Spring Framework 5.0：演进与特性解析
1. Spring Framework简介
Spring Framework在2004年3月发布了1.0版本，在之后的十多年里，它一直是构建Java应用程序的首选框架。Spring官网将其定义为：为现代基于Java的企业应用程序提供全面的编程和配置模型。其主要目的是处理连接应用程序不同部分所需的所有技术细节，让程序员专注于编写业务逻辑。
在Spring Framework 1.0发布时，开发企业应用的流行方式是使用Enterprise Java Beans (EJB) 2.1。但EJB的开发和部署过程繁琐，早期版本（1.0、2.0、2.1）具有复杂的API，存在诸多问题：
- 难以进行单元测试，很难在EJB容器外进行测试。
- 需要实现多个接口和许多不必要的方法。
- 异常处理繁琐。
- 部署描述符不方便。
因此，Spring Framework作为一个轻量级框架被引入，旨在简化Java EE应用程序的开发。
2. Spring Framework受欢迎的原因
Spring Framework在发布后的十多年半里，使用和受欢迎程度不断增长，主要原因如下：
-
简化单元测试
：早期EJB版本很难进行单元测试，通常需要部署到容器中才能测试。而Spring Framework引入了依赖注入（Dependency Injection，DI）的概念，通过依赖注入可以轻松用模拟对象替换依赖项，无需部署整个应用程序即可进行单元测试。这带来了诸多好处：
- 提高程序员的生产力。
- 更早发现缺陷，降低修复成本。
- 应用程序具有自动化单元测试，可在持续集成构建中运行，防止未来出现缺陷。
-
减少样板代码
：在Spring Framework之前，典型的J2EE（现在称为Java EE）应用程序包含大量样板代码，如获取数据库连接、异常处理、事务管理、日志记录等。例如，使用预准备语句执行查询的代码：
PreparedStatement st = null;
try {
st = conn.prepareStatement(INSERT_TODO_QUERY);
st.setString(1, bean.getDescription());
st.setBoolean(2, bean.isDone());
st.execute();
}
catch (SQLException e) {
logger.error("Failed : " + INSERT_TODO_QUERY, e);
} finally {
if (st != null) {
try {
st.close();
} catch (SQLException e) {
// Ignore - nothing to do..
}
}
}
在上述示例中，只有四行业务逻辑，却有超过十行的样板代码。而使用Spring Framework，相同的逻辑可以用几行代码实现：
jdbcTemplate.update(INSERT_TODO_QUERY,
bean.getDescription(), bean.isDone());
Spring JDBC将大多数受检查异常转换为未检查异常，通过Spring AOP进行集中异常处理。同时，Spring JDBC消除了获取连接、创建预准备语句等所需的样板代码，
jdbcTemplate
类可以在Spring上下文中创建并注入到需要的DAO类中。类似地，Spring JMS、Spring AOP等其他Spring模块也有助于减少大量样板代码。这不仅让程序员专注于编写业务逻辑，还减少了代码重复，便于维护。
-
架构灵活性
：Spring Framework是模块化的，由一组独立的模块构建在核心Spring模块之上，大多数模块相互独立，可以单独使用。例如：
- 在Web层，Spring提供了自己的MVC框架Spring MVC，同时也很好地支持Struts、Vaadin、JSF等任何Web框架。
- Spring Beans可以为业务逻辑提供轻量级实现，也可以与EJB集成。
- 在数据层，Spring通过Spring JDBC模块简化了JDBC操作，同时支持JPA、Hibernate、iBatis等任何首选的数据层框架。
- 可以使用Spring AOP实现横切关注点（如日志记录、事务管理、安全等），也可以与成熟的AOP实现（如AspectJ）集成。
-
与时俱进
：Spring Framework的第一个版本专注于使应用程序可测试，随着时间推移，它不断发展以应对新挑战。例如：
- Java 5引入了注解，Spring Framework 2.5（2007年11月）在Spring MVC中率先引入了基于注解的控制器模型，而Java EE开发者直到Java EE 6（2009年12月）才拥有类似功能。
- Spring Framework在Java EE之前引入了许多抽象概念，保持应用程序与特定实现解耦。如Spring 3.1提供了透明的缓存支持，而Java EE在2014年才推出JSR - 107 for JCache，Spring 4.1提供了对其的支持。
- Spring还带来了Spring Projects的保护伞，Spring Framework只是其中之一。例如，Spring Batch定义了构建Java批处理应用程序的新方法，Java EE直到2013年6月的Java EE 7才有类似的批处理应用规范；随着架构向云与微服务发展，Spring推出了面向云的Spring Projects，如Spring Cloud简化了微服务的开发和部署，Spring Cloud Data Flow提供了微服务应用程序的编排。
3. Spring模块
Spring Framework的模块化是其广泛使用的重要原因之一，它高度模块化，有20多个不同的模块，边界清晰。以下是按应用层组织的重要Spring模块：
3.1 Spring核心容器
Spring核心容器提供了Spring Framework的核心功能，包括依赖注入、IoC（控制反转）容器和应用程序上下文。重要的核心Spring模块如下表所示：
