Spring-arenduse meisterlikkus: põhjalik juhend globaalsetele arendajatele

Spring Framework on saanud ettevõtete Java-arenduse nurgakiviks, mis võimaldab arendajatel üle maailma luua robustseid, skaleeritavaid ja hooldatavaid rakendusi. See põhjalik juhend pakub süvaülevaadet Spring-arendusest, käsitledes olulisi kontseptsioone, parimaid praktikaid ja edasijõudnute tehnikaid, et aidata teil seda võimsat raamistikku meisterlikult valdama õppida.

Mis on Spring Framework?

Spring Framework on avatud lähtekoodiga rakendusraamistik ja kontrolli ümberpööramise (Inversion of Control) konteiner Java platvormile. See pakub laiaulatuslikku infrastruktuurituge Java rakenduste arendamiseks, alates lihtsatest veebirakendustest kuni keerukate ettevõttelahendusteni. Selle modulaarne disain võimaldab arendajatel kasutada ainult neid raamistiku osi, mida nad vajavad, muutes selle väga kohandatavaks erinevate projektinõuetega.

Spring Frameworki peamised omadused

• Sõltuvuste süstimine (DI): Springi põhiprintsiip, DI, võimaldab teil hallata rakenduse komponentide vahelisi sõltuvusi lõdvalt seotud viisil, edendades testitavust ja hooldatavust. Näiteks selle asemel, et luua objekte otse klassi sees, antakse objektid klassile välisest allikast (Springi konteinerist).
• Aspekt-orienteeritud programmeerimine (AOP): AOP võimaldab teil modulariseerida läbivaid funktsioone (cross-cutting concerns), nagu logimine, turvalisus ja tehinguhaldus, eraldi aspektideks. See parandab koodi selgust ja vähendab koodi dubleerimist.
• Andmetele juurdepääsu abstraktsioon: Spring pakub järjepidevat ja lihtsustatud lähenemist andmetele juurdepääsuks, toetades erinevaid andmeallikaid, sealhulgas relatsioonilisi andmebaase, NoSQL andmebaase ja sõnumijärjekordi. Spring Data abstraheerib suure osa andmebaasiga suhtlemisega seotud korduvkoodist.
• Tehinguhaldus: Spring pakub deklaratiivset tehinguhaldussüsteemi, mis lihtsustab tehingute haldamise protsessi erinevate andmeallikate vahel. See aitab tagada andmete järjepidevust ja terviklikkust.
• Veebiarendus: Spring MVC (Model-View-Controller) pakub võimsat ja paindlikku raamistikku veebirakenduste ja REST API-de loomiseks. Sissetulevate päringute käsitlemiseks ja asjakohaste vastuste tagastamiseks on lihtne luua kontrollereid.
• Testimise tugi: Spring pakub suurepärast tuge üksus- ja integratsioonitestimiseks, mis teeb kvaliteetse ja usaldusväärse koodi kirjutamise lihtsamaks.
• Spring Boot: Lihtsustab Springi rakenduste seadistamist ja konfigureerimist automaatse konfigureerimise ja sisseehitatud serveritega.

Spring Bootiga alustamine

Spring Boot lihtsustab dramaatiliselt Springil põhinevate rakenduste loomise protsessi. See pakub automaatset konfigureerimist, sisseehitatud servereid ja mitmesuguseid muid funktsioone, mis vähendavad vajaliku korduvkoodi hulka.

Spring Booti projekti seadistamine

Lihtsaim viis Spring Bootiga alustamiseks on kasutada Spring Initializri (start.spring.io). See veebipõhine tööriist võimaldab teil genereerida põhilise Spring Booti projekti koos vajalike sõltuvustega. Saate valida oma eelistatud ehitustööriista (Maven või Gradle), Java versiooni ja sõltuvused. Näiteks võite valida "Web", "JPA" ja "H2", et luua lihtne veebirakendus, mis kasutab relatsioonilist andmebaasi.

Näide: Lihtsa REST API loomine Spring Bootiga

Loome lihtsa REST API, mis tagastab sõnumi "Hello, World!".

