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日常开发使用非常多的Spring，它的设计理念是什么呢？有哪些核心的组件呢？为啥又需要这些组件呢？在Spring中用到了哪些设计模式呢？Spring有哪些高级特性，该如何使用呢？本文将对这些做简要的介绍，希望看完本文您能了解这些知识！

Spring介绍

Spring是一个Java轻量级的IOC容器，实现了AOP的特性，非侵入性框架。提供了对持久层、事务、Web层等各个方面组件集成与一致性封装。涉及到的组件非常丰富，但核心仍然是Spring Framework。Spring Framework真正的核心组件只有几个。

下面看下Spring框架的总体架构图：可以看到，Spring提供的功能非常多，但核心组件只有三个：Core、Context、Beans；它们构建起了整个Spring的骨骼架构，没有它们就不可能有AOP、Web等上层的特性功能。

设计理念

Spring的设计理念：构建一个数据结构，然后根据这个数据结构设计它的生存环境

就像开发一个系统一样，比如电商系统，需要有用户User，这个User需要一张表，然后根据这个用户去设计他的生存环境，比如用户的订单、购物车等，这些就是这个用户在这个系统中的生存环境，那么Spring的生存环境又是什么呢？

上面说到，Spring的设计理念是构建一个数据结构，那么什么是Spring的数据结构呢？

Spring的三个核心组件中最核心的是Beans组件，Bean则是Spring构建的数据结构

1. 在Spring中，Bean才是真正的主角，或者说Spring是面向Bean的编程，Bean在Spring中的作用就像Object对OOP的作用一样，在java中是面向对象的编程，在Spring中是面向Bean的编程，包括Bean的创建、定义、解析等，这些会在后续的文章中说到

2. 通过IOC容器完成依赖注入机制，构建Bean的生存环境；IOC容器就是被Bean包裹的对象，Spring正是通过把对象包装在Bean中，从而达到对这些对象的管理以及一些列额外操作的目的

3. Spring框架的设计目标：依赖注入机制，把对象之间的依赖关系用配置文件或者注解来管理

核心组件的协同工作

从上面可以知道，Bean是Spring的关键因素，那么Context和Core又有什么作用呢？

如果把Bean比作舞台中的演员的话，那么Context就是这个舞台背景，而Core就是演出的道具

Context、Core、Beans关系图：

知道了Bean是Spring的核心，Bean里面包装的是对象，那么Context组件解决了Bean的生存环境问题，就比如没有舞台，演员还怎么演出呢；Context也会去发现每个Bean之间的关系，然后为它们建立维护好Bean关系；所以可以说，Context就是一个Bean关系的集合，这个关系集合又叫做IOC容器，一旦建立起这个IOC容器后Spring就可以工作了

Core组件就是发现、建立和维护Bean关系需要的一系列的工具，从这个角度来看的话，Core组件叫做Util更容易理解

设计模式的应用

代理模式

Spring AOP中CGLIB、JDK动态代理就是利用代理模式设计实现的

从上图可以看到，Spring除了实现被代理对象的接口，还有SpringProxy和Advised两个接口

$Proxy就是创建的代理对象，Subject是抽象主题，代理对象是通过InvocationHandler来持有对目标对象的引用的

在Spring中一个真实的代理对象结构如下：

策略模式

在Spring中，代理对象的创建就是通过策略模式来实现的

Spring中的代理方式有两个，一个JDK动态代理，一个CGLIB代理。两个代理方式都使用了策略模式，结构图如下：

AopProxy接口表示抽象策略

1. CglibAopProxy和JdkDynamicAopProxy分别代表两种策略的实现方式
2. ProxyFactoryBean就是代表Context角色，它会根据条件选用JDK动态代理方式还是CGLIB方式
3. 另外的三个类主要是负责创建具体策略对象
4. ProxyFactoryBean通过依赖关联具体策略对象，通过调用策略对象getProxy(ClassLoader classLoader)方法来完成操作

特性应用

事件驱动编程

事件驱动编程，是基于发布-订阅模式的编程模型，即观察者模式

事件驱动模型的核心构建通常包含了一下几个：

1. 事件源：负责产生事件的对象，比如页面中常见的按钮，按钮就是一个事件源，可以产生“点击”这个事件
2. 事件监听器：也叫做事件处理器，负责处理事件的对象
3. 事件：也可以称作事件对象，是事件源和事件监听器之间的信息桥梁，是整个事件模型驱动的核心

