第 1章 Spring 学习目的与要求 本章重点讲解 Spring的基础知识。通过本章的学习，了解 Spring的体系结构，理解 Spring IoC与 AOP的基本原理，了解 Spring Bean的生命周期、实例化以及作用域，掌握 Spring的事务管理。 主要内容 . Spring开发环境的构建 . Spring IoC . Spring AOP . Spring Bean . Spring的数据库编程 Spring是当前主流的 Java开发框架，为企业级应用开发提供了丰富的功能。掌握 Spring框架的使用，已是 Java开发者必备的技能之一。本章将学习如何使用 Eclipse开发 Spring程序，不过在此之前需要构建 Spring的开发环境。 1.1 Spring概述 视频讲解 1.1.1 Spring的由来 Spring是一个轻量级 Java 开发框架，昀早由 Rod Johnson创建，目的是解决企业级应用 开发的业务逻辑层和其他各层的耦合问题。它是一个分层的 JavaSE/EEfull-stack（一站式）轻 量级开源框架，为开发 Java应用程序提供全面的基础架构支持。 Spring负责基础架构，因此 Java开发者可以专注于应用程序的开发。 1.1.2 Spring的体系结构 Spring的功能模块被有组织地分散到约 20个模块中，这些模块分布在核心容器（ Core Container）层、数据访问 /集成（ Data Access/Integration）层、 Web层、面向切面的编程（ Aspect Oriented Programming，AOP）模块、植入（Instrumentation）模块、消息传输（ Messaging） 和测试（Test）模块中，如图 1.1所示。 1 Core Container Spring的 Core Container是其他模块建立的基础，由 Beans（spring-beans）、Core（spring-core）、Context（spring-context）和 Expression（spring-expression，Spring表达式语言）等模块组成。 图 1.1 Spring的体系结构 spring-beans模块：提供了 BeanFactory，是工厂模式的一个经典实现， Spring将管理对象称为 Bean。 spring-core模块：提供了框架的基本组成部分，包括控制反转（ Inversion of Control，IoC）和依赖注入（ Dependency Injection，DI）功能。 spring-context模块：建立在 spring-beans和 spring-core模块基础上，提供一个框架式的对象访问方式，是访问定义和配置的任何对象媒介。 spring-expression模块：提供了强大的表达式语言支持运行时查询和操作对象图。这是对 JSP 2.1规范中规定的统一表达式语言（ Unified EL）的扩展。该语言支持设置和获取属性值、属性分配、方法调用、访问数组、集合和索引器的内容、逻辑和算术运算、变量命名以及从 Spring的 IoC容器中以名称检索对象；它还支持列表投影、选择以及常见的列表聚合。 2 AOP和 Instrumentation Spring框架中与 AOP和 Instrumentation相关的模块有 AOP（spring-aop）模块、 Aspects（spring-aspects）模块以及 Instrumentation（spring-instrument）模块。 spring-aop模块：提供了一个符合 AOP要求的面向切面的编程实现，允许定义方法拦截器和切入点，将代码按照功能进行分离，以便干净地解耦。 spring-aspects模块：提供了与 AspectJ的集成功能， AspectJ是一个功能强大且成熟的 AOP框架。 spring-instrument模块：提供了类植入（ Instrumentation）支持和类加载器的实现，可以在特定的应用服务器中使用。 Instrumentation提供了一种虚拟机级别支持的 AOP实现方式，使得开发者无须对 JDK做任何升级和改动，就可以实现某些 AOP的功能。 3 Messaging Spring 4.0以后新增了 Messaging（spring-messaging）模块，该模块提供了对消息传递体系结构和协议的支持。 4 Data Access/Integration 数据访问/集成层由 JDBC（spring-jdbc）、ORM（spring-orm）、OXM（spring-oxm）、JMS（spring-jms）和 Transactions（spring-tx）模块组成。 spring-jdbc模块：提供了一个 JDBC的抽象层，消除了烦琐的 JDBC编码和数据库厂商特有的错误代码解析。 spring-orm模块：为流行的对象关系映射（ Object-Relational Mapping）API提供集成层， 包括 JPA和 Hibernate。使用 spring-orm模块，可以将这些 O/R映射框架与 Spring提供的所 有其他功能结合使用，例如声明式事务管理功能。 spring-oxm模块：提供了一个支持对象 /XML映射的抽象层实现，如 JAXB、Castor、JiBX和 XStream。 spring-jms模块（Java Messaging Service）：指 Java消息传递服务，包含用于生产和使用消息的功能。自 Spring 4.1后，提供了与 spring-messaging模块的集成。 