Spring中用到了哪些設計模式？

談談Spring中都用到了哪些設計模式？

JDK 中用到了那些設計模式?Spring 中用到了那些設計模式?這兩個問題，在面試中比較常見。我在網上搜索了一下關於 Spring 中設計模式的講解幾乎都是千篇一律，而且大部分都年代久遠。所以，花了幾天時間自己總結了一下，由於我的個人能力有限，文中如有任何錯誤各位都可以指出。另外，文章篇幅有限，對於設計模式以及一些原始碼的解讀我只是一筆帶過，這篇文章的主要目的是回顧一下 Spring 中的常見的設計模式。

Design Patterns(設計模式) 表示面向物件軟體開發中最好的計算機程式設計實踐。 Spring 框架中廣泛使用了不同型別的設計模式，下面我們來看看到底有哪些設計模式?

控制反轉（IOC）和依賴注入（DI)

IoC(Inversion of Control,控制翻轉)是Spring 中一個非常非常重要的概念，它不是什麼技術，而是一種解耦的設計思想。它的主要目的是藉助於“第三方”(即Spring 中的 IOC 容器) 實現具有依賴關係的物件之間的解耦(IOC容易管理物件，你只管使用即可)，從而降低程式碼之間的耦合度。IOC 是一個原則，而不是一個模式，以下模式（但不限於）實現了IoC原則。

​ ioc-patterns

Spring IOC容器就像是一個工廠一樣，當我們需要建立一個物件的時候，只需要配置好配置檔案/註解即可，完全不用考慮物件是如何被創建出來的。

在實際專案中一個 Service 類如果有幾百甚至上千個類作為它的底層，我們需要例項化這個 Service，你可能要每次都要搞清這個 Service 所有底層類的建構函式，這可能會把人逼瘋。如果利用 IOC 的話，你只需要配置好，然後在需要的地方引用就行了，這大大增加了專案的可維護性且降低了開發難度。關於Spring IOC 的理解，推薦看這一下知乎的一個回答：

，非常不錯。

控制翻轉怎麼理解呢?舉個例子："物件a 依賴了物件 b，當物件 a 需要使用 物件 b的時候必須自己去建立。但是當系統引入了 IOC 容器後， 物件a 和物件 b 之前就失去了直接的聯絡。這個時候，當物件 a 需要使用 物件 b的時候， 我們可以指定 IOC 容器去建立一個物件b注入到物件 a 中"。 物件 a 獲得依賴物件 b 的過程,由主動行為變為了被動行為，控制權反轉了，這就是控制反轉名字的由來。

DI（Dependency Inject，依賴注入)，是實現控制反轉的一種設計模式，依賴注入就是將例項變數傳入到一個物件中去。

工廠設計模式

Spring使用工廠模式可以通過BeanFactory或ApplicationContext建立 bean 物件。

兩者對比：

• BeanFactory：延遲注入(使用到某個 bean 的時候才會注入),相比於BeanFactory來說會佔用更少的記憶體，程式啟動速度更快。
• ApplicationContext：容器啟動的時候，不管你用沒用到，一次性建立所有 bean 。BeanFactory僅提供了最基本的依賴注入支援，ApplicationContext擴充套件了BeanFactory,除了有BeanFactory的功能之外還有額外更多功能，所以一般開發人員使用ApplicationContext會更多。

ApplicationContext的三個實現類：

1. ClassPathXmlApplication：把上下文檔案當成類路徑資源。
2. FileSystemXmlApplication：從檔案系統中的 XML 檔案載入上下文定義資訊。
3. XmlWebApplicationContext：從Web系統中的XML檔案載入上下文定義資訊。

Example:

import org.springframework.context.ApplicationContext;
import org.springframework.context.support.FileSystemXmlApplicationContext;

public class App {
    public static void main(String[] args) {
        ApplicationContext context = new FileSystemXmlApplicationContext(
                "C:/work/IOC Containers/springframework.applicationcontext/src/main/resources/bean-factory-config.xml");

        HelloApplicationContext obj = (HelloApplicationContext) context.getBean("helloApplicationContext");
        obj.getMsg();
    }
}

單例設計模式

在我們的系統中，有一些物件其實我們只需要一個，比如說：執行緒池、快取、對話方塊、登錄檔、日誌物件、充當印表機、顯示卡等裝置驅動程式的物件。事實上，這一類物件只能有一個例項，如果製造出多個例項就可能會導致一些問題的產生，比如：程式的行為異常、資源使用過量、或者不一致性的結果。

