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怎么从Spring及Mybatis框架源码中学习设计模式
本篇文章为大家展示了怎么从 Spring及Mybatis框架源码中学习设计模式，内容简明扼要并且容易理解，绝对能使你眼前一亮，通过这篇文章的详细介绍希望你能有所收获。
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设计模式是解决问题的方案，从大神的代码中学习对设计模式的使用，可以有效提升个人编码及设计代码的能力。本系列博文用于总结阅读过的框架源码（Spring 系列、Mybatis）及 JDK 源码中 所使用过的设计模式，并结合个人工作经验，重新理解设计模式。
主要看一下创建型的几个设计模式，即：单例模式、各种工厂模式及建造者模式。
单例模式
确保某个类只有一个实例，并提供该实例的获取方法。实际应用很多，不管是框架、JDK 还是实际的项目开发，但大都会使用“饿汉式”或“枚举”来实现单例。“懒汉式”也有一些应用，但通过“双检锁机制”来保证单例的实现很少见。
实现方式
最简单的就是 使用一个私有构造函数、一个私有静态变量，以及一个公共静态方法的方式来实现。懒汉式、饿汉式等简单实现就不多 BB 咯，这里强调一下双检锁懒汉式实现的坑，以及枚举方式的实现吧，最后再结合 spring 源码 扩展一下单例 bean 的实现原理。
1. 双检锁实现的坑
/*** @author 云之君* 双检锁 懒汉式，实现线程安全的单例* 关键词：JVM指令重排、volatile、反射攻击*/public class Singleton3 { /** * 这里加个volatile进行修饰，也是本单例模式的精髓所在。 * 下面的 instance = new Singleton3(); 这行代码在JVM中其实是分三步执行的： * 1、分配内存空间； * 2、初始化对象； * 3、将instance指向分配的内存地址。 * 但JVM具有指令重排的特性，实际的执行顺序可能会是1、3、2，导致多线程情况下出问题， * 使用volatile修饰instance变量 可以 避免上述的指令重排 * tips：不太理解的是 第一个线程在执行第2步之前就已经释放了锁吗？导致其它线程进入synchronized代码块 * 执行 instance == null 的判断？ * 回答：第一个线程在执行第2步之前就已经释放了锁吗？（没有）。如果不使用volatile修饰instance变量，那么其他线程进来的时候，看到的instance就有可能不是null的，因为已经执行了第3步，那么此时这个线程（执行 return instance;）使用的instance是一个没有初始化的instance，就会有问题。 */ private volatile static Singleton3 instance; private Singleton3(){ } public static Singleton3 getInstance(){ if(instance == null){ synchronized(Singleton3.class){ if(instance == null){ instance = new Singleton3(); } } } return instance; }} 2. 枚举实现
其它的单例模式实现往往都会面临序列化 和 反射攻击的问题，比如上面的 Singleton3 如果实现了 Serializable 接口，那么在每次序列化时都会创建一个新对象，若要保证单例，必须声明所有字段都是 transient 的，并且提供一个 readResolve()方法。反射攻击可以通过 setAccessible()方法将私有的构造方法公共化，进而实例化。若要防止这种攻击，就需要在构造方法中添加 防止实例化第二个对象的代码。
枚举实现的单例在面对 复杂的序列化及反射攻击时，依然能够保持自己的单例状态，所以被认为是单例的最佳实践。比如，mybatis 在定义 SQL 命令类型时就使用到了枚举。
package org.apache.ibatis.mapping;/** * @author Clinton Begin */public enum SqlCommandType { UNKNOWN, INSERT, UPDATE, DELETE, SELECT, FLUSH;} JDK 中的范例
1. java.lang.Runtime
/** * 每个Java应用程序都有一个单例的Runtime对象，通过getRuntime()方法获得 * @author unascribed * @see java.lang.Runtime#getRuntime() * @since JDK1.0 */public class Runtime { /** 很明显，这里用的是饿汉式 实现单例 */ private static Runtime currentRuntime = new Runtime(); public static Runtime getRuntime() { return currentRuntime; } /** Don't let anyone else instantiate this class */ private Runtime() {}} 2. java.awt.Desktop
public class Desktop { /** * Suppresses default constructor for noninstantiability. */ private Desktop() { peer = Toolkit.getDefaultToolkit().createDesktopPeer(this); } /** * 由于对象较大，这里使用了懒汉式延迟加载，方式比较简单，直接把锁加在方法上。 * 使用双检锁方式实现的单例 还没怎么碰到过，有经验的小伙伴 欢迎留言补充 */ public static synchronized Desktop getDesktop(){ if (GraphicsEnvironment.isHeadless()) throw new HeadlessException(); if (!Desktop.isDesktopSupported()) { throw new UnsupportedOperationException("Desktop API is not " + "supported on the current platform"); } sun.awt.AppContext context = sun.awt.AppContext.getAppContext(); Desktop desktop = (Desktop)context.get(Desktop.class); if (desktop == null) { desktop = new Desktop(); context.put(Desktop.class, desktop); } return desktop; }} Spring 的单例 bean 是如何实现的？
Spring 实现单例 bean 是使用 map 注册表和 synchronized 同步机制实现的，通过分析 spring 的 AbstractBeanFactory 中的 doGetBean 方法和 DefaultSingletonBeanRegistry 的 getSingleton()方法，可以理解其实现原理。