spring-tx模块（事务模块）：支持用于实现特殊接口和所有 POJO（普通 Java对象）类的编程和声明式事务管理。 5 Web Web层由 Web（spring-web）、WebMVC（spring-webmvc）、WebSocket（spring-websocket） 和 WebFlux（spring-webflux）模块组成。 spring-web模块：提供了基本的 Web开发集成功能，例如多文件上传功能、使用 Servlet 监听器初始化一个 IoC容器以及 Web应用上下文。 spring-webmvc模块：也称为 Web-Servlet模块，包含用于 Web应用程序的 Spring MVC和 REST Web Services实现。 Spring MVC框架提供了领域模型代码和 Web表单之间的清晰分离，并与 Spring Framework的所有其他功能集成。本书后续章节将会详细讲解 Spring MVC框架。 spring-websocket模块：Spring 4.0后新增的模块，它提供了 WebSocket和 SockJS的实现，主要是与 Web前端的全双工通信的协议。 Web Flux模块： spring-webflux是一个新的非阻塞函数式 Reactive Web框架，可以用来建立异步的、非阻塞、事件驱动的服务，并且扩展性非常好。（该模块是 Spring 5的新增模块。） 6 Test Test（spring-test）模块：支持使用 JUnit或 TestNG对 Spring组件进行单元测试和集成测试。 1.2 Spring开发环境的构建 使用 Spring框架开发应用前，应先搭建其开发环境。本书前 4章使用的开发环境是基于 Eclipse平台的 Java Web应用的开发环境。 视频讲解 1.2.1 使用 Eclipse开发 Java Web应用 为了提高开发效率，通常需要安装 IDE（集成开发环境）工具。 Eclipse是一个可用于开发 Web应用的 IDE工具。 登录https://www.eclipse.org/，打开如图 1.2所示的 Eclipse官方主页。 图 1.2 Eclipse官方主页 单击图 1.2中的 Download按钮，打开如图 1.3所示的 Eclipse IDE 2020-12下载页面。 图 1.3 Eclipse IDE 2020-12下载页面 单击图 1.3中的 Download Packages超链接，打开如图 1.4所示的 Eclipse IDE 2020-12版本选择页面。 图 1.4 Eclipse IDE 2020-12版本选择页面 根据操作系统的位数，下载相应的 Eclipse。本书采用的 Eclipse是 Windows 64-bit（eclipse-jee-2020-12-R-win32-x86_64.zip）。 eclipse-jee-2020-12-R-win32-x86_64自带 Java SE 15，因此，使用此版本的 Eclipse开发 Java Web应用，仅需对 Web服务器和 Eclipse进行一些必要的设置。 1 Web服务器 目前，比较常用的 Web服务器包括 Tomcat、JRun、Resin、WebSphere、WebLogic等，本书采用的是 Tomcat 9.0。 登录 Apache软件基金会的官方网站 http://jakarta.Apache.org/tomcat，下载 Tomcat 9.0的免安装版（本书采用的 Tomcat是 apache-tomcat-9.0.30-windows-x64.zip）。登录网站后，首先在 Download中选择 Tomcat 9，然后在 Binary Distributions的 Core中选择相应版本即可。 将下载的 apache-tomcat-9.0.30-windows-x64.zip解压到某个目录下，例如解压到 E:\Java soft，解压缩后将出现如图 1.5所示的目录结构。 图 1.5 Tomcat目录结构 2 安装 Eclipse Eclipse下载完成后，解压到自己设置的路径下，即可完成安装。安装 Eclipse后，双击 Eclipse安装目录下的 eclipse.exe文件，启动 Eclipse。 3 集成 Tomcat 启动 Eclipse，选择 Window/Preferences菜单项，在弹出的对话框中选择 Server/Runtime Environments命令。在弹出的对话框中，单击 Add按钮，弹出如图 1.6所示的 New Server Runtime Environment对话框，在此可以配置各种版本的 Web服务器。 图 1.6 Tomcat配置对话框 在图 1.6中选择 Apache Tomcat v9.0服务器版本，单击 Next按钮，进入如图 1.7所示对话框。 图 1.7 选择 Tomcat目录 在图 1.7中单击 Browse按钮，选择 Tomcat的安装目录，单击 Finish按钮即可完成 Tomcat配置。 至此，可以使用 Eclipse创建 Dynamic Web Project（Java Web应用），并在 Tomcat下运行。 1.2.2 Spring的下载及目录结构 使用 Spring框架开发应用程序时，除了引用 Spring自身的 JAR包外，还需要引用 commons.logging的 JAR包。 1 Spring的 JAR包 Spring官方网站升级后，建议通过 Maven和 Gradle下载。