使用單例模式的好處：

• 對於頻繁使用的物件，可以省略建立物件所花費的時間，這對於那些重量級物件而言，是非常可觀的一筆系統開銷；
• 由於new操作的次數減少，因而對系統記憶體的使用頻率也會降低，這將減輕GC壓力，縮短GC停頓時間。

Spring中bean的預設作用域就是singleton(單例)的，除了singleton作用域，Spring中bean還有下面幾種作用域：

• prototype : 每次請求都會建立一個新的 bean 例項。
• request : 每一次HTTP請求都會產生一個新的bean，該bean僅在當前HTTP request內有效。
• session : 每一次HTTP請求都會產生一個新的 bean，該bean僅在當前 HTTP session 內有效。
• global-session： 全域性session作用域，僅僅在基於portlet的web應用中才有意義，Spring5已經沒有了。Portlet是能夠生成語義程式碼(例如：HTML)片段的小型Java Web外掛。它們基於portlet容器，可以像servlet一樣處理HTTP請求。但是，與 servlet 不同，每個 portlet 都有不同的會話

Spring實現單例的方式：

• xml:<bean id="userService" class="top.snailclimb.UserService" scope="singleton"/>
• 註解：@Scope(value = "singleton")

Spring通過ConcurrentHashMap實現單例登錄檔的特殊方式實現單例模式。Spring實現單例的核心程式碼如下：

// 通過 ConcurrentHashMap（執行緒安全） 實現單例登錄檔
private final Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<String, Object>(64);

public Object getSingleton(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
        Assert.notNull(beanName, "'beanName' must not be null");
        synchronized (this.singletonObjects) {
            // 檢查快取中是否存在例項  
            Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
            if (singletonObject == null) {
                //...省略了很多程式碼
                try {
                    singletonObject = singletonFactory.getObject();
                }
                //...省略了很多程式碼
                // 如果例項物件在不存在，我們註冊到單例登錄檔中。
                addSingleton(beanName, singletonObject);
            }
            return (singletonObject != NULL_OBJECT ? singletonObject : null);
        }
    }
    //將物件新增到單例登錄檔
    protected void addSingleton(String beanName, Object singletonObject) {
            synchronized (this.singletonObjects) {
                this.singletonObjects.put(beanName, (singletonObject != null ? singletonObject : NULL_OBJECT));

            }
        }
}

代理設計模式

AOP(Aspect-Oriented Programming:面向切面程式設計)能夠將那些與業務無關，卻為業務模組所共同呼叫的邏輯或責任（例如事務處理、日誌管理、許可權控制等）封裝起來，便於減少系統的重複程式碼，降低模組間的耦合度，並有利於未來的可拓展性和可維護性。

Spring AOP就是基於動態代理的，如果要代理的物件實現了某個介面，那麼Spring AOP會使用JDK Proxy，去建立代理物件，而對於沒有實現介面的物件，Spring AOP會使用Cglib，這時候Spring AOP會使用Cglib生成一個被代理物件的子類來作為代理，如下圖所示：

當然你也可以使用AspectJ，Spring AOP以及集成了AspectJ，AspectJ應該算得上是Java生態系統中最完整的AOP框架了。

使用AOP之後我們可以把一些通用的功能抽象出來，在在需要用到的地方直接使用即可，這樣大大簡化了程式碼量。我們需要增加新功能時也方便，這樣也提高了系統擴充套件性。日誌功能、事務管理等等場景都用到了 AOP 。

Spring AOP 和 AspectJ AOP 有什麼區別?

Spring AOP 屬於執行時增強，而 AspectJ 是編譯時增強。Spring AOP基於代理(Proxying)，而 AspectJ 基於位元組碼操作(Bytecode Manipulation)。

Spring AOP 已經集成了 AspectJ ，AspectJ 應該算的上是 Java 生態系統中最完整的 AOP 框架了。AspectJ 相比於 Spring AOP 功能更加強大，但是 Spring AOP 相對來說更簡單，功能更弱。

如果我們的切面比較少，那麼兩者效能差異不大。但是，當切面太多的話，最好選擇 AspectJ ，它比Spring AOP 快很多。

模板方法

模板方法模式是一種行為設計模式，它定義一個操作中的演算法的骨架，而將一些步驟延遲到子類中。 模板方法使得子類可以不改變一個演算法的結構即可重定義該演算法的某些特定步驟的實現方式。

public abstract class Template {
    //這是我們的模板方法
    public final void TemplateMethod(){
        PrimitiveOperation1();  
        PrimitiveOperation2();
        PrimitiveOperation3();
    }

    protected void  PrimitiveOperation1(){
        //當前類實現
    }

    //被子類實現的方法
    protected abstract void PrimitiveOperation2();
    protected abstract void PrimitiveOperation3();