public abstract class AbstractBeanFactory extends FactoryBeanRegistrySupport implements ConfigurableBeanFactory { ...... /** * !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! * 真正实现向IOC容器获取Bean的功能，也是触发依赖注入(DI)功能的地方 * !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! */ @SuppressWarnings("unchecked") protected T doGetBean(final String name, final Class requiredType, final Object[] args, boolean typeCheckOnly) throws BeansException { ...... //创建单例模式bean的实例对象 if (mbd.isSingleton()) { //这里使用了一个匿名内部类，创建Bean实例对象，并且注册给所依赖的对象 sharedInstance = getSingleton(beanName, new ObjectFactory 简单工厂模式
把同一系列类的实例化交由一个工厂类进行集中管控。与其说它是一种设计模式，倒不如把它看成一种编程习惯，因为它不符合“开闭原则”，增加新的产品类需要修改工厂类的代码。
简单实现
public interface Hero { void speak();}public class DaJi implements Hero { @Override public void speak() { System.out.println("妲己，陪你玩 ~"); }}public class LiBai implements Hero{ @Override public void speak() { System.out.println("今朝有酒 今朝醉 ~"); }}/** 对各种英雄进行集中管理 */public class HeroFactory { public static Hero getShibing(String name){ if("LiBai".equals(name)) return new LiBai(); else if("DaJi".equals(name)) return new DaJi(); else return null; }} 这种设计方式只在我们产品的“FBM 资金管理”模块有看到过，其中对 100+个按钮类进行了集中管控，不过其设计结构比上面这种要复杂的多。
工厂方法模式
在顶级工厂（接口/抽象类）中定义 产品类的获取方法，由具体的子工厂实例化对应的产品，一般是一个子工厂对应一个特定的产品，实现对产品的集中管控，并且符合“开闭原则”。
Mybatis 中的范例
mybatis 中数据源 DataSource 的获取使用到了该设计模式。接口 DataSourceFactory 定义了获取 DataSource 对象的方法，各实现类 完成了获取对应类型的 DataSource 对象的实现。(mybatis 的源码都是缩进两个空格，难道国外的编码规范有独门派系？)
public interface DataSourceFactory { // 设置DataSource的属性，一般紧跟在DataSource初始化之后 void setProperties(Properties props); // 获取DataSource对象 DataSource getDataSource();}public class JndiDataSourceFactory implements DataSourceFactory { private DataSource dataSource; @Override public DataSource getDataSource() { return dataSource; } @Override public void setProperties(Properties properties) { try { InitialContext initCtx; Properties env = getEnvProperties(properties); if (env == null) { initCtx = new InitialContext(); } else { initCtx = new InitialContext(env); } if (properties.containsKey(INITIAL_CONTEXT) && properties.containsKey(DATA_SOURCE)) { Context ctx = (Context) initCtx.lookup(properties.getProperty(INITIAL_CONTEXT)); dataSource = (DataSource) ctx.lookup(properties.getProperty(DATA_SOURCE)); } else if (properties.containsKey(DATA_SOURCE)) { dataSource = (DataSource) initCtx.lookup(properties.getProperty(DATA_SOURCE)); } } catch (NamingException e) { throw new DataSourceException("There was an error configuring JndiDataSourceTransactionPool. Cause: " + e, e); } }}public class UnpooledDataSourceFactory implements DataSourceFactory { protected DataSource dataSource; // 在实例化该工厂时，就完成了DataSource的实例化 public UnpooledDataSourceFactory() { this.dataSource = new UnpooledDataSource(); } @Override public DataSource getDataSource() { return dataSource; }}public class PooledDataSourceFactory extends UnpooledDataSourceFactory { // 与UnpooledDataSourceFactory的不同之处是，其初始化的DataSource为PooledDataSource public PooledDataSourceFactory() { this.dataSource = new PooledDataSource(); }}public interface DataSource extends CommonDataSource, Wrapper { Connection getConnection() throws SQLException; Connection getConnection(String username, String password) throws SQLException;} DataSource 最主要的几个实现类内容都比较多，代码就不贴出来咯，感兴趣的同学可以到我的源码分析专题中看到详细解析。
tips：什么时候该用简单工厂模式？什么时候该用工厂方法模式呢？