事件驱动模型的实现包含以下几种：

1. 观察者模式
2. JDK观察者模式
3. JavaBean事件驱动
4. Spring事件驱动

下面主要是Spring事件驱动的示例，由于Spring事件驱动模型原理比较复杂，涉及到的类比较多，下面从一个简单的例子入手，了解Spring事件驱动模型

在日常购物中，当下了一个订单的时候，这个订单的支付状态会发生变化，然后能够通知到库存服务、短信服务、邮件服务等

1. PaymentEntity类：

/** * @ClassName PaymentEntity * @Description: 支付的实体。作为事件实体 * @Author TR * @Date 2021/3/21 * @Version V1.0 */public class PaymentEntity {    /** 订单id */    private int id;    /** 订单状态 */    private String status;    public PaymentEntity(int id, String status) {        this.id = id;        this.status = status;    }    @Override    public String toString() {        return "PaymentEntity{" +                "id=" + id +                ", status='" + status + '\'' +                '}';    }}

2. PaymentUpdateStatusEvent类

/** * @ClassName 支付状态更新的事件，以PaymentEntity作为传输的载体 * @Description: TODO * @Author TR * @Date 2021/3/21 * @Version V1.0 */public class PaymentUpdateStatusEvent extends ApplicationEvent {    public PaymentUpdateStatusEvent(Object source) {        super(source);    }}

3. PaymentService类，主要用来发布事件

/** * @ClassName PaymentService * @Description: TODO * @Author TR * @Date 2021/3/21 * @Version V1.0 */@Servicepublic class PaymentService {    @Autowired    private ApplicationContext applicationContext;    public void pay(int id, String status) {        //TODO 省略的业务代码        PaymentEntity entity = new PaymentEntity(id, status);        // 发布事件        applicationContext.publishEvent(new PaymentUpdateStatusEvent(entity));    }}

4. StockPaymentListener事件监听器

/** * @ClassName StockPaymantListener * @Description: 无序事件监听器，库存服务监听器 * @Author TR * @Date 2021/3/21 * @Version V1.0 */@Servicepublic class StockPaymentListener implements ApplicationListener
   
     {    @Override    @Async    public void onApplicationEvent(PaymentUpdateStatusEvent event) {        System.out.println(Thread.currentThread().getName() +                "：库存服务，收到了支付状态的更新：" + event);    }}
   

5.AbstractPaymentListener抽象类，有序监听器

/** * @ClassName SmsPaymentListener * @Description: 有序监听器，抽象类实现事件源以及事件的通用判断 * @Author TR * @Date 2021/3/21 * @Version V1.0 */public abstract class AbstractPaymentListener implements SmartApplicationListener {    /** 支持的事件类型 */    @Override    public boolean supportsEventType(Class
    eventType) {        return eventType == PaymentUpdateStatusEvent.class;    }    /** 事件发生的目标类 */    @Override    public boolean supportsSourceType(Class
    sourceType) {        return sourceType == PaymentEntity.class;    }}

6. SmsPaymentListener事件监听器

/** * @ClassName SmsPaymentListener * @Description: 短信监听器 * @Author TR * @Date 2021/3/21 * @Version V1.0 */@Servicepublic class SmsPaymentListener extends AbstractPaymentListener implements SmartApplicationListener {    /** 排序，数字越小执行的优先级越高 */    @Override    public int getOrder() {        return 1;    }    @Override    @Async    public void onApplicationEvent(ApplicationEvent event) {        System.out.println(Thread.currentThread().getName() +                "：短信服务，收到了支付状态的更新：" + event);    }}

7. MailPaymentListener事件监听器

/** * @ClassName MailPaymentListener * @Description: 邮件监听器 * @Author TR * @Date 2021/3/21 * @Version V1.0 */@Servicepublic class MailPaymentListener extends AbstractPaymentListener implements SmartApplicationListener {    /** 排序，数字越小执行的优先级越高 */    @Override    public int getOrder() {        return 2;    }    @Override    @Async    public void onApplicationEvent(ApplicationEvent event) {        System.out.println(Thread.currentThread().getName() +                "：邮件服务，收到了支付状态的更新：" + event);    }}