1. Looge Spring Booti projekt kasutades Spring Initializri.

2. Lisage oma projekti `spring-boot-starter-web` sõltuvus.

3. Looge kontrolleri klass:

import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
public class HelloController {

    @GetMapping("/hello")
    public String hello() {
        return "Hello, World!";
    }
}

4. Käivitage rakendus.

Nüüd pääsete API lõpp-punktile juurde aadressil `http://localhost:8080/hello` ja näete sõnumit "Hello, World!".

Spring-arenduse põhikontseptsioonid

Sõltuvuste süstimine (DI) ja kontrolli ümberpööramine (IoC)

Sõltuvuste süstimine (DI) on disainimuster, mis soodustab rakenduse komponentide vahelist lõtva sidusust. Selle asemel, et objektid looksid ise oma sõltuvusi, süstitakse need neile. Kontrolli ümberpööramine (IoC) on laiem põhimõte, mis kirjeldab, kuidas raamistik (Springi konteiner) haldab objektide loomist ja sidumist.

DI ja IoC eelised

• Parem testitavus: Sõltuvusi saab testimise eesmärgil hõlpsasti asendada (mock) või teeselda (stub).
• Suurem taaskasutatavus: Komponendid on vähem tihedalt seotud, mis teeb nende taaskasutamise erinevates kontekstides lihtsamaks.
• Parem hooldatavus: Muudatused ühes komponendis mõjutavad vähem tõenäoliselt teisi komponente.

Näide: DI kasutamine Springis

@Service
public class UserService {

    private final UserRepository userRepository;

    @Autowired
    public UserService(UserRepository userRepository) {
        this.userRepository = userRepository;
    }

    public User getUserById(Long id) {
        return userRepository.findById(id).orElse(null);
    }
}

@Repository
public interface UserRepository extends JpaRepository {
}

Selles näites sõltub `UserService` `UserRepository`'st. `UserRepository` süstitakse `UserService`'i konstruktorisse kasutades `@Autowired` annotatsiooni. See võimaldab Springil hallata nende komponentide loomist ja sidumist.

Aspekt-orienteeritud programmeerimine (AOP)

Aspekt-orienteeritud programmeerimine (AOP) on programmeerimisparadigma, mis võimaldab teil modulariseerida läbivaid funktsioone, nagu logimine, turvalisus ja tehinguhaldus. Aspekt on moodul, mis kapseldab need läbivad funktsioonid.

AOP eelised

• Vähendatud koodi dubleerimine: Läbivad funktsioonid on implementeeritud ühes kohas ja rakendatud mitmele rakenduse osale.
• Parem koodi selgus: Põhiline äriloogika on eraldatud läbivatest funktsioonidest, mis teeb koodi lihtsamini mõistetavaks.
• Parem hooldatavus: Muudatusi läbivates funktsioonides saab teha ühes kohas, mõjutamata põhilist äriloogikat.

Näide: AOP kasutamine logimiseks

import org.aspectj.lang.JoinPoint;
import org.aspectj.lang.annotation.Aspect;
import org.aspectj.lang.annotation.Before;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import org.springframework.stereotype.Component;

@Aspect
@Component
public class LoggingAspect {

    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(LoggingAspect.class);

    @Before("execution(* com.example.service.*.*(..))")
    public void logBefore(JoinPoint joinPoint) {
        logger.info("Method " + joinPoint.getSignature().getName() + " called");
    }
}

See näide defineerib aspekti, mis logib sõnumi enne mis tahes meetodi käivitamist `com.example.service` paketis. `@Before` annotatsioon määratleb pointcut'i, mis määrab, millal advice (logimisloogika) tuleks käivitada.

Spring Data

Spring Data pakub järjepidevat ja lihtsustatud lähenemist andmetele juurdepääsuks, toetades erinevaid andmeallikaid, sealhulgas relatsioonilisi andmebaase, NoSQL andmebaase ja sõnumijärjekordi. See abstraheerib suure osa andmebaasiga suhtlemisega seotud korduvkoodist, võimaldades arendajatel keskenduda äriloogikale.