}
public class TemplateImpl extends Template {

    @Override
    public void PrimitiveOperation2() {
        //當前類實現
    }

    @Override
    public void PrimitiveOperation3() {
        //當前類實現
    }
}

Spring 中jdbcTemplate、hibernateTemplate等以 Template 結尾的對資料庫操作的類，它們就使用到了模板模式。一般情況下，我們都是使用繼承的方式來實現模板模式，但是 Spring 並沒有使用這種方式，而是使用Callback 模式與模板方法模式配合，既達到了程式碼複用的效果，同時增加了靈活性。

觀察者模式

觀察者模式是一種物件行為型模式。它表示的是一種物件與物件之間具有依賴關係，當一個物件發生改變的時候，這個物件所依賴的物件也會做出反應。Spring事件驅動模型就是觀察者模式很經典的一個應用。Spring 事件驅動模型非常有用，在很多場景都可以解耦我們的程式碼。比如我們每次新增商品的時候都需要重新更新商品索引，這個時候就可以利用觀察者模式來解決這個問題。

觀察者模式是一種物件行為型模式。它表示的是一種物件與物件之間具有依賴關係，當一個物件發生改變的時候，這個物件所依賴的物件也會做出反應。Spring 事件驅動模型就是觀察者模式很經典的一個應用。Spring 事件驅動模型非常有用，在很多場景都可以解耦我們的程式碼。比如我們每次新增商品的時候都需要重新更新商品索引，這個時候就可以利用觀察者模式來解決這個問題。

Spring 事件驅動模型中的三種角色

事件角色

ApplicationEvent(org.springframework.context包下)充當事件的角色,這是一個抽象類，它繼承了java.util.EventObject並實現了java.io.Serializable介面。

Spring 中預設存在以下事件，他們都是對ApplicationContextEvent的實現(繼承自ApplicationContextEvent)：

• ContextStartedEvent：ApplicationContext啟動後觸發的事件;
• ContextStoppedEvent：ApplicationContext停止後觸發的事件;
• ContextRefreshedEvent：ApplicationContext初始化或重新整理完成後觸發的事件;
• ContextClosedEvent：ApplicationContext關閉後觸發的事件。

事件監聽者角色

ApplicationListener充當了事件監聽者角色，它是一個介面，裡面只定義了一個onApplicationEvent（）方法來處理ApplicationEvent。ApplicationListener介面類原始碼如下，可以看出介面定義看出介面中的事件只要實現了ApplicationEvent就可以了。所以，在 Spring中我們只要實現ApplicationListener介面實現onApplicationEvent()方法即可完成監聽事件

package org.springframework.context;
import java.util.EventListener;
@FunctionalInterface
public interface ApplicationListener<E extends ApplicationEvent> extends EventListener {
    void onApplicationEvent(E var1);
}

事件釋出者角色

ApplicationEventPublisher充當了事件的釋出者，它也是一個介面。

@FunctionalInterface
public interface ApplicationEventPublisher {
    default void publishEvent(ApplicationEvent event) {
        this.publishEvent((Object)event);
    }

    void publishEvent(Object var1);
}

ApplicationEventPublisher介面的publishEvent（）這個方法在AbstractApplicationContext類中被實現，閱讀這個方法的實現，你會發現實際上事件真正是通過ApplicationEventMulticaster來廣播出去的。具體內容過多，就不在這裡分析了，後面可能會單獨寫一篇文章提到。

Spring 的事件流程總結

1. 定義一個事件: 實現一個繼承自ApplicationEvent，並且寫相應的建構函式；
2. 定義一個事件監聽者：實現ApplicationListener介面，重寫onApplicationEvent()方法；
3. 使用事件釋出者釋出訊息: 可以通過ApplicationEventPublisher的publishEvent()方法釋出訊息。

Example:

// 定義一個事件,繼承自ApplicationEvent並且寫相應的建構函式
public class DemoEvent extends ApplicationEvent{
    private static final long serialVersionUID = 1L;

    private String message;

    public DemoEvent(Object source,String message){
        super(source);
        this.message = message;
    }

    public String getMessage() {
         return message;
          }


// 定義一個事件監聽者,實現ApplicationListener介面，重寫 onApplicationEvent() 方法；
@Component
public class DemoListener implements ApplicationListener<DemoEvent>{

    //使用onApplicationEvent接收訊息
    @Override
    public void onApplicationEvent(DemoEvent event) {
        String msg = event.getMessage();
        System.out.println("接收到的資訊是："+msg);
    }

}
// 釋出事件，可以通過ApplicationEventPublisher  的 publishEvent() 方法釋出訊息。
@Component
public class DemoPublisher {