个人认为，工厂方法模式符合“开闭原则”，增加新的产品类不用修改代码，应当优先考虑使用这种模式。如果产品类结构简单且数量庞大时，还是使用简单工厂模式更容易维护些，如：上百个按钮类。
抽象工厂模式
设计结构上与“工厂方法”模式很像，最主要的区别是，工厂方法模式中 一个子工厂只对应一个具体的产品，而抽象工厂模式中，一个子工厂对应一组具有相关性的产品，即，存在多个获取不同产品的方法。这种设计模式也很少见人用，倒是“工厂方法”模式见的最多。
简单实现
public abstract class AbstractFactory { abstract protected AbstractProductA createProductA(); abstract protected AbstractProductB createProductB();}public class ConcreteFactory1 extends AbstractFactory { @Override protected AbstractProductA createProductA() { return new ProductA1(); } @Override protected AbstractProductB createProductB() { return new ProductB1(); }}public class ConcreteFactory2 extends AbstractFactory { @Override protected AbstractProductA createProductA() { return new ProductA2(); } @Override protected AbstractProductB createProductB() { return new ProductB2(); }}public class Client { public static void main(String[] args) { AbstractFactory factory = new ConcreteFactory1(); AbstractProductA productA = factory.createProductA(); AbstractProductB productB = factory.createProductB(); ... // 结合使用productA和productB进行后续操作 ... }} JDK 中的范例
JDK 的 javax.xml.transform.TransformerFactory 组件使用了类似“抽象工厂”模式的设计，抽象类 TransformerFactory 定义了两个抽象方法 newTransformer()和 newTemplates()分别用于生成 Transformer 对象 和 Templates 对象，其两个子类进行了不同的实现，源码如下（版本 1.8）。
public abstract class TransformerFactory { public abstract Transformer newTransformer(Source source) throws TransformerConfigurationException; public abstract Templates newTemplates(Source source) throws TransformerConfigurationException;}/** * SAXTransformerFactory 继承了 TransformerFactory */public class TransformerFactoryImpl extends SAXTransformerFactory implements SourceLoader, ErrorListener { @Override public Transformer newTransformer(Source source) throws TransformerConfigurationException { final Templates templates = newTemplates(source); final Transformer transformer = templates.newTransformer(); if (_uriResolver != null) { transformer.setURIResolver(_uriResolver); } return(transformer); } @Override public Templates newTemplates(Source source) throws TransformerConfigurationException { ...... return new TemplatesImpl(bytecodes, transletName, xsltc.getOutputProperties(), _indentNumber, this); }}public class SmartTransformerFactoryImpl extends SAXTransformerFactory { public Transformer newTransformer(Source source) throws TransformerConfigurationException { if (_xalanFactory == null) { createXalanTransformerFactory(); } if (_errorlistener != null) { _xalanFactory.setErrorListener(_errorlistener); } if (_uriresolver != null) { _xalanFactory.setURIResolver(_uriresolver); } _currFactory = _xalanFactory; return _currFactory.newTransformer(source); } public Templates newTemplates(Source source) throws TransformerConfigurationException { if (_xsltcFactory == null) { createXSLTCTransformerFactory(); } if (_errorlistener != null) { _xsltcFactory.setErrorListener(_errorlistener); } if (_uriresolver != null) { _xsltcFactory.setURIResolver(_uriresolver); } _currFactory = _xsltcFactory; return _currFactory.newTemplates(source); }} 建造者模式
该模式主要用于将复杂对象的构建过程分解成一个个简单的步骤，或者分摊到多个类中进行构建，保证构建过程层次清晰，代码不会过分臃肿，屏蔽掉了复杂对象内部的具体构建细节，其类图结构如下所示。
该模式的主要角色如下：
•建造者接口（Builder）：用于定义建造者构建产品对象的各种公共行为，主要分为 建造方法 和 获取构建好的产品对象；•具体建造者（ConcreteBuilder）：实现上述接口方法；•导演（Director）：通过调用具体建造者创建需要的产品对象；•产品（Product）：被建造的复杂对象。