Spring Data võtmemoodulid

• Spring Data JPA: Lihtsustab rakenduste arendamist, mis kasutavad Java Persistence API-t (JPA) andmetele juurdepääsuks.
• Spring Data MongoDB: Pakub integratsiooni MongoDB-ga, mis on NoSQL dokumendiandmebaas.
• Spring Data Redis: Toetab Redist, mälusisest andmestruktuuride hoidlat, mida kasutatakse andmebaasina, vahemäluna ja sõnumivahendajana.
• Spring Data Cassandra: Integreerub Apache Cassandraga, mis on NoSQL laia veeruga andmebaas.

Näide: Spring Data JPA kasutamine

@Repository
public interface ProductRepository extends JpaRepository {
    List findByNameContaining(String name);
}

See näide näitab, kuidas luua lihtsat repositooriumi liidest kasutades Spring Data JPA-d. `JpaRepository` liides pakub tavalisi CRUD (Create, Read, Update, Delete) operatsioone. Saate defineerida ka kohandatud päringumeetodeid, järgides nimekonventsiooni või kasutades `@Query` annotatsiooni.

Spring Security

Spring Security on võimas ja väga kohandatav autentimis- ja autoriseerimisraamistik Java rakendustele. See pakub laiaulatuslikke turvafunktsioone, sealhulgas autentimist, autoriseerimist, kaitset levinud veebirünnakute vastu ja palju muud.

Spring Security peamised omadused

• Autentimine: Kasutaja identiteedi kontrollimine.
• Autoriseerimine: Määratlemine, millistele ressurssidele kasutajal on lubatud juurde pääseda.
• Kaitse levinud veebirünnakute vastu: Spring Security pakub sisseehitatud kaitset levinud veebirünnakute vastu, nagu Cross-Site Scripting (XSS), Cross-Site Request Forgery (CSRF) ja SQL Injection.

Näide: REST API turvamine Spring Security abil

@Configuration
@EnableWebSecurity
public class SecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {

    @Override
    protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
        http
            .authorizeRequests()
                .antMatchers("/public/**").permitAll()
                .anyRequest().authenticated()
            .and()
            .httpBasic();
    }

    @Autowired
    public void configureGlobal(AuthenticationManagerBuilder auth) throws Exception {
        auth
            .inMemoryAuthentication()
                .withUser("user").password("{noop}password").roles("USER");
    }
}

See näide konfigureerib Spring Security't nõudma autentimist kõigi päringute jaoks, välja arvatud need, mis on suunatud `/public/**` lõpp-punktidele. See defineerib ka mälusisese kasutaja kasutajanimega "user" ja parooliga "password".

Spring-arenduse edasijõudnute tehnikad

Mikroteenuste arhitektuur Spring Cloudiga

Mikroteenuste arhitektuur on tarkvaraarenduse lähenemisviis, mis struktureerib rakenduse väikeste, autonoomsete teenuste kogumina, mis on modelleeritud äridomeeni ümber. Spring Cloud pakub tööriistade ja teekide komplekti mikroteenustel põhinevate rakenduste ehitamiseks Spring Bootiga.

Spring Cloudi põhikomponendid

• Teenuste avastamine (Eureka, Consul): Võimaldab teenustel üksteist dünaamiliselt avastada ja suhelda.
• API lüüs (Zuul, Spring Cloud Gateway): Pakub klientidele ühtse sisenemispunkti mikroteenustele juurdepääsuks.
• Konfiguratsioonihaldus (Spring Cloud Config): Tsentraliseerib mikroteenuste konfiguratsiooni.
• Voolukatkesti (Hystrix, Resilience4j): Kaitseb kaskaad-tõrgete eest hajutatud süsteemis.
• Sõnumivahendaja (RabbitMQ, Kafka): Võimaldab asünkroonset suhtlust mikroteenuste vahel.

Reaktiivne programmeerimine Spring WebFluxiga

Reaktiivne programmeerimine on programmeerimisparadigma, mis tegeleb asünkroonsete andmevoogude ja muutuste levikuga. Spring WebFlux on reaktiivne veebiraamistik, mis on ehitatud Reactor'i, Java reaktiivse teegi peale.