8. 测试类

/** * @ClassName EventTest * @Description: 测试类 * @Author TR * @Date 2021/3/21 * @Version V1.0 */@SpringBootTestpublic class EventTest {    @Autowired    PaymentService paymentService;    @Test    void pay() {        paymentService.pay(1, "支付成功");    }}

运行之后的结果：

涉及到的类：

1. ApplicationEvent
2. ApplicationListener
3. SmartApplicationListener
4. ApplicationContext

可以看到，有序监听器执行是按照优先级执行的，也可以看到，上面执行的线程全部是main线程，当订单很多的时候，只有一个线程来执行，效率会很低，所以引出了下面的内容，异步执行

异步执行

Spring有两种异步执行方式：全局异步、注解式配置异步

一. 全局异步实现

/** * @ClassName GlobalAsyncConfig * @Description: TODO * @Author TR * @Date 2021/3/21 * @Version V1.0 */@Configurationpublic class GlobalAsyncConfig {    /** 线程池维护线程的最小数量 */    private int minPoolSize = 2;    /** 线程池维护线程的最大数量 */    private int maxPoolSize = 2;    /** 线程池队列的长度 */    private int queueCapacity = 100;    /** 获取异步线程池的执行对象 */    @Bean("asyncExecutor")    public Executor getAsyncExecutor() {        ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();        executor.setCorePoolSize(minPoolSize);        executor.setMaxPoolSize(maxPoolSize);        executor.setQueueCapacity(queueCapacity);        //用来调试        executor.setThreadNamePrefix("GlobalAsyncConfig：");        executor.setWaitForTasksToCompleteOnShutdown(true);        //拒绝策略 CallerRunsPolicy 由调用线程处理该任务        executor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());        executor.initialize();        return executor;    }    /** 名称必须是applicationEventMulticaster，Spring内部通过这个名字来获取Bean */    @Bean("applicationEventMulticaster")    public SimpleApplicationEventMulticaster simpleApplicationEventMulticaster(Executor executor) {        SimpleApplicationEventMulticaster eventMulticaster = new SimpleApplicationEventMulticaster();        eventMulticaster.setTaskExecutor(executor);        return  eventMulticaster;    }}

思考一下，当用到了异步之后，上面的有序监听器还会按照优先级执行吗？下面看下执行结果：

可以看到，当使用异步之后，有序监听器并没有按照优先级执行，具体原因就是不同的线程去执行导致的

全局异步的执行步骤：

1. 定义并且配置Executor Bean
2. 配置名为applicationEventMulticaster的SimpleApplicationEventMulticaster Bean
3. 设置applicationEventMulticaster执行器为第一步的Executor

二. 注解式配置异步实现

/** * @ClassName AnnotationAsyncConfig * @Description: TODO * @Author TR * @Date 2021/3/21 * @Version V1.0 */@Configuration@EnableAsyncpublic class AnnotationAsyncConfig implements AsyncConfigurer {    /** 线程池维护线程的最小数量 */    private int minPoolSize = 2;    /** 线程池维护线程的最大数量 */    private int maxPoolSize = 2;    /** 线程池队列的长度 */    private int queueCapacity = 100;    /** 获取异步线程池的执行对象 */    @Override    public Executor getAsyncExecutor() {        ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();        executor.setCorePoolSize(minPoolSize);        executor.setMaxPoolSize(maxPoolSize);        executor.setQueueCapacity(queueCapacity);        //用来调试        executor.setThreadNamePrefix("AnnotationAsyncConfig：");        executor.setWaitForTasksToCompleteOnShutdown(true);        //拒绝策略 CallerRunsPolicy 由调用线程处理该任务        executor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());        executor.initialize();        return executor;    }}

//加上@Async注解@Override@Asyncpublic void onApplicationEvent(PaymentUpdateStatusEvent event) {   System.out.println(Thread.currentThread().getName() +         "：库存服务，收到了支付状态的更新：" + event);}

