Spring 中的设计模式详解

“JDK 中用到了哪些设计模式? Spring 中用到了哪些设计模式? ”这两个问题，在面试中比较常见。

我在网上搜索了一下关于 Spring 中设计模式的讲解几乎都是千篇一律，而且大部分都年代久远。所以，花了几天时间自己总结了一下。

由于我的个人能力有限，文中如有任何错误各位都可以指出。另外，文章篇幅有限，对于设计模式以及一些源码的解读我只是一笔带过，这篇文章的主要目的是回顾一下 Spring 中的设计模式。

控制反转(IoC)和依赖注入(DI)

IoC(Inversion of Control,控制反转) 是 Spring 中一个非常非常重要的概念，它不是什么技术，而是一种解耦的设计思想。IoC 的主要目的是借助于“第三方”(Spring 中的 IoC 容器) 实现具有依赖关系的对象之间的解耦(IOC 容器管理对象，你只管使用即可)，从而降低代码之间的耦合度。

IoC 是一个原则，而不是一个模式，以下模式（但不限于）实现了 IoC 原则。

Spring IoC 容器就像是一个工厂一样，当我们需要创建一个对象的时候，只需要配置好配置文件/注解即可，完全不用考虑对象是如何被创建出来的。 IoC 容器负责创建对象，将对象连接在一起，配置这些对象，并从创建中处理这些对象的整个生命周期，直到它们被完全销毁。

在实际项目中一个 Service 类如果有几百甚至上千个类作为它的底层，我们需要实例化这个 Service，你可能要每次都要搞清这个 Service 所有底层类的构造函数，这可能会把人逼疯。如果利用 IOC 的话，你只需要配置好，然后在需要的地方引用就行了，这大大增加了项目的可维护性且降低了开发难度。

java">import org.springframework.context.ApplicationContext;
import org.springframework.context.support.FileSystemXmlApplicationContext;public class App {public static void main(String[] args) {ApplicationContext context = new FileSystemXmlApplicationContext("C:/work/IOC Containers/springframework.applicationcontext/src/main/resources/bean-factory-config.xml");HelloApplicationContext obj = (HelloApplicationContext) context.getBean("helloApplicationContext");obj.getMsg();}
}

单例设计模式

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 : 每次获取都会创建一个新的 bean 实例。也就是说，连续 getBean() 两次，得到的是不同的 Bean 实例。
request （仅 Web 应用可用）: 每一次 HTTP 请求都会产生一个新的 bean（请求 bean），该 bean 仅在当前 HTTP request 内有效。
session （仅 Web 应用可用） : 每一次来自新 session 的 HTTP 请求都会产生一个新的 bean（会话 bean），该 bean 仅在当前 HTTP session 内有效。
application/global-session （仅 Web 应用可用）：每个 Web 应用在启动时创建一个 Bean（应用 Bean），，该 bean 仅在当前应用启动时间内有效。
websocket （仅 Web 应用可用）：每一次 WebSocket 会话产生一个新的 bean。

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：

java">// 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));}}
}

单例 Bean 存在线程安全问题吗？

大部分时候我们并没有在项目中使用多线程，所以很少有人会关注这个问题。单例 Bean 存在线程问题，主要是因为当多个线程操作同一个对象的时候是存在资源竞争的。

常见的有两种解决办法：

在 Bean 中尽量避免定义可变的成员变量。
在类中定义一个 ThreadLocal 成员变量，将需要的可变成员变量保存在 ThreadLocal 中（推荐的一种方式）。

不过，大部分 Bean 实际都是无状态（没有实例变量）的（比如 Dao、Service），这种情况下， Bean 是线程安全的。

代理设计模式

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，就无法使用 JDK Proxy 去进行代理了，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：