| Module/Artifact | Use |
| ---- | ---- |
| spring - core | 其他Spring模块使用的实用工具。 |
| spring - beans | 支持Spring Bean，与spring - core结合提供Spring Framework的核心特性——依赖注入，包括BeanFactory的实现。 |
| spring - context | 实现ApplicationContext，它扩展了BeanFactory，提供加载资源和国际化等支持。 |
| spring - expression | 扩展了JSP的表达式语言（EL），提供了用于访问和操作Bean属性（包括数组和集合）的语言。 |
3.2 横切关注点
横切关注点适用于所有应用层，如日志记录和安全等，通常使用AOP来实现。单元测试和集成测试也属于这一类别。相关的重要Spring模块如下：
| Module/Artifact | Use |
| ---- | ---- |
| spring - aop | 为面向切面编程提供基本支持，包括方法拦截器和切入点。 |
| spring - aspects | 与最流行和功能最全的AOP框架AspectJ集成。 |
| spring - instrument | 提供基本的检测支持。 |
| spring - test | 为单元测试和集成测试提供基本支持。 |
3.3 Web层
Spring提供了自己的MVC框架Spring MVC，同时也很好地支持Struts等流行的Web框架。重要的模块如下：
-
spring - web
：提供基本的Web功能，如多部分文件上传，支持与其他Web框架集成。
-
spring - webmvc
：提供一个功能齐全的Web MVC框架——Spring MVC，包括实现REST服务的功能。
3.4 业务层
业务层专注于执行应用程序的业务逻辑，在Spring中，业务逻辑通常在普通Java对象（Plain Old Java Object，POJO）中实现。Spring Transactions (
spring - tx
) 为POJO和其他类提供声明式事务管理。
3.5 数据层
应用程序的数据层通常与数据库和/或外部接口进行交互。相关的重要Spring模块如下表所示：
| Module/Artifact | Use |
| ---- | ---- |
| spring - jdbc | 提供JDBC的抽象，避免样板代码。 |
| spring - orm | 与ORM框架和规范（如JPA和Hibernate等）集成。 |
| spring - oxm | 提供对象到XML的映射集成，支持JAXB、Castor等框架。 |
| spring - jms | 提供JMS的抽象，避免样板代码。 |
4. Spring Projects
Spring Framework为企业应用的核心功能（如DI、Web、数据）提供基础，而其他Spring Projects则探索企业领域中其他问题的集成和解决方案，如部署、云、大数据、批处理和安全等。一些重要的Spring Projects如下：
-
Spring Boot
：开发微服务和Web应用时面临一些挑战，如选择框架和兼容版本、外部化配置、健康检查和监控、决定部署环境并进行配置等。Spring Boot通过对应用程序开发方式的明确观点，一次性解决了所有这些问题。
-
Spring Cloud
：随着世界向云迁移，云原生微服务和应用成为主流。Spring Cloud为分布式系统中的常见模式提供解决方案，使开发人员能够快速创建实现常见模式的应用程序，如配置管理、服务发现、断路器、智能路由等。
-
Spring Data
：当今世界有多种数据源，包括SQL（关系型）和各种NOSQL数据库。Spring Data试图为所有这些不同类型的数据库提供一致的数据访问方法，它与多种规范和/或数据存储集成，如JPA、MongoDB、Redis、Solr、Gemfire、Apache Cassandra等，具有提供存储库和对象映射抽象、简单的Spring集成、与Spring MVC控制器集成、高级自动审计功能等特点。
-
Spring Batch
：企业应用程序如今使用批处理程序处理大量数据，Spring Batch为高容量、高性能要求的批处理程序提供解决方案，具有启动、停止和重启作业（包括从失败点重启失败作业）、分块处理数据、失败时重试或跳过步骤、基于Web的管理界面等功能。
-
Spring Security
：身份验证是识别用户的过程，授权是确保用户有权限对资源执行特定操作的过程。Spring Security为基于Java的应用程序提供声明式身份验证和授权，具有简化身份验证和授权、与Spring MVC和Servlet API良好集成、支持防止常见安全攻击（如跨站请求伪造CSRF和会话固定）、提供与SAML和LDAP集成的模块等特点。
-
Spring HATEOAS
：HATEOAS代表超媒体作为应用程序状态引擎，其主要目的是将服务提供者（服务器）与服务消费者（客户端）解耦。Spring HATEOAS为使用Spring MVC实现的REST服务提供HATEOAS实现，具有简化指向服务方法的链接定义、支持JAXB（基于XML）和JSON集成、支持服务消费者（客户端）等特点。
5. Spring Framework 5.0的新特性
Spring Framework 5.0是自Spring Framework 4.0发布近四年后的第一个重大升级，其中一个重要特性是响应式编程，核心响应式编程功能和对响应式端点的支持在Spring Framework 5.0中开箱即用。重要变化如下：
-
基线升级
：Spring Framework 5.0以JDK 8和Java EE 7为基线，不再支持以前的JDK和Java EE版本。一些重要的Java EE 7规范如下：
- Servlet 3.1
- JMS 2.0
- JPA 2.1
- JAX - RS 2.0