其中的导演角色不必了解产品类的内部细节，只提供需要的信息给建造者，由具体建造者处理这些信息（这个处理过程可能会比较复杂）并完成产品构造，使产品对象的上层代码与产品对象的创建过程解耦。建造者模式将复杂产品的创建过程分散到不同的构造步骤中，这样可以对产品创建过程实现更加精细的控制，也会使创建过程更加清晰。每个具体建造者都可以创建出完整的产品对象，而且具体建造者之间是相互独立的， 因此系统就可以通过不同的具体建造者，得到不同的产品对象。当有新产品出现时，无须修改原有的代码，只需要添加新的具体建造者即可完成扩展，这符合“开放一封闭” 原则。
典型的范例 StringBuilder 和 StringBuffer
相信在拼 SQL 语句时大家一定经常用到 StringBuffer 和 StringBuilder 这两个类，它们就用到了建造者设计模式，源码如下（版本 1.8）：
abstract class AbstractStringBuilder implements Appendable, CharSequence { /** * The value is used for character storage. */ char[] value; /** * The count is the number of characters used. */ int count; /** * Creates an AbstractStringBuilder of the specified capacity. */ AbstractStringBuilder(int capacity) { value = new char[capacity]; } public AbstractStringBuilder append(String str) { if (str == null) return appendNull(); int len = str.length(); ensureCapacityInternal(count + len); // 这里完成了对复杂String的构造，将str拼接到当前对象后面 str.getChars(0, len, value, count); count += len; return this; }}/** * @since JDK 1.5 */public final class StringBuilder extends AbstractStringBuilder implements java.io.Serializable, CharSequence { public StringBuilder() { super(16); } @Override public StringBuilder append(String str) { super.append(str); return this; } @Override public String toString() { // Create a copy, don't share the array return new String(value, 0, count); }}/** * @since JDK 1.0 */public final class StringBuffer extends AbstractStringBuilder implements java.io.Serializable, CharSequence { /** * toString返回的最后一个值的缓存。在修改StringBuffer时清除。 */ private transient char[] toStringCache; public StringBuffer() { super(16); } /** * 与StringBuilder建造者最大的不同就是，增加了线程安全机制 */ @Override public synchronized StringBuffer append(String str) { toStringCache = null; super.append(str); return this; }} Mybatis 中的范例
MyBatis 的初始化过程使用了建造者模式，抽象类 BaseBuilder 扮演了“建造者接口”的角色，对一些公用方法进行了实现，并定义了公共属性。XMLConfigBuilder、XMLMapperBuilder、XMLStatementBuilder 等实现类扮演了“具体建造者”的角色，分别用于解析 mybatis-config.xml 配置文件、映射配置文件 以及 SQL 节点。Configuration 和 SqlSessionFactoryBuilder 则分别扮演了“产品” 和 “导演”的角色。即，SqlSessionFactoryBuilder 使用了 BaseBuilder 建造者组件 对复杂对象 Configuration 进行了构建。
BaseBuilder 组件的设计与上面标准的建造者模式是有很大不同的，BaseBuilder 的建造者模式主要是为了将复杂对象 Configuration 的构建过程分解的层次更清晰，将整个构建过程分解到多个“具体构造者”类中，需要这些“具体构造者”共同配合才能完成 Configuration 的构造，单个“具体构造者”不具有单独构造产品的能力，这与 StringBuilder 及 StringBuffer 是不同的。
构建者模式其核心就是用来构建复杂对象的，比如 mybatis 对 Configuration 对象的构建。当然，我们也可以把 对这个对象的构建过程 写在一个类中，来满足我们的需求，但这样做的话，这个类就会变得及其臃肿，难以维护。所以把整个构建过程合理地拆分到多个类中，分别构建，整个代码就显得非常规整，且思路清晰，而且 建造者模式符合 开闭原则。其源码实现如下。
public abstract class BaseBuilder { /** * Configuration 是 MyBatis 初始化过程的核心对象并且全局唯一， * MyBatis 中几乎全部的配置信息会保存到Configuration 对象中。 * 也有人称它是一个“All-In-One”配置对象 */ protected final Configuration configuration; /** * 在 mybatis-config.xml 配置文件中可以使用标签定义别名， * 这些定义的别名都会记录在该 TypeAliasRegistry 对象中 */ protected final TypeAliasRegistry typeAliasRegistry; /** * 在 mybatis-config.xml 配置文件中可以使用标签添加自定义 * TypeHandler，完成指定数据库类型与 Java 类型的转换，这些 TypeHandler * 都会记录在 TypeHandlerRegistry 中 */ protected final TypeHandlerRegistry typeHandlerRegistry; /** * BaseBuilder 中记录的 TypeAliasRegistry 对象和 TypeHandlerRegistry 对象， * 其实是全局唯一的，它们都是在 Configuration 对象初始化时创建的 */ public BaseBuilder(Configuration configuration) { this.configuration = configuration; this.typeAliasRegistry = this.configuration.getTypeAliasRegistry(); this.typeHandlerRegistry = this.configuration.getTypeHandlerRegistry(); }}public class XMLConfigBuilder extends BaseBuilder { /** 标识是否已经解析过 mybatis-config.xml 配置文件 */ private boolean parsed; /** 用于解析 mybatis-config.xml 配置文件 */ private final XPathParser parser; /** 标识 配置的名称，默认读取 标签的 default 属性 */ private String environment; /** 负责创建和缓存 Reflector 对象 */ private final ReflectorFactory localReflectorFactory = new DefaultReflectorFactory(); public Configuration parse() { if (parsed) { throw new BuilderException("Each XMLConfigBuilder can only be used once."); } parsed = true; // 在 mybatis-config.xml 配置文件中查找节点，并开始解析 parseConfiguration(parser.evalNode("/configuration")); return configuration; } private void parseConfiguration(XNode root) { try { //issue #117 read properties first // 解析节点 propertiesElement(root.evalNode("properties")); // 解析节点 Properties settings = settingsAsProperties(root.evalNode("settings")); loadCustomVfs(settings); loadCustomLogImpl(settings); // 解析节点 typeAliasesElement(root.evalNode("typeAliases")); // 解析节点 pluginElement(root.evalNode("plugins")); // 解析节点 objectFactoryElement(root.evalNode("objectFactory")); // 解析节点 objectWrapperFactoryElement(root.evalNode("objectWrapperFactory")); // 解析节点 reflectorFactoryElement(root.evalNode("reflectorFactory")); settingsElement(settings); // read it after objectFactory and objectWrapperFactory issue #631 // 解析节点 environmentsElement(root.evalNode("environments")); // 解析节点 databaseIdProviderElement(root.evalNode("databaseIdProvider")); // 解析节点 typeHandlerElement(root.evalNode("typeHandlers")); // 解析节点 mapperElement(root.evalNode("mappers")); } catch (Exception e) { throw new BuilderException("Error parsing SQL Mapper Configuration. Cause: " + e, e); } }}public class XMLMapperBuilder extends BaseBuilder { private final XPathParser parser; private final MapperBuilderAssistant builderAssistant; private final Map sqlFragments; private final String resource; public void parse() { // 判断是否已经加载过该映射文件 if (!configuration.isResourceLoaded(resource)) { // 处理节点 configurationElement(parser.evalNode("/mapper")); // 将 resource 添加到 Configuration.loadedResources 集合中保存， // 它是 HashSet 类型的集合，其中记录了已经加载过的映射文件 configuration.addLoadedResource(resource); // 注册 Mapper 接口 bindMapperForNamespace(); } // 处理 configurationElement() 方法中解析失败的节点 parsePendingResultMaps(); // 处理 configurationElement() 方法中解析失败的节点 parsePendingCacheRefs(); // 处理 configurationElement() 方法中解析失败的 SQL 语句节点 parsePendingStatements(); } private void configurationElement(XNode context) { try { // 获取节点的 namespace 属性,若 namespace 属性为空，则抛出异常 String namespace = context.getStringAttribute("namespace"); if (namespace == null || namespace.equals("")) { throw new BuilderException("Mapper's namespace cannot be empty"); } // 设置 MapperBuilderAssistant 的 currentNamespace 字段，记录当前命名空间 builderAssistant.setCurrentNamespace(namespace); // 解析节点 cacheRefElement(context.evalNode("cache-ref")); // 解析节点 cacheElement(context.evalNode("cache")); // 解析节点,(该节点 已废弃，不再推荐使用) parameterMapElement(context.evalNodes("/mapper/parameterMap")); // 解析节点 resultMapElements(context.evalNodes("/mapper/resultMap")); // 解析节点 sqlElement(context.evalNodes("/mapper/sql")); // 解析 上述内容就是怎么从 Spring及Mybatis框架源码中学习设计模式，你们学到知识或技能了吗？如果还想学到更多技能或者丰富自己的知识储备，欢迎关注创新互联行业资讯频道。
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