对于不使用 Maven和 Gradle下载的开发者，本书给出一个 Spring Framework JAR官方直接下载路径： https://repo.springsource.org/ libs-release-local/org/springframework/spring/。本书采用的是 spring-5.3.2-dist.zip。将下载到的 ZIP文件解压缩，解压缩后的目录结构如图 1.8所示。 图 1.8 spring-framework-5.3.2的目录结构 图 1.8中，docs目录包含 Spring的 API文档和开发规范。 图 1.8中，libs目录包含开发 Spring应用所需要的 JAR包和源代码。该目录下有三类 JAR文件，其中，以 -5.3.2.jar结尾的文件是 Spring框架 class的 JAR包，即开发 Spring应用所需要的 JAR包；以-5.3.2-javadoc.jar结尾的文件是 Spring框架 API文档的压缩包；以 -5.3.2-sources.jar结尾的文件是 Spring框架源文件的压缩包。在 libs目录中，有 4个基础包： spring-core-5.3.2.jar、spring-beans-5.3.2.jar、spring-context-5.3.2.jar和 spring-expression-5.3.2.jar，分别对应 Spring核心容器的 4个模块： spring-core模块、spring-beans模块、 spring-context模块和 spring-expression模块。 图 1.8中，schema目录包含开发 Spring应用所需要的 schema文件，这些 schema文件定义了 Spring相关配置文件的约束。 2 commons.logging的 JAR包 Spring框架依赖于 Apache Commons Logging组件，该组件的 JAR包可以通过官方网站 http://commons.apache.org/proper/commons-logging/download_logging.cgi下载，本书下载的是 commons-logging-1.2-bin.zip，解压缩后，即可找到 commons-logging-1.2.jar。 对于 Spring框架的初学者，开发 Spring应用时，只需要将 Spring的 4个基础包和 commons-logging-1.2.jar复制到 Web应用的 WEB-INF/lib目录下。如果不明白需要哪些 JAR包，可以将 Spring的 libs目录中的 spring-XXX-5.3.2.jar全部复制到 WEB-INF/lib目录下。 1.2.3 第一个 Spring入门程序 本节通过一个简单的入门程序向读者演示 Spring框架的使用过程。 【例 1-1】Spring框架的使用过程。 具体实现步骤如下。 1 使用 Eclipse创建 Web应用并导入相关 JAR包 使用 Eclipse创建一个名为 ch1_1的 Dynamic Web Project，并将 Spring的 4个基础包和第三方依赖包 commons-logging-1.2.jar复制到 ch1_1的 WEB-INF/lib目录中，如图 1.9所示。 图 1.9 Web应用 ch1_1导入的 JAR包 2 创建接口 TestDao Spring解决的是业务逻辑层和其他各层的耦合问题，因此它将面向接口的编程思想贯穿整个应用系统。 在 src目录下，创建一个 dao包，并在 dao包中创建接口 TestDao，接口中定义一个 sayHello()方法，代码如下： package dao; public interface TestDao { public void sayHello(); } 3 创建接口 TestDao的实现类 TestDaoImpl 在 dao包下创建接口 TestDao的实现类 TestDaoImpl，代码如下： package dao; public class TestDaoImpl implements TestDao{ @Override public void sayHello() { System.out.println("Hello, Study hard!"); } } 4 创建配置文件 applicationContext.xml 在 src目录下，创建名为 config的包，并在该包中创建 Spring的配置文件 applicationContext.xml，在配置文件中使用实现类 TestDaoImpl创建一个 id为 test的 Bean，代码如下： 5 创建测试类 在 src目录下，创建一个 test包，并在 test包中创建 Test类，代码如下： package test; import org.springframework.context.ApplicationContext; import org.springframework.context.support.ClassPathXmlApplicationContext; import dao.TestDao; public class Test { public static void main(String[] args) { //初始化 Spring容器 ApplicationContext，加载配置文件 //@SuppressWarnings抑制警告的关键字，有泛型未指定类型 @SuppressWarnings("resource") ApplicationContext appCon = ClassPathXmlApplicationContext("config/applicationContext.xml"); //通 new 过容器获取 test实例 TestDao tt = (TestDao)appCon.getBean("test");//test为配置文件中的 id tt.sayHello(); }} 执行上述 main()方法后，将在控制台输出“ Hello, Study hard!”