    @Autowired
    ApplicationContext applicationContext;

    public void publish(String message){
        //釋出事件
        applicationContext.publishEvent(new DemoEvent(this, message));
    }
}

當呼叫DemoPublisher的publish()方法的時候，比如demoPublisher.publish("你好")，控制檯就會打印出:接收到的資訊是：你好。

介面卡模式

介面卡模式(Adapter Pattern) 將一個介面轉換成客戶希望的另一個介面，介面卡模式使介面不相容的那些類可以一起工作，其別名為包裝器(Wrapper)。

spring AOP中的介面卡模式

我們知道 Spring AOP 的實現是基於代理模式，但是 Spring AOP 的增強或通知(Advice)使用到了介面卡模式，與之相關的介面是AdvisorAdapter。Advice 常用的型別有：BeforeAdvice（目標方法呼叫前,前置通知）、AfterAdvice（目標方法呼叫後,後置通知）、AfterReturningAdvice(目標方法執行結束後，return之前)等等。每個型別Advice（通知）都有對應的攔截器:MethodBeforeAdviceInterceptor、AfterReturningAdviceAdapter、AfterReturningAdviceInterceptor。Spring預定義的通知要通過對應的介面卡，適配成MethodInterceptor介面(方法攔截器)型別的物件（如：MethodBeforeAdviceInterceptor負責適配MethodBeforeAdvice）。

spring MVC中的介面卡模式

在Spring MVC中，DispatcherServlet根據請求資訊呼叫HandlerMapping，解析請求對應的Handler。解析到對應的Handler（也就是我們平常說的Controller控制器）後，開始由HandlerAdapter介面卡處理。HandlerAdapter作為期望介面，具體的介面卡實現類用於對目標類進行適配，Controller作為需要適配的類。

為什麼要在 Spring MVC 中使用介面卡模式？Spring MVC 中的Controller種類眾多，不同型別的Controller通過不同的方法來對請求進行處理。如果不利用介面卡模式的話，DispatcherServlet直接獲取對應型別的Controller，需要的自行來判斷，像下面這段程式碼一樣：

if(mappedHandler.getHandler() instanceof MultiActionController){  
   ((MultiActionController)mappedHandler.getHandler()).xxx  
}else if(mappedHandler.getHandler() instanceof XXX){  
    ...  
}else if(...){  
   ...  
}  

假如我們再增加一個Controller型別就要在上面程式碼中再加入一行 判斷語句，這種形式就使得程式難以維護，也違反了設計模式中的開閉原則 – 對擴充套件開放，對修改關閉。

裝飾者模式

裝飾者模式可以動態地給物件新增一些額外的屬性或行為。相比於使用繼承，裝飾者模式更加靈活。簡單點兒說就是當我們需要修改原有的功能，但我們又不願直接去修改原有的程式碼時，設計一個Decorator套在原有程式碼外面。其實在 JDK 中就有很多地方用到了裝飾者模式，比如InputStream家族，InputStream類下有FileInputStream(讀取檔案)、BufferedInputStream(增加快取,使讀取檔案速度大大提升)等子類都在不修改InputStream程式碼的情況下擴充套件了它的功能。

​ 裝飾者模式示意圖

Spring 中配置 DataSource 的時候，DataSource 可能是不同的資料庫和資料來源。我們能否根據客戶的需求在少修改原有類的程式碼下動態切換不同的資料來源？這個時候就要用到裝飾者模式(這一點我自己還沒太理解具體原理)。Spring 中用到的包裝器模式在類名上含有Wrapper或者Decorator。這些類基本上都是動態地給一個物件新增一些額外的職責

總結

Spring 框架中用到了哪些設計模式：

• 工廠設計模式: Spring使用工廠模式通過BeanFactory、ApplicationContext建立 bean 物件。
• 代理設計模式: Spring AOP 功能的實現。
• 單例設計模式: Spring 中的 Bean 預設都是單例的。
• 模板方法模式: Spring 中jdbcTemplate、hibernateTemplate等以 Template 結尾的對資料庫操作的類，它們就使用到了模板模式。
• 包裝器設計模式: 我們的專案需要連線多個數據庫，而且不同的客戶在每次訪問中根據需要會去訪問不同的資料庫。這種模式讓我們可以根據客戶的需求能夠動態切換不同的資料來源。
• 觀察者模式:Spring 事件驅動模型就是觀察者模式很經典的一個應用。
• 介面卡模式:Spring AOP 的增強或通知(Advice)使用到了介面卡模式、spring MVC 中也是用到了介面卡模式適配Controller。
• ……