面试官：谈谈Spring中用到了哪些设计模式？

设计模式(Design pattern)代表了最佳的实践,通常被有经验的面向对象的软件开发人员所采用。设计模式是软件开发人员在软件开发过程中面临的一般问题的解决方案。 Spring 框架中广泛使用了不同类型的设计模式。

工厂模式

Spring使用工厂模式可以通过 BeanFactory 或 ApplicationContext 创建 bean 对象。 两者对比：

• BeanFactory ：延迟注入(使用到某个 bean 的时候才会注入),相比于BeanFactory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，不管你用没用到，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的功能之外还有额外更多功能，所以一般开发人员使用ApplicationContext会更多。

ApplicationContext的三个实现类：

1. ClassPathXmlApplication：从类的根路径下加载配置文件（推荐使用这种）
2. FileSystemXmlApplication：它是从磁盘路径上加载配置文件，配置文件可以在磁盘的任意位置。
3. XmlWebApplicationContext：从Web系统中的XML文件载入上下文定义信息。
4. AnnotationConfigApplicationContext：当使用注解配置容器对象时，需要使用此类来创建 spring 容器。它用来读取注解。

Example:

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ApplicationContext applicationContext = new ClassPathXmlApplicationContext("applicationContext.xml");
UserService userService = (UserService) applicationContext.getBean("userService");
userService.save();

单例模式

在我们的系统中，有一些对象其实我们只需要一个，比如说：线程池、缓存、对话框、注册表、日志对象、充当打印机、显卡等设备驱动程序的对象。事实上，这一类对象只能有一个实例，如果制造出多个实例就可能会导致一些问题的产生，比如：程序的行为异常、资源使用过量、或者不一致性的结果。 使用单例模式的好处：

• 对于频繁使用的对象，可以省略创建对象所花费的时间，这对于那些重量级对象而言，是非常可观的一笔系统开销；
• 由于new操作的次数减少，因而对系统内存的使用频率也会降低，这将减轻GC压力，缩短GC停顿时间。

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。但是，与 servlet 不同，每个 portlet 都有不同的会话

Spring实现单例的方式：

• xml:
• 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：

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public class DefaultSingletonBeanRegistry extends SimpleAliasRegistry implements SingletonBeanRegistry {

    // 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) {
                //...省略了很多代码
                try {
                    singletonObject = singletonFactory.getObject();
                }
                //...省略了很多代码
                // 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));

            }
        }
    }
}

代理模式

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

当然你也可以使用AspectJ，Spring AOP以及集成了AspectJ，AspectJ应该算得上是Java生态系统中最完整的AOP框架了。 使用AOP之后我们可以把一些通用的功能抽象出来，在需要用到的地方直接使用即可，这样大大简化了代码量。我们需要增加新功能时也方便，这样也提高了系统扩展性。日志功能、事务管理等等场景都用到了 AOP 。

Spring AOP 和 AspectJ AOP 有什么区别?

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 相对来说更简单。如果我们的切面比较少，那么两者性能差异不大。但是，当切面太多的话，最好选择 AspectJ ，它比Spring AOP 快很多。

模板模式

模板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。

实例代码：

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public abstract class Template {
    //这是我们的模板方法
    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
    }
}

JDBC案例

定义抽象查询父类

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public abstract class AbstractDao {

    /**
     * 查询
     * @param sql
     * @param params
     * @return
     */
    protected Object find(String sql, Object[] params) {
        Connection conn = null;
        PreparedStatement ps = null;
        ResultSet rs = null;
        Object obj = null;
        try {
            conn = JDBCUtils.getConnection();
            ps = conn.prepareStatement(sql);
            for (int i = 0; i < params.length; i  ) {
                ps.setObject(i   1, params[i]);
            }
            rs = ps.executeQuery();
            while (rs.next()) {
                obj = rowMapper(rs);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            JDBCUtils.free(rs, ps, conn);
        }
        return obj;
    }
        protected abstract Object rowMapper(ResultSet rs) throws SQLException;        //同时可以添加 insert ，update 等方法
}

具体的dao实现

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public class UserDao extends AbstractDao {

    public User findUser(int userId) {
        String sql = "select * from t_user where userId = ?";
        Object[] params = new Object[] { userId };
        Object user = super.find(sql, params);
        System.out.println((User) user);
        return (User) user;
    }

    @Override
    protected Object rowMapper(ResultSet rs) throws SQLException {
        User user = new User();
        user.setId(rs.getInt("userId"));
        user.setName(rs.getString("name"));
        user.setAge(rs.getInt("age"));
        user.setSex(rs.getString("sex"));
        user.setAddress(rs.getString("address"));
        return user;
    }
}

对应的JDBC工具类和用户实体

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public class JDBCUtils {
    private static String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/jdbcstudy";
    private static String user = "root";
    private static String password = "123";

    private JDBCUtils() {
    }

    static {
        try {
            Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            throw new ExceptionInInitializerError(e);
        }
    }

    public static Connection getConnection() throws SQLException {
        return DriverManager.getConnection(url, user, password);
    }
    
    public static void free(ResultSet rs, PreparedStatement ps, Connection conn){
        if(rs != null){
            try {
                rs.close();
            } catch (SQLException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        if(ps != null){
            try {
                ps.close();
            } catch (SQLException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        
        if(conn != null){
            try {
                conn.close();
            } catch (SQLException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

public class User {
    private Integer userId;
    private String name;
    private Integer age;
    private String sex;
    private String address;
        