。上述 main()方法中并没有使用 new运算符创建 TestDaoImpl类的对象，而是通过 Spring容器获取实现类 TestDaoImpl的对象，这就是 Spring IoC的工作机制。 1.3 Spring IoC 1.3.1 Spring IoC的基本概念 视频讲解 IoC（控制反转）是一个比较抽象的概念，是 Spring框架的核心，用来消减计算机程序的耦合问题。依赖注入（ DI）是 IoC的另外一种说法，只是从不同的角度，描述相同的概念。下面通过实际生活中的一个例子解释 IoC和 DI。 人们需要一件东西时，第一反应就是找东西，例如想吃面包。在没有面包店和有面包店两种情况下，你会怎么做？在没有面包店时，昀直观的做法可能是你按照自己的口味制作面包，也就是一个面包需要主动制作。然而，时至今日，各种面包店的盛行，你不想制作面包时，可以把自己的口味告诉店家，一会儿就可以吃到可口的面包了。注意，你并没有制作面包，而是由店家制作，但是完全符合你的口味。 上面只是列举了一个非常简单的例子，但包含了控制反转的思想，即把制作面包的主动权交给店家。下面通过面向对象编程思想，继续探讨这两个概念。 当某个 Java对象（调用者，比如你）需要调用另一个 Java对象（被调用者，即被依赖对象，比如面包）时，在传统编程模式下，调用者通常会采用“ new被调用者”的代码方式创建对象（比如你自己制作面包）。这种方式会增加调用者与被调用者之间的耦合性，不利于后期代码的升级与维护。 当 Spring框架出现后，对象的实例不再由调用者创建，而是由 Spring容器（比如面包店）创建。Spring容器会负责控制程序之间的关系（比如面包店负责控制你与面包的关系），而不是由调用者的程序代码直接控制。这样，控制权由调用者转移到 Spring容器，控制权发生了反转，这就是 Spring的控制反转。 从 Spring容器角度来看， Spring容器负责将被依赖对象赋值给调用者的成员变量，相当于为调用者注入它所依赖的实例，这就是 Spring的依赖注入，主要目的是解耦，体现一种“组合”的理念。 综上所述，控制反转是一种通过描述（在 Spring中可以是 XML或注解）并通过第三方去产生或获取特定对象的方式。在 Spring中实现控制反转的是 IoC容器，其实现方法是依赖注入。 1.3.2 Spring的常用注解 在 Spring框架中，尽管使用 XML配置文件可以很简单地装配 Bean（如例 1-1），但如果 应用中有大量的 Bean需要装配时，会导致 XML配置文件过于庞大，不方便以后的升级维护。 因此，更多时候推荐开发者使用注解（ annotation）的方式去装配 Bean。 Spring框架基于 AOP编程（ 1.4节）实现注解解析，因此，在使用注解编程时，需要导 入 spring-aop-5.3.2.jar包。 在 Spring框架中定义了一系列的注解，常用注解如下。 1 声明 Bean的注解 1）@Component 该注解是一个泛化的概念，仅仅表示一个组件对象（ Bean），可以作用在任何层次上，没有明确的角色。 2）@Repository 该注解用于将数据访问层（ DAO）的类标识为 Bean，即注解数据访问层 Bean，其功能与@Component()相同。 3）@Service该注解用于标注一个业务逻辑组件类（ Service层），其功能与 @Component()相同。 4）@Controller 该注解用于标注一个控制器组件类（ Spring MVC的 Controller），其功能与 @Component()相同。 2 注入 Bean的注解 1）@Autowired 该注解可以对类的成员变量、方法及构造方法进行标注，完成自动装配的工作。通过 @Autowired的使用消除 setter和 getter方法。默认按照 Bean的类型进行装配。 2）@Resource 该注解与@Autowired功能一样。区别在于，该注解默认按照名称装配注入，只有当找不到与名称匹配的 Bean时才会按照类型装配注入；而 @Autowired默认按照 Bean的类型进行装配，如果想按照名称装配注入，则需要结合 @Qualifier注解一起使用。 @Resource注解有两个属性： name和 type。name属性指定 Bean的实例名称，即按照名称来装配注入； type属性指定 Bean类型，即按照 Bean的类型进行装配。 3）@Qualifier 该注解与@Autowired注解配合使用。当 @Autowired注解需要按照名称装配注入时，则需要结合该注解一起使用， Bean的实例名称由 @Qualifier注解的参数指定。 1.3.3 基于注解的依赖注入 Spring IoC容器（ApplicationContext）负责创建和注入 Bean。Spring提供使用 XML配置、注解、Java配置以及 groovy配置实现 Bean的创建和注入。本书前 4章尽量使用注解（@Component、@Repository、@Service以及@Controller等业务 Bean的配置）和 XML配置 方式。 下面通过一个简单实例向读者演示基于注解的依赖注入的使用过程。