- Bean Validation 1.1
同时，多个Java框架的最低支持版本也有很多变化，一些突出框架的最低支持版本如下：
- Hibernate 5
- Jackson 2.6
- EhCache 2.10
- JUnit 5
- Tiles 3
支持的服务器版本如下：
- Tomcat 8.5+
- Jetty 9.4+
- WildFly 10+
- Netty 4.1+（用于Spring Web Flux的Web响应式编程）
- Undertow 1.4+（用于Spring Web Flux的Web响应式编程）
使用上述规范/框架早期版本的应用程序需要至少升级到列出的版本才能使用Spring Framework 5.0。
- JDK 9运行时兼容性 ：JDK 9预计在2017年年中发布，Spring Framework 5.0预计与JDK 9具有运行时兼容性。
- 在Spring Framework代码中使用JDK 8特性 ：Spring Framework 4.x的基线版本是Java SE 6，支持Java 6、7和8。但为了支持Java SE 6和7，Spring Framework代码受到限制，不能使用Java 8的新特性。而Spring Framework 5.0可以使用JDK 8的特性。
- 响应式编程支持 ：提供核心响应式编程功能和对响应式端点的支持。
- 功能性Web框架 ：提供了一种新的功能性Web框架。
- Java模块化与Jigsaw ：支持Java模块化。
- Kotlin支持 ：增加了对Kotlin的支持。
- 废弃特性 ：部分旧特性被废弃。
Spring Framework 5.0：演进与特性解析（续）
6. 总结Spring Framework的优势与发展趋势
Spring Framework凭借其简化开发、提高效率、架构灵活和与时俱进的特点，在Java开发领域占据重要地位。从解决EJB开发的繁琐问题，到引入依赖注入简化单元测试、减少样板代码，再到通过模块化设计提供架构灵活性，以及不断适应新的技术趋势，如响应式编程、云原生和大数据等，Spring Framework一直在不断发展和创新。
Spring Projects的生态系统进一步扩展了Spring Framework的功能，涵盖了微服务开发、云应用、数据访问、批处理、安全等多个领域，为企业应用开发提供了全面的解决方案。
Spring Framework 5.0的发布标志着其在技术上的又一次重大升级，响应式编程的支持、对JDK 8和Java EE 7的基线升级、对JDK 9的兼容性等，都显示了Spring Framework紧跟Java技术发展的步伐，为开发者提供更强大、更高效的开发工具。
7. 各Spring模块与项目的关系图
graph LR
classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px
A(Spring Framework):::process --> B(Spring Core Container):::process
A --> C(横切关注点):::process
A --> D(Web层):::process
A --> E(业务层):::process
A --> F(数据层):::process
A --> G(Spring Projects):::process
B --> B1(spring - core):::process
B --> B2(spring - beans):::process
B --> B3(spring - context):::process
B --> B4(spring - expression):::process
C --> C1(spring - aop):::process
C --> C2(spring - aspects):::process
C --> C3(spring - instrument):::process
C --> C4(spring - test):::process
D --> D1(spring - web):::process
D --> D2(spring - webmvc):::process
E --> E1(spring - tx):::process
F --> F1(spring - jdbc):::process
F --> F2(spring - orm):::process
F --> F3(spring - oxm):::process
F --> F4(spring - jms):::process
G --> G1(Spring Boot):::process
G --> G2(Spring Cloud):::process
G --> G3(Spring Data):::process
G --> G4(Spring Batch):::process
G --> G5(Spring Security):::process
G --> G6(Spring HATEOAS):::process
8. 开发者如何选择和使用Spring相关技术
对于开发者来说，在选择和使用Spring相关技术时，可以根据项目的具体需求和特点进行决策：
-
项目规模和复杂度
：如果是小型项目，可能只需要使用Spring Framework的核心模块和一些基础功能即可；而对于大型企业级项目，可能需要结合Spring Projects中的多个项目，如Spring Boot、Spring Cloud等，以提高开发效率和系统的可维护性。
-
技术栈和团队能力
：考虑团队成员对不同技术的熟悉程度，如果团队对响应式编程有一定的了解和经验，可以在项目中尝试使用Spring Framework 5.0的响应式编程特性；如果对数据库操作有特定需求，可以选择合适的Spring Data模块。
-
业务需求
：根据业务需求选择合适的Spring模块和项目。例如，如果需要进行批处理操作，可以使用Spring Batch；如果需要保障系统的安全性，可以使用Spring Security。
