【Java】Spring框架能干什么？Spring 八大模块分别是什么？如何理解 IoC 和 DI？

一、前言

本文将引入 Spring 框架，开始学习框架的应用。

Spring框架作为一个强大的Java应用程序框架，提供了广泛的功能和模块，旨在简化Java应用的开发过程。它的核心理念是控制反转（IoC）和依赖注入（DI），通过这两个概念，Spring能够实现松散耦合、可维护和可扩展的应用程序开发。

二、内容

2.1 简介

什么是 Spring 框架？它能干什么？

官网：Spring Framework

官网定义：

Spring Framework 是一个功能强大的 Java 应用程序框架，旨在提供高效且可扩展的开发环境。它结合了轻量级的容器和依赖注入功能，提供了一种使用 POJO 进行容器配置和面向切面的编程的简单方法，以及一组用于AOP的模块。Spring 框架还支持各种移动应用开发技术，如 Android 和 iOS。此外，它还提供了对事务管理、对象/关系映射、JavaBeans、JDBC、JMS 和其他技术的支持，从而确保高效开发。

简单来说，Spring 是一个支持快速开发的Java EE应用程序的框架。它提供了一系列底层容器与基础设施，一个综合性的编程和配置模型，可以和大量常用的开源框架无缝集成，其主要目的是简化 Java 应用的开发，提高代码的可维护性，并促进松散耦合的设计。

从Spring Framework 6.0 开始，Spring 需要 Java 17+。

2.2 背景

术语 "Spring" 在不同的语境中有不同的含义，它可以指代整个Spring项目家族，也可以特指Spring框架本身。我们这里的 Spring 指的是 Spring Framework，这个核心框架。

Spring最早由Rod Johnson在他的《Expert One-on-One J2EE Development without EJB》一书中提出，旨在解决J2EE开发中的复杂性和笨重性问题。他提出了一种用轻量级框架替代EJB（Enterprise JavaBeans）的理念，以简化企业应用的开发，并提高可维护性和可测试性。后来，他着手开发了这个框架，并将其命名为Spring Framework。

随着Spring框架的发展和广泛的应用，Spring生态系统逐渐扩展，包括了一系列与Spring Framework紧密相关的项目和模块，其中一些重要的包括：Spring Boot、Spring Cloud、Spring Security等，共同构成了Spring生态系统。

2.3 Spring框架的模块化

Spring框架的强大之处在于其模块化的设计。我们可以根据自己的需要选择并使用不同的模块，更专注于业务需求的实现，而不必过多关心底层的细节。

以下是主要的 Spring 框架模块。

（1）Core

这是Spring框架最基础的部分，它提供了依赖注入（DependencyInjection）特征来实现容器对Bean的管理。

核心容器的主要组件是 BeanFactory，BeanFactory是工厂模式的一个实现，是任何Spring应用的核心。它使用IoC将应用配置和依赖从实际的应用代码中分离出来。

1. 控制反转（IoC）：IoC是Spring框架的核心理念，它允许开发者将组件的创建和依赖关系的管理交给Spring容器，从而实现了反转控制。
2. 依赖注入（DI）：DI是通过配置文件或注解的方式注入组件之间的依赖关系，使得组件更加灵活和可维护。

（2）Context

Spring Context模块是Spring框架的核心，它扩展了核心模块中的BeanFactory，提供了一种框架式的Bean访问方式，并引入了企业级功能。

它允许通过配置来定义和管理应用程序中的组件，包括Bean的创建和生命周期管理，并且支持国际化消息（I18N）、支持事件传播机制、提供验证支持等等。

（3）AOP

Spring AOP（面向切面编程）模块用于支持AOP编程。它允许开发者定义横切关注点（cross-cutting concerns）和通用行为，然后将它们应用到应用程序中的多个组件中。

通过使用 Spring AOP，不用依赖组件，就可以将声明性事务管理集成到应用程序中，可以自定义拦截器、切点、日志等操作。

（4）Web

Web 上下文模块建立在应用程序上下文模块之上，为基于 Web 的应用程序提供了上下文，提供了Spring和其它Web框架的集成，比如Struts、WebWork。还提供了一些面向服务支持，例如：实现文件上传的multipart请求。此外，Spring还支持在这些框架的前后插入拦截器，以实现更灵活的请求处理和处理程序管理。

（5）MVC

Spring MVC是Spring框架提供的面向Web应用的Model-View-Controller（MVC）实现。它允许开发者轻松构建Web应用程序，将应用程序的业务逻辑、用户界面和数据分离开来。Spring MVC提供了一个高度可定制的框架，以满足各种Web应用的需求。

