面试官:“谈谈 Spring 中都用到了哪些设计模式”

• 工厂模式 : Spring 使用工厂模式通过 BeanFactory、ApplicationContext 创建 bean 对象。
• 代理模式 : Spring AOP 功能的实现。
• 单例模式 : Spring 中的 Bean 默认都是单例的。
• 模板方法模式 : Spring 中 jdbcTemplate、hibernateTemplate 等以 Template 结尾的对数据库操作的类，它们就使用到了模板模式。
• 装饰者模式 : 我们的项目需要连接多个数据库，而且不同的客户在每次访问中根据需要会去访问不同的数据库。这种模式让我们可以根据客户的需求能够动态切换不同的数据源。
• 观察者模式: Spring 事件驱动模型就是观察者模式很经典的一个应用。
• 适配器模式 :Spring AOP 的增强或通知(Advice)使用到了适配器模式、spring MVC 中也是用到了适配器模式适配Controller。

1.控制反转(IoC)和依赖注入(DI)

IoC(Inversion of Control) 是 Spring 中一个重要的概念，是一种解耦的设计思想、一个原则，而不是一个模式。它主要作用是通过 IOC 容器实现具有依赖关系的对象之间的解耦(IOC 容易管理对象，你只管使用即可)，从而降低代码之间的耦合度。

DI(Dependecy Inject)是实现控制反转的一种设计模式，依赖注入就是将实例变量传入到一个对象中去。

2.工厂模式

在 Spring 的 BeanFactory 或 ApplicationContext 中，使用了工厂模式创建 bean 对象。

两种创建 bean 对象方式的区别：

• BeanFactory ：延迟注入(使用到某个 bean 的时候才会注入), 相比于ApplicationContext 来说会占用更少的内存，程序启动速度更快。
• ApplicationContext：容器启动的时候，不管用没用到，一次性创建所有 bean 。BeanFactory 仅提供了最基本的依赖注入支持，ApplicationContext 扩展了 BeanFactory ,除了有BeanFactory的功能还有额外更多功能，所以一般开发人员使用ApplicationContext会更多。

3.单例模式

Spring 中 bean 的默认作用域就是 singleton(单例)的。 除了 singleton 作用域，Spring 中 bean 还有下面几种作用域：

• prototype : 每次请求都会创建一个新的 bean 实例。
• request : 每一次 HTTP 请求都会产生一个新的 bean，该 bean 仅在当前HTTP request 内有效。
• session : 每一次 HTTP 请求都会产生一个新的 bean，该 bean 仅在当前 HTTP session 内有效。
• global-session： 全局 session 作用域，仅仅在基于 portlet 的 web 应用中才有意义，Spring5 已经没有了。Portlet 是能够生成语义代码(例如：HTML)片段的小型 Java Web 插件。它们基于portlet容器，可以像 servlet 一样处理HTTP请求。但与 servlet 不同，每个 portlet 都有不同的会话

Spring 实现单例的方式：

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

Spring 通过 ConcurrentHashMap 实现单例注册表的特殊方式实现单例模式。 Spring 实现单例的核心代码如下:

// 通过 ConcurrentHashMap（线程安全） 实现单例注册表
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) {
            // 检查缓存中是否存在实例  
            Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
            if (singletonObject == null) {
                //...
                try {
                    singletonObject = singletonFactory.getObject();
                }
                //...
                // 如果实例对象在不存在，我们注册到单例注册表中。
                addSingleton(beanName, singletonObject);
            }
            return (singletonObject != NULL_OBJECT ? singletonObject : null);
        }
    }
    //将对象添加到单例注册表
    protected void addSingleton(String beanName, Object singletonObject) {
            synchronized (this.singletonObjects) {
                this.singletonObjects.put(beanName, (singletonObject != null ? singletonObject : NULL_OBJECT));

            }
        }
}

4.代理模式

代理模式在 AOP 中的应用

AOP(Aspect-Oriented Programming:面向切面编程)能够将那些与业务无关，却为业务模块所共同调用的逻辑或责任（例如事务处理、日志管理、权限控制等）封装起来，便于减少系统的重复代码，降低模块间的耦合度，并有利于未来的可拓展性和可维护性。

Spring AOP 就是基于动态代理。如果要代理的对象，实现了某个接口，Spring AOP 则使用 JDK Proxy，去创建代理对象；如果没有实现接口的对象，Spring AOP 则使用 Cglib 生成一个被代理对象的子类来作为代理，如下图所示：

proxy.jpg

Spring AOP 和 AspectJ AOP 的区别和联系：

• Spring AOP 属于运行时增强，而 AspectJ 是编译时增强。 Spring AOP 基于代理(Proxying)，而 AspectJ 基于字节码操作(Bytecode Manipulation)。

• Spring AOP 已经集成了 AspectJ ，AspectJ 应该算的上是 Java 生态系统中最完整的 AOP 框架了。AspectJ 相比于 Spring AOP 功能更加强大，但是 Spring AOP 相对更简单。

• 如果我们的切面比较少，那么两者性能差异不大。但当切面太多的话，最好选择 AspectJ ，它比Spring AOP 快很多。

5.模板方法

模板方法模式是一种行为设计模式，它定义一个操作中的算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中。模板方法使得子类可以不改变一个算法的结构即可重定义该算法的某些特定步骤的实现方式。

template.jpg

public abstract class Template {
    // 模板方法
    public final void TemplateMethod(){
        PrimitiveOperation1();  
        PrimitiveOperation2();
        PrimitiveOperation3();
    }

    protected void  PrimitiveOperation1(){
        //当前类实现
    }    
    //被子类实现的方法
    protected abstract void PrimitiveOperation2();
    protected abstract void PrimitiveOperation3();

