Java開發(fā)到底為什么要用 IoC 和 AOP
作為一名 Java 開發(fā),對 Spring 框架是再熟悉不過的了。Spring 支持的控制反轉(zhuǎn)(Inversion of Control,縮寫為IoC)和面向切面編程(Aspect-oriented programming,縮寫為AOP)早已成為我們的開發(fā)習(xí)慣,仿佛 Java 開發(fā)天生就該如此。人總是會忽略習(xí)以為常的事物,所有人都熟練使用 IoC 和 AOP,卻鮮有人說得清楚到底為什么要用 IoC 和 AOP。
技術(shù)肯定是為了解決某個問題而誕生,要弄清楚為什么使用 IoC 和 AOP,就得先弄清楚不用它們會碰到什么問題。
一、IoC我們現(xiàn)在假設(shè)回到了沒有 IoC 的時代,用傳統(tǒng)的 Servlet 進(jìn)行開發(fā)。
1. 傳統(tǒng)開發(fā)模式的弊端三層架構(gòu)是經(jīng)典的開發(fā)模式,我們一般將視圖控制、業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)庫操作分別抽離出來單獨形成一個類,這樣各個職責(zé)就非常清晰且易于復(fù)用和維護(hù)。大致代碼如下:
@WebServlet('/user')public class UserServlet extends HttpServlet { // 用于執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯的對象 private UserService userService = new UserServiceImpl(); @Override protected void doPost(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException { // ...省略其他代碼 // 執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯 userService.doService();// ...返回頁面視圖 }}
public class UserServiceImpl implements UserService{ // 用于操作數(shù)據(jù)庫的對象 private UserDao userDao = new UserDaoImpl(); @Override public void doService() { // ...省略業(yè)務(wù)邏輯代碼 // 執(zhí)行數(shù)據(jù)庫操作 userDao.doUpdate();// ...省略業(yè)務(wù)邏輯代碼 }}
public class UserDaoImpl implements UserDao{ @Override public void doUpdate() { // ...省略JDBC代碼 }}
上層依賴下層的抽象,代碼就分為了三層:
業(yè)界普遍按這種分層方式組織代碼,其核心思想是職責(zé)分離。層次越低復(fù)用程度越高,比如一個 DAO 對象往往會被多個 Service 對象使用,一個 Service 對象往往也會被多個 Controller 對象使用:
條理分明,井然有序。這些被復(fù)用的對象就像一個個的組件,供多方使用。
雖然這個倒三角看上去非常漂亮,然而我們目前的代碼有一個比較大的問題,那就是我們只做到了邏輯復(fù)用,并沒有做到資源復(fù)用。
上層調(diào)用下一層時,必然會持有下一層的對象引用,即成員變量。目前我們每一個成員變量都會實例化一個對象,如下圖所示:
每一個鏈路都創(chuàng)建了同樣的對象,造成了極大的資源浪費。本應(yīng)多個 Controller 復(fù)用同一個 Service,多個 Service 復(fù)用同一個 DAO。現(xiàn)在變成了一個 Controller創(chuàng)建多個重復(fù)的 Service,多個 Service 又創(chuàng)建了多個重復(fù)的 DAO,從倒三角變成了正三角。
許多組件只需要實例化一個對象就夠了,創(chuàng)建多個沒有任何意義。針對對象重復(fù)創(chuàng)建的問題,我們自然而然想到了單例模式。只要編寫類時都將其寫為單例,這樣就避免了資源浪費。但是,引入設(shè)計模式必然會帶來復(fù)雜性,況且還是每一個類都為單例,每一個類都會有相似的代碼,其弊端不言自明。
有人可能會說,那我不在意“這點”資源浪費了,我服務(wù)器內(nèi)存大無所謂,我只求開發(fā)便捷痛快不想寫額外的代碼。
確實,三層架構(gòu)達(dá)到邏輯復(fù)用已經(jīng)非常方便了,還奢求其他的干什么呢。但就算不管資源問題,目前代碼還有一個致命缺陷,那就是變化的代價太大。
假設(shè)有 10 個 Controller 依賴了 UserService,最開始實例化的是 UserServiceImpl,后面需要換一個實現(xiàn)類 OtherUserServiceImpl,我就得逐個修改那 10 個 Controller,非常麻煩。更換實現(xiàn)類的需求可能不會太多,沒多大說服力。那咱們看另一個情況。