总之，Spring Framework及其相关项目为Java开发者提供了丰富的选择和强大的功能，开发者可以根据实际情况灵活运用，以实现高效、稳定的应用程序开发。
9. Spring Framework 5.0新特性详细分析
9.1 响应式编程支持
响应式编程是Spring Framework 5.0的一大亮点。在传统的编程模式中，程序通常是同步阻塞的，当处理一个请求时，线程会被阻塞直到操作完成。而响应式编程采用异步非阻塞的方式，能够更高效地处理大量并发请求。
Spring Framework 5.0提供了核心响应式编程功能和对响应式端点的支持。以Web开发为例，Spring WebFlux是基于响应式编程模型构建的Web框架，它可以处理高并发的请求，并且在资源使用上更加高效。以下是一个简单的Spring WebFlux示例：
import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.web.reactive.function.server.RouterFunction;
import org.springframework.web.reactive.function.server.ServerResponse;
import static org.springframework.web.reactive.function.server.RequestPredicates.GET;
import static org.springframework.web.reactive.function.server.RouterFunctions.route;
import static org.springframework.web.reactive.function.server.ServerResponse.ok;
@SpringBootApplication
public class ReactiveApp {
public static void main(String[] args) {
SpringApplication.run(ReactiveApp.class, args);
}
@Bean
public RouterFunction<ServerResponse> route() {
return route(GET("/hello"), request -> ok().bodyValue("Hello, Reactive World!"));
}
}
在这个示例中，我们创建了一个简单的响应式Web服务，当访问
/hello
路径时，会返回
Hello, Reactive World!
。
9.2 功能性Web框架
Spring Framework 5.0引入了功能性Web框架，它提供了一种声明式的方式来构建Web应用。与传统的基于注解的方式不同，功能性Web框架使用函数式编程的概念，将请求处理逻辑封装在函数中。
以下是一个使用功能性Web框架的示例：
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.web.reactive.function.server.RouterFunction;
import org.springframework.web.reactive.function.server.RouterFunctions;
import org.springframework.web.reactive.function.server.ServerResponse;
import static org.springframework.web.reactive.function.server.RequestPredicates.GET;
@Configuration
public class WebConfig {
@Bean
public RouterFunction<ServerResponse> routes() {
return RouterFunctions.route(GET("/functional"), request -> ServerResponse.ok().bodyValue("Hello from Functional Web Framework!"));
}
}
通过这种方式，我们可以更清晰地定义请求路由和处理逻辑。
9.3 Java模块化与Jigsaw
Java 9引入了模块化系统Jigsaw，Spring Framework 5.0支持Java模块化。这意味着开发者可以将Spring应用程序拆分成更小的模块，每个模块有明确的依赖关系和访问权限。
使用Java模块化可以提高代码的可维护性和安全性，减少不必要的依赖。例如，在
module-info.java
文件中可以定义模块的依赖和导出：
module my.spring.app {
requires spring.web;
exports com.example.myapp;
}
9.4 Kotlin支持
Spring Framework 5.0增加了对Kotlin的支持。Kotlin是一种现代的静态类型编程语言，与Java兼容，并且具有更简洁的语法。
以下是一个使用Kotlin和Spring Boot的示例：
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication
import org.springframework.boot.runApplication
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController
@SpringBootApplication
class KotlinApp
@RestController
class HelloController {
@GetMapping("/kotlin")
fun hello() = "Hello from Kotlin!"