}
public class TemplateImpl extends Template {

    @Override
    public void PrimitiveOperation2() {
        //当前类实现
    }
    @Override
    public void PrimitiveOperation3() {
        //当前类实现
    }
}

Spring 中 jdbcTemplate、hibernateTemplate 等以 Template 结尾的数据库操作类，就使用到了模板模式。

一般地，我们使用继承的方式来实现模板模式，但是 Spring 并没有使用这种方式，而是使用 Callback 模式与模板方法模式配合，既达到了代码复用的效果，同时增加了灵活性。

6.观察者模式

观察者模式是一种对象行为型模式。它表示的是一种对象与对象之间具有依赖关系，当一个对象发生改变的时候，这个对象所依赖的对象也会做出反应。

Spring 事件驱动模型就是观察者模式很经典的一个应用。Spring 事件驱动模型非常有用，在很多场景都可以解耦我们的代码。比如我们每次添加商品的时候都需要重新更新商品索引，这个时候就可以利用观察者模式来解决这个问题。

Spring 事件驱动模型中的三种角色

事件

org.springframework.context.ApplicationEvent 充当事角色基类。

Spring 中默认存在以下事件，他们都是对 ApplicationContextEvent 的子类：

• ContextStartedEvent：ApplicationContext 启动后触发的事件;
• ContextStoppedEvent：ApplicationContext 停止后触发的事件;
• ContextRefreshedEvent：ApplicationContext 初始化或刷新完成后触发的事件;
• ContextClosedEvent：ApplicationContext 关闭后触发的事件。

事件监听者

org.springframework.context.ApplicationEvent.ApplicationListener 充当了事件监听者角色基类，通过 ApplicationListener 的 onApplicationEvent() 方法进行监听事件。

@FunctionalInterface
public interface ApplicationListener<E extends ApplicationEvent> extends EventListener {
    void onApplicationEvent(E var1);
}

事件发布者

org.springframework.context.ApplicationEventPublisher 充当了事件的发布者基类，通过 ApplicationEventPublisher 的 publishEvent() 发布消息。

@FunctionalInterface
public interface ApplicationEventPublisher {
    default void publishEvent(ApplicationEvent event) {
        this.publishEvent((Object)event);
    }
    void publishEvent(Object var1);
}

举例

// 定义一个事件,继承自ApplicationEvent并且写相应的构造函数
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;
    }
}

// 定义一个事件监听者,实现ApplicationListener接口，重写 onApplicationEvent() 方法；
@Component
public class DemoListener implements ApplicationListener<DemoEvent>{
    //使用onApplicationEvent接收消息
    @Override
    public void onApplicationEvent(DemoEvent event) {
        String msg = event.getMessage();
        System.out.println("接收到的信息是："+msg);
    }
}

// 发布事件，可以通过ApplicationEventPublisher  的 publishEvent() 方法发布消息。
@Component
public class DemoPublisher {
    @Autowired
    ApplicationContext applicationContext;
    public void publish(String message){
        //发布事件
        applicationContext.publishEvent(new DemoEvent(this, message));
    }
}

7.适配器模式

适配器模式(Adapter Pattern) 将一个接口转换成客户希望的另一个接口，适配器模式使接口不兼容的那些类可以一起工作。

spring AOP 中的适配器模式

我们知道 Spring AOP 的实现是基于代理模式，但是 Spring AOP 的增强或通知(Advice)使用到了适配器模式，与之相关的接口是 AdvisorAdapter 。Advice 常用的类型有：BeforeAdvice、AfterAdvice、AfterReturningAdvice 等。每个类型 Advice 都有对应的拦截器: MethodBeforeAdviceInterceptor、AfterReturningAdviceAdapter、AfterReturningAdviceInterceptor。Spring 预定义的通知要通过对应的适配器，适配成 MethodInterceptor 接口(方法拦截器)类型的对象（如：MethodBeforeAdviceInterceptor 负责适配 MethodBeforeAdvice）。

spring MVC 中的适配器模式

在 Spring MVC 中，DispatcherServlet 根据请求信息调用 HandlerMapping，解析请求对应的 Handler。解析到对应的 Handler（Controller 控制器）后，开始由 HandlerAdapter 适配器处理。HandlerAdapter 作为期望接口，具体的适配器实现类用于对目标类进行适配，Controller 作为需要适配的类。

为什么要在 Spring MVC 中使用适配器模式？ Spring MVC 中的 Controller 种类众多，不同类型的 Controller 通过不同的方法来对请求进行处理。如果不利用适配器模式的话，DispatcherServlet 直接获取对应类型的 Controller，需要的自行来判断，像下面这段代码一样：

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

8.装饰者模式

Spring 中配置 DataSource 的时候，DataSource 可能是不同的数据库和数据源。我们能否根据客户的需求在少修改原有类的代码下动态切换不同的数据源？Spring 中用到的包装器模式在类名上含有 Wrapper或者 Decorator。这些类基本上都是动态地给一个对象添加一些额外的职责。

参考

• Spring IoC有什么好处呢