之前咱們演示的組件創(chuàng)建過程非常簡單,new 一下就完了,可很多時候創(chuàng)建一個組件沒那么容易。比如 DAO 對象要依賴一個這樣的數(shù)據(jù)源組件:
public class UserDaoImpl implements UserDao{ private MyDataSource dataSource; public UserDaoImpl() { // 構(gòu)造數(shù)據(jù)源 dataSource = new MyDataSource('jdbc:mysql://localhost:3306/test', 'root', 'password'); // 進(jìn)行一些其他配置 dataSource.setInitiaSize(10); dataSource.setMaxActive(100); // ...省略更多配置項 }}
該數(shù)據(jù)源組件要想真正生效需要對其進(jìn)行許多配置,這個創(chuàng)建和配置過程是非常麻煩的。而且配置可能會隨著業(yè)務(wù)需求的變化經(jīng)常更改,這時候你就需要修改每一個依賴該組件的地方,牽一發(fā)而動全身。這還只是演示了一個數(shù)據(jù)源的創(chuàng)建配置過程,真實開發(fā)中可有太多組件和太多配置需要編碼了,其麻煩程度堪稱恐怖。
當(dāng)然,這些問題都可以引入設(shè)計模式來解決,不過這樣一來又繞回去了:設(shè)計模式本身也會帶來復(fù)雜性。這就像一種死循環(huán):傳統(tǒng)開發(fā)模式編碼復(fù)雜,要想解決這種復(fù)雜卻得陷入另一種復(fù)雜。難道沒有辦法解決了嗎?當(dāng)然不是的,在講優(yōu)秀解決方案前,我們先來梳理一下目前出現(xiàn)的問題:
創(chuàng)建了許多重復(fù)對象,造成大量資源浪費; 更換實現(xiàn)類需要改動多個地方; 創(chuàng)建和配置組件工作繁雜,給組件調(diào)用方帶來極大不便。透過現(xiàn)象看本質(zhì),這些問題的出現(xiàn)都是同一個原因:組件的調(diào)用方參與了組件的創(chuàng)建和配置工作。
其實調(diào)用方只需關(guān)注組件如何調(diào)用,至于這個組件如何創(chuàng)建和配置又與調(diào)用方有什么關(guān)系呢?就好比我去餐館只需點菜,飯菜并不需要我親自去做,餐館自然會做好給我送過來。如果我們編碼時,有一個「東西」能幫助我們創(chuàng)建和配置好那些組件,我們只負(fù)責(zé)調(diào)用該多好。這個「東西」就是容器。
容器這一概念我們已接觸過,Tomcat 就是 Servlet 的容器,它幫我們創(chuàng)建并配置好 Servlet,我們只需編寫業(yè)務(wù)邏輯即可。試想一下,如果 Servlet 要我們自己創(chuàng)建,HttpRequest、HttpResponse 對象也需要我們自己配置,那代碼量得有多恐怖。
Tomcat 是 Servlet 容器,只負(fù)責(zé)管理 Servlet。我們平常使用的組件則需要另一種容器來管理,這種容器我們稱之為 IoC 容器。
2. 控制反轉(zhuǎn)和依賴注入控制反轉(zhuǎn),是指對象的創(chuàng)建和配置的控制權(quán)從調(diào)用方轉(zhuǎn)移給容器。好比在家自己做菜,菜的味道全部由自己控制;去餐館吃飯,菜的味道則是交由餐館控制。IoC 容器就擔(dān)任了餐館的角色。
有了 IoC 容器,我們可以將對象交由容器管理,交由容器管理后的對象稱之為 Bean。調(diào)用方不再負(fù)責(zé)組件的創(chuàng)建,要使用組件時直接獲取 Bean 即可:
@Componentpublic class UserServiceImpl implements UserService{ @Autowired // 獲取 Bean private UserDao userDao;}
調(diào)用方只需按照約定聲明依賴項,所需要的 Bean 就自動配置完畢了,就好像在調(diào)用方外部注入了一個依賴項給其使用,所以這種方式稱之為 依賴注入(Dependency Injection,縮寫為 DI)。控制反轉(zhuǎn)和依賴注入是一體兩面,都是同一種開發(fā)模式的表現(xiàn)形式。
IoC 輕而易舉地解決了我們剛剛總結(jié)的問題:
對象交由容器管理后,默認(rèn)是單例的,這就解決了資源浪費問題。
若要更換實現(xiàn)類,只需更改 Bean 的聲明配置,即可達(dá)到無感知更換:
public class UserServiceImpl implements UserService{ ...}// 將該實現(xiàn)類聲明為 Bean@Componentpublic class OtherUserServiceImpl implements UserService{ ...}
現(xiàn)在組件的使用和組件的創(chuàng)建與配置完全分離開來。調(diào)用方只需調(diào)用組件而無需關(guān)心其他工作,這極大提高了我們的開發(fā)效率,也讓整個應(yīng)用充滿了靈活性、擴(kuò)展性。
這樣看來,我們?nèi)绱酥幸?IoC 不是沒有道理的。
二、AOP我們再來假設(shè)沒有 AOP 會怎樣。
