。ThymeleafSpringBoot推荐使用的模板引擎，简单易用。JSP传统的Java视图技术，支持各种功能。FreeMarker流行的模板引擎，支持多种语言。视图解析器负责将逻辑视图名称解析为具体的物理视图资源，例如HTML页面、JSON数据等。视图技术是渲染最终用户界面所使用的技术，选择合适的视图技术可以提高开发效率和用户体验。异常处理机制1异常类型SpringMVC框架提供了统一的异常处理机制，可以捕获和处理各种异常，例如业务异常、系统异常等。2处理方式可以通过自定义异常处理器或全局异常处理器，对不同类型的异常进行统一处理，并返回相应的错误信息或视图。3错误信息可以通过配置或自定义异常信息，提供更详细的错误信息，帮助开发人员调试和排查问题。4日志记录将异常信息记录到日志中，方便进行分析和排查问题。单元测试测试的重要性单元测试可以帮助开发人员及早发现代码中的错误，提高代码质量。测试的范围单元测试通常针对单个类或方法进行测试，确保其功能符合预期。测试工具常用的单元测试工具包括JUnit、TestNG等，可以帮助开发人员进行测试代码编写和执行。集成Spring的单元测试1模拟对象使用Mockito等工具模拟依赖类2测试用例编写测试用例验证功能3测试配置配置Sprin