    //set...get省略    
}

模板模式的优点和不足

优点

1. 具体细节步骤实现定义在子类中，子类定义详细处理算法是不会改变算法整体结构。
2. 代码复用的基本技术，在数据库设计中尤为重要。
3. 存在一种反向的控制结构，通过一个父类调用其子类的操作，通过子类对父类进行扩展增加新的行为，符合“开闭原则”。

不足 每个不同的实现都需要定义一个子类，会导致类的个数增加，系统更加庞大。

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。一般情况下，我们都是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。

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。 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

事件角色

ApplicationEvent (org.springframework.context包下)充当事件的角色,这是一个抽象类，它继承了java.util.EventObject并实现了 java.io.Serializable接口。 Spring 中默认存在以下事件，他们都是对 ApplicationContextEvent 的实现(继承自ApplicationContextEvent)：

• 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。

事件监听者角色

ApplicationListener 充当了事件监听者角色，它是一个接口，里面只定义了一个 onApplicationEvent（）方法来处理ApplicationEvent。ApplicationListener接口类源码如下，可以看出接口定义看出接口中的事件只要实现了 ApplicationEvent就可以了。所以，在 Spring中我们只要实现 ApplicationListener 接口实现 onApplicationEvent() 方法即可完成监听事件

代码语言：javascript复制

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

事件发布者角色

ApplicationEventPublisher 充当了事件的发布者，它也是一个接口。

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

    void publishEvent(Object var1);
}

ApplicationEventPublisher 接口的publishEvent（）这个方法在AbstractApplicationContext类中被实现，阅读这个方法的实现，你会发现实际上事件真正是通过ApplicationEventMulticaster来广播出去的。具体内容较多后续单独分析。

Spring 的事件流程总结

1. 定义一个事件: 实现一个继承自 ApplicationEvent，并且写相应的构造函数；
2. 定义一个事件监听者：实现 ApplicationListener 接口，重写 onApplicationEvent() 方法；
3. 使用事件发布者发布消息: 可以通过 ApplicationEventPublisher 的 publishEvent() 方法发布消息。

案例如下:

代码语言：javascript复制

// 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));
    }
}

当调用 DemoPublisher 的 publish() 方法的时候，比如 demoPublisher.publish(“hello world!”) ，控制台就会打印出:接收到的信息是：hello world!。

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，其别名为包装器(Wrapper)。

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（目标方法调用前,前置通知）、AfterAdvice（目标方法调用后,后置通知）、AfterReturningAdvice(目标方法执行结束后，return之前)等等。每个类型Advice（通知）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（也就是我们平常说的 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：

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

假如我们再增加一个 Controller类型就要在上面代码中再加入一行 判断语句，这种形式就使得程序难以维护，也违反了设计模式中的开闭原则 – 对扩展开放，对修改关闭。

适配器模式的优缺点

优点：

• 能提高类的透明性和复用性，现有的类会被复用但不需要改变。
• 目标类和适配器类解耦，可以提高程序的扩展性。
• 在很多业务场景中符合开闭原则。

缺点：

• 在适配器代码编写过程中需要进行全面考虑，可能会增加系统复杂度。
• 增加代码阅读难度，过多使用适配器会使系统代码变得凌乱。

装饰者模式

装饰者模式可以动态地给对象添加一些额外的属性或行为。相比于使用继承，装饰者模式更加灵活。简单点儿说就是当我们需要修改原有的功能，但我们又不愿直接去修改原有的代码时，设计一个Decorator套在原有代码外面。其实在 JDK 中就有很多地方用到了装饰者模式，比如 InputStream家族，InputStream 类下有 FileInputStream (读取文件)、BufferedInputStream (增加缓存,使读取文件速度大大提升)等子类都在不修改InputStream 代码的情况下扩展了它的功能。

装饰者模式示意图 在装饰模式中的角色有：

• 抽象构件(Component)角色：给出一个抽象接口，以规范准备接收附加责任的对象。
• 具体构件(ConcreteComponent)角色：定义一个将要接收附加责任的类。
• 装饰(Decorator)角色：持有一个构件(Component)对象的实例，并定义一个与抽象构件接口一致的接口。
• 具体装饰(ConcreteDecorator)角色：负责给构件对象“贴上”附加的责任。

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？这个时候就要用到装饰者模式。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。

装饰者模式和适配器模式对比

装饰者模式和适配器模式都是包装模式（Wrapper Pattern），装饰者模式是一种特殊的代理模式，二者对比如下：

	装饰者模式	适配器模式
形式	是一种非常特别的适配器	没有层级关系，装饰者模式有层级关系
定义	装饰者和被装饰着实现同一接口，主要目的是为了扩展后依旧保留旧的oop关系	适配器和被适配这没有必然的关系，通常采用继承或代理的形式进行包装
关系	满足is-a关系	满足has-a关系
功能	注重覆盖、扩展	注重兼容、转换
设计	前置考虑	后置考虑

总结

Spring 框架中用到了哪些设计模式：

• 工厂设计模式 : Spring使用工厂模式通过 BeanFactory、ApplicationContext 创建 bean 对象。
• 代理设计模式 : Spring AOP 功能的实现。
• 单例设计模式 : 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。
• 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。
• 装饰者（包装器）设计模式 : 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。

spring aop java 编程算法

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