（6）DAO

Spring DAO模块对JDBC（Java数据库连接）进行了抽象封装，提供了一个JDBC的抽象层和异常层次结构，简化了数据访问异常的处理，并能统一管理JDBC事务。这使得数据访问层的开发更加容易。

（7）ORM

Spring ORM模块提供了对现有的ORM（对象关系映射）框架的支持，包括Hibernate、JPA（Java持久化API）、JDO（Java数据对象）等，为这些流行的ORM框架提供了集成方案。它允许开发者在应用程序中使用ORM框架，以便更轻松地将Java对象映射到数据库表。这简化了数据持久性的管理，提高了应用程序的可维护性。

（8）WebFlux

Spring Framework 中包含的原始 Web 框架 Spring Web MVC 是专门为 Servlet API 和 Servlet 容器构建的。反应式堆栈 Web 框架 Spring WebFlux 是在 5.0 版的后期添加的。它是完全非阻塞的，支持反应式流(Reactive Stream)背压，并在Netty，Undertow和Servlet 3.1+容器等服务器上运行。

2.4 如何理解 Spring 的 IoC 和 DI

（1）什么是 IoC

控制反转（Inversion of Control，IoC）是一种面向对象编程的设计原则，我们可以看成是一种设计模型。

控制反转，反转的是什么？

简单来说，这里的反转指的是，不再采用硬编码的方式来 new 对象，将 new 对象的权利交出去，并且对象之间的关系我也不再维护了，都不管了。将控制权从程序的自定义部分反转（交出去）到通用框架中（或者说容器）。

也就是说，将对象的创建权交出去，将对象和对象之间关系的管理权交出去，由第三方容器来负责创建与维护。

这里的好处很明显，可以用来减低代码之间的耦合度，提高代码的可维护性和可扩展性，符合依赖倒置原则和开闭原则。

• 依赖倒置原则（DIP）指的是面向接口编程，面向抽象编程，降低程序的耦合度，提高扩展力。
• 开闭原则（OCP）：对扩展开放，对修改关闭。也就是说，你在扩展系统功能的时候，没有修改以前写好的代码，就算符合 OCP 原则。

（2）什么是 DI

前面我们讲了，控制反转（IoC）是一种设计模式，一种编程思想。

那么控制反转常见的实现方式：依赖注入（Dependency Injection，简称DI）

在依赖注入中，对象的依赖关系由外部容器负责注入，而不是由对象自己创建或查找依赖对象。

Spring框架是一个经典的IoC容器，它实现了IoC思想，允许开发者通过依赖注入来管理和控制对象之间的依赖关系。Spring提供了多种方式来实现依赖注入，其中包括：

1. 构造方法注入：通过构造方法，将依赖对象传递给目标对象。这是一种常见的依赖注入方式，它确保对象在创建时就具有必要的依赖关系。
2. Setter方法注入：通过setter方法，将依赖对象注入到目标对象中。这种方式允许在对象创建后逐个设置依赖，更加灵活。

Spring框架的IoC容器负责管理对象的生命周期、依赖关系和配置信息，开发者只需要关注业务逻辑的实现，而不必担心对象的创建和依赖注入。

2.5 谈谈 Spring 的特点

1. 轻量（Lightweight）：
   • Spring框架在大小和开销方面都非常轻量。完整的Spring框架可以发布为一个小于1MB的JAR文件，且运行时开销微不足道。
   • Spring是非侵入式的，应用中的对象不依赖于Spring的特定类。
2. 控制反转（Inversion of Control - IoC）：
   • Spring采用控制反转技术，通过IoC促进松耦合。对象的依赖会通过被动的方式传递进来，而不是由对象自己创建或查找依赖。
   • IoC使容器主动将依赖传递给对象，而不是对象从容器中查找依赖。
3. 面向切面编程（Aspect-Oriented Programming - AOP）：
   • Spring提供丰富的面向切面编程支持，允许将应用的业务逻辑与系统级服务（如审计和事务管理）分离开发。
   • 应用对象只需关注业务逻辑，而不需要处理其他系统级关注点，如日志或事务管理。
4. 容器（Container）：
   • Spring充当容器的角色，包含并管理应用对象的配置和生命周期。
   • 你可以配置每个Bean的创建方式，包括单例或原型，以及它们如何相互关联。但与传统的重量级EJB容器不同，Spring更加轻便和易用。
5. 框架（Framework）：
   • Spring允许将简单组件配置和组合成复杂的应用，通常通过声明式配置，例如在XML文件中。
   • Spring提供了丰富的基础功能，如事务管理、持久化框架集成等，以帮助开发者专注于应用逻辑的开发。

三、总结

总的来说，Spring框架是一个轻量级的Java应用程序框架，它的核心目标是简化Java应用的开发过程，提高代码的可维护性和可扩展性。