Reaktiivse programmeerimise eelised

• Parem jõudlus: Reaktiivne programmeerimine võib parandada rakenduste jõudlust, käsitledes päringuid asünkroonselt ja mitteblokeerivalt.
• Suurem skaleeritavus: Reaktiivsed rakendused suudavad hallata suurt hulka samaaegseid päringuid minimaalse ressursitarbega.
• Parem reageerimisvõime: Reaktiivsed rakendused suudavad pakkuda reageerivamat kasutajakogemust, töödeldes andmevooge reaalajas.

Springi rakenduste testimine

Testimine on tarkvaraarendusprotsessi oluline osa. Spring pakub suurepärast tuge üksus- ja integratsioonitestimiseks.

Testide tüübid

• Üksustestid: Testivad üksikuid komponente eraldi.
• Integratsioonitestid: Testivad erinevate komponentide või süsteemide omavahelist suhtlust.
• Otsast-lõpuni testid: Testivad kogu rakendust kasutaja vaatenurgast.

Tööriistad Springi rakenduste testimiseks

• JUnit: Populaarne üksustestimise raamistik Java jaoks.
• Mockito: Mockimise raamistik Java jaoks.
• Spring Test: Pakub utiliite Springi rakenduste testimiseks.
• Selenium: Brauseri automatiseerimise tööriist otsast-lõpuni testimiseks.

Parimad praktikad Spring-arenduses

• Järgige SOLID-põhimõtteid: Kujundage oma klassid vastavalt SOLID-põhimõtetele, et parandada koodi hooldatavust ja taaskasutatavust.
• Kasutage sõltuvuste süstimist: Kasutage sõltuvuste süstimist komponentide lahtisidumiseks ja testitavuse parandamiseks.
• Kirjutage üksusteste: Kirjutage kõigile oma komponentidele üksusteste, et tagada nende korrektne toimimine.
• Kasutage järjepidevat kodeerimisstiili: Järgige järjepidevat kodeerimisstiili, et parandada koodi loetavust ja hooldatavust. Tööriistad nagu Checkstyle või SonarQube aitavad jõustada kodeerimisstandardeid.
• Käsitlege erandeid korrektselt: Rakendage robustne erandikäsitluse strateegia, et vältida rakenduse krahhe.
• Kasutage logimist: Kasutage logimist rakenduse käitumise jälgimiseks ja probleemide diagnoosimiseks.
• Turvake oma rakendused: Rakendage asjakohaseid turvameetmeid, et kaitsta oma rakendusi rünnakute eest.
• Monitoorige oma rakendusi: Monitoorige oma rakendusi jõudlusprobleemide ja vigade tuvastamiseks. Monitoorimiseks saab kasutada tööriistu nagu Prometheus ja Grafana.

Spring-arendus globaalses kontekstis

Spring-arendus on laialdaselt levinud üle kogu maailma. Globaalsele publikule Springi rakendusi arendades on oluline arvestada järgmisega:

• Internatsionaliseerimine (i18n) ja lokaliseerimine (l10n): Kujundage oma rakendused nii, et need toetaksid mitut keelt ja kultuuri. Spring pakub suurepärast tuge i18n ja l10n jaoks. Näiteks Springi `MessageSource` liides võimaldab teil tekstisõnumeid väljastada ja pakkuda erinevaid tõlkeid erinevatele lokaatidele.
• Ajavööndid: Käsitlege ajavööndeid korrektselt, et tagada kuupäevade ja kellaaegade täpne kuvamine erinevates asukohtades olevatele kasutajatele. Java `java.time` pakett pakub laiaulatuslikku tuge ajavöönditele.
• Valuutad: Kasutage erinevate piirkondade jaoks sobivaid valuutavorminguid ja sümboleid. Java `java.util.Currency` klass pakub teavet valuutade kohta.
• Andmevormingud: Kasutage erinevate kultuuride jaoks sobivaid andmevorminguid, nagu kuupäevavormingud ja arvuvormingud. Java `java.text.DateFormat` ja `java.text.NumberFormat` klasse saab kasutada andmete vormindamiseks