1. 面向?qū)ο蟮木窒扌?p>面向?qū)ο缶幊蹋∣bject-oriented programming,縮寫:OOP)的三大特性:封裝、繼承、多態(tài),我們早已用得爐火純青。OOP 的好處已無需贅言,相信大家都有體會。這里咱們來看一下 OOP 的局限性。當(dāng)有重復(fù)代碼出現(xiàn)時,可以就將其封裝出來然后復(fù)用。我們通過分層、分包、分類來規(guī)劃不同的邏輯和職責(zé),就像之前講解的三層架構(gòu)。但這里的復(fù)用的都是核心業(yè)務(wù)邏輯,并不能復(fù)用一些輔助邏輯,比如:日志記錄、性能統(tǒng)計、安全校驗、事務(wù)管理,等等。這些邊緣邏輯往往貫穿你整個核心業(yè)務(wù),傳統(tǒng) OOP 很難將其封裝:
public class UserServiceImpl implements UserService { @Override public void doService() { System.out.println('---安全校驗---'); System.out.println('---性能統(tǒng)計 Start---'); System.out.println('---日志打印 Start---'); System.out.println('---事務(wù)管理 Start---'); System.out.println('業(yè)務(wù)邏輯'); System.out.println('---事務(wù)管理 End---'); System.out.println('---日志打印 End---'); System.out.println('---性能統(tǒng)計 End---'); }}
為了方便演示,這里只用了打印語句,就算如此這代碼看著也很難受,而且這些邏輯是所有業(yè)務(wù)方法都要加上,想想都恐怖。
OOP 是至上而下的編程方式,猶如一個樹狀圖,A調(diào)用B、B調(diào)用C,或者A繼承B、B繼承C。這種方式對于業(yè)務(wù)邏輯來說是合適的,通過調(diào)用或繼承以復(fù)用。而輔助邏輯就像一把閘刀橫向貫穿所有方法,
如圖
這一條條橫線仿佛切開了 OOP 的樹狀結(jié)構(gòu),猶如一個大蛋糕被切開多層,每一層都會執(zhí)行相同的輔助邏輯,所以大家將這些輔助邏輯稱為層面或者切面。
代理模式用來增加或增強(qiáng)原有功能再適合不過了,但切面邏輯的難點不是不修改原有業(yè)務(wù),而是對所有業(yè)務(wù)生效。對一個業(yè)務(wù)類增強(qiáng)就得新建一個代理類,對所有業(yè)務(wù)增強(qiáng),每個類都要新建代理類,這無疑是一場災(zāi)難。而且這里只是演示了一個日志打印的切面邏輯,如果我再加一個性能統(tǒng)計切面,就得新建一個切面代理類來代理日志打印的代理類,一旦切面多起來這個代理類嵌套就會非常深。
面向切面編程(Aspect-oriented programming,縮寫為 AOP)正是為了解決這一問題而誕生的技術(shù)。
2. 面向切面編程AOP 不是 OOP 的對立面,它是對 OOP 的一種補(bǔ)充。OOP 是縱向的,AOP 是橫向的,兩者相結(jié)合方能構(gòu)建出良好的程序結(jié)構(gòu)。AOP 技術(shù),讓我們能夠不修改原有代碼,便能讓切面邏輯在所有業(yè)務(wù)邏輯中生效。
我們只需聲明一個切面,寫上切面邏輯:
@Aspect // 聲明一個切面@Componentpublic class MyAspect { // 原業(yè)務(wù)方法執(zhí)行前 @Before('execution(public void com.rudecrab.test.service.*.doService())') public void methodBefore() { System.out.println('===AspectJ 方法執(zhí)行前==='); } // 原業(yè)務(wù)方法執(zhí)行后 @AfterReturning('execution(* com.rudecrab.test.service..doService(..))') public void methodAddAfterReturning() { System.out.println('===AspectJ 方法執(zhí)行后==='); }}
無論你有一個業(yè)務(wù)方法,還是一萬個業(yè)務(wù)方法,對我們開發(fā)者來說只需編寫一次切面邏輯,就能讓所有業(yè)務(wù)方法生效,極大提高了我們的開發(fā)效率。
三、總結(jié)IoC 解決了以下問題:
創(chuàng)建了許多重復(fù)對象,造成大量資源浪費; 更換實現(xiàn)類需要改動多個地方; 創(chuàng)建和配置組件工作繁雜,給組件調(diào)用方帶來極大不便。AOP 解決了以下問題:
切面邏輯編寫繁瑣,有多少個業(yè)務(wù)方法就需要編寫多少次。
以上就是Java開發(fā)到底為什么要用 IoC 和 AOP的詳細(xì)內(nèi)容,更多關(guān)于Java IoC和AOP的資料請關(guān)注好吧啦網(wǎng)其它相關(guān)文章!
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