执行结果如下：

注解式配置异步的执行步骤：

1. 开启异步执行：@EnableAsync
2. 配置线程池，这个是非必要的，没有的话则使用默认线程池
3. 在Bean方法上指定为异步：@Async

异步执行的原理本质上是AOP，具体步骤如下：

1. 初始化线程池和异步处理器
2. 创建异步方法所在的Bean后，执行Async对应的BeanPostProcessor，创建AOP代理类，代理对象替换原来的对象
3. 代理对象中，异步方法被动态植入了异步执行方法
4. 执行异步方法，其实执行的是代理对象里面的方法，从而实现异步，除了Async这个注解，没有任何的入侵

定时任务

一. SpringTask

1. fixedRate：上一次开始执行时间点之后再执行
2. fixedDelay：上一次执行完毕时间点之后再执行
3. initialDelay：第一次延迟后执行，之后按照上面指定的规则执行
4. 默认的是上一次执行完毕时间点之后再执行

Cron表达式，一个cron表达式有至少6个（也可能7个）有空格分隔的时间元素，按照顺序依次是：

• 秒（0~59）
• 分钟（0~59）
• 小时（0~23）
• 天（0~31）
• 月（0~11）
• 星期（1~7 1=SUN 或 SUN，MON，TUE，WED，THU，FRI，SAT）
• 年份（1970－2099）

可以使用工具生成，如下图：

Corn表达式生成工具：

简单示例：

1. 使用cron表达式

@Component@EnableSchedulingpublic class AlarmSpringTask {    /** 默认的是fixedDelay，上一次执行完毕时间点之后再执行 */    @Scheduled(cron = "0/5 * * * * *")    public void run() throws InterruptedException {        Thread.sleep(6000);        System.out.println(Thread.currentThread().getName() +                "使用cron表达式：" +(System.currentTimeMillis()/1000));    }}

运行结果：

2. 使用fixedRate

@Component@EnableSchedulingpublic class AlarmSpringTask {    /** fixedRate，上一次开始执行时间点之后5秒再执行 */    @Scheduled(fixedRate = 5000)    public void run() throws InterruptedException {        Thread.sleep(6000);        System.out.println(Thread.currentThread().getName() +                "使用fixedRate：" +(System.currentTimeMillis()/1000));    }}

运行结果：

3. 使用fixedDelay

@Component@EnableSchedulingpublic class AlarmSpringTask {    /** fixedDelay，上一次执行完毕时间点之后5秒再执行 */    @Scheduled(fixedDelay = 5000)    public void run() throws InterruptedException {        Thread.sleep(6000);        System.out.println(Thread.currentThread().getName() +                "使用fixedDelay：" +(System.currentTimeMillis()/1000));    }}

运行结果：

4. 使用initialDelay

@Component@EnableSchedulingpublic class AlarmSpringTask {     /** initialDelay，第一次延迟2s后执行，之后按fixedDelay的规则每5秒执行 一次*/    @Scheduled(initialDelay = 2000, fixedDelay = 5000)    public void run() throws InterruptedException {        Thread.sleep(6000);        System.out.println(Thread.currentThread().getName() +                "使用使用initialDelay：" +(System.currentTimeMillis()/1000));    }}

运行结果：

二. Spring集成Quartz

/** * @ClassName TestQuartz * @Description: 创建任务类TestQuartz，该类主要是继承了QuartzJobBean * @Author TR * @Date 2021/3/21 * @Version V1.0 */public class TestQuartz extends QuartzJobBean {    /** 执行定时任务 */    @Override    protected void executeInternal(JobExecutionContext jobExecutionContext) throws JobExecutionException {        System.out.println("quartz task "+(System.currentTimeMillis()/1000));    }}

/** * @ClassName QuartzConfig * @Description: 创建配置类QuartzConfig * @Author TR * @Date 2021/3/21 * @Version V1.0 */@Configurationpublic class QuartzConfig {    @Bean    public JobDetail teatQuartzDetail() {        return JobBuilder.newJob(TestQuartz.class).withIdentity("testQuartz").storeDurably().build();    }    @Bean    public Trigger testQuartzTrigger() {        SimpleScheduleBuilder builder = SimpleScheduleBuilder.simpleSchedule()                .withIntervalInSeconds(6) //设置时间周期单位：秒                .repeatForever();        return TriggerBuilder.newTrigger().forJob(teatQuartzDetail())                .withIdentity("testQuartz")                .withSchedule(builder)                .build();    }}

运行结果：

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