}
fun main(args: Array<String>) {
runApplication<KotlinApp>(*args)
}
通过支持Kotlin，Spring Framework吸引了更多不同技术背景的开发者。
10. Spring Projects的应用场景对比
| Spring Project | 应用场景 |
|---|---|
| Spring Boot | 适用于快速搭建微服务和Web应用，简化配置和部署过程。例如，开发一个小型的RESTful API服务，使用Spring Boot可以快速创建项目并启动服务。 |
| Spring Cloud | 用于构建分布式系统和云原生应用。当应用需要进行服务发现、配置管理、熔断保护等操作时，Spring Cloud提供了相应的解决方案。比如，构建一个大型的微服务架构系统，各个微服务之间的通信和协调可以使用Spring Cloud。 |
| Spring Data | 处理各种数据源的访问。无论是关系型数据库（如MySQL、Oracle）还是非关系型数据库（如MongoDB、Redis），Spring Data都能提供一致的访问接口。例如，开发一个需要同时访问MySQL和MongoDB的应用，使用Spring Data可以简化数据访问层的开发。 |
| Spring Batch | 用于处理大规模数据的批处理任务。企业中常见的定时数据处理、报表生成等任务都可以使用Spring Batch来实现。比如，每天凌晨对数据库中的数据进行统计和分析。 |
| Spring Security | 保障应用程序的安全性。无论是Web应用还是RESTful服务，Spring Security都可以提供身份验证和授权功能。例如，为一个Web应用添加登录认证和权限管理功能。 |
| Spring HATEOAS | 用于构建具有超媒体支持的RESTful服务。当需要为客户端提供更多的导航信息和操作提示时，Spring HATEOAS可以帮助实现。比如，开发一个电商API，为客户端提供商品列表的同时，还可以提供相关的操作链接。 |
11. Spring Framework未来发展展望
随着技术的不断发展，Spring Framework也将继续演进。以下是一些可能的发展趋势：
- 云原生技术的进一步融合 ：随着云原生技术的普及，Spring Framework可能会与更多的云服务和容器化技术进行深度融合，如Kubernetes、Docker等，以更好地支持云环境下的应用开发和部署。
- 人工智能和机器学习的集成 ：人工智能和机器学习在各个领域的应用越来越广泛，Spring Framework可能会提供更多的工具和接口，方便开发者将AI和ML技术集成到Java应用中。
- 对新兴编程语言和框架的支持 ：除了Kotlin，未来Spring Framework可能会支持更多的新兴编程语言和框架，以满足不同开发者的需求。
总之，Spring Framework凭借其强大的功能和不断创新的精神，将在未来的Java开发领域继续发挥重要作用。开发者可以持续关注Spring Framework的发展，以获取更多的技术红利。
12. 总结
Spring Framework从2004年发布1.0版本以来，不断发展和演进，成为了Java开发领域的重要框架。它通过简化开发过程、提高代码可维护性和支持多种技术，为开发者提供了强大的工具。
Spring Framework 5.0的发布带来了许多新特性，如响应式编程、功能性Web框架等，进一步提升了其性能和开发效率。同时，Spring Projects生态系统涵盖了多个领域，为不同的业务需求提供了全面的解决方案。
开发者在使用Spring Framework及其相关项目时，应根据项目的实际需求和特点进行选择和应用。通过合理运用Spring技术，开发者可以构建出高效、稳定、安全的Java应用程序。在未来，随着技术的不断进步，Spring Framework也将不断适应新的挑战，为Java开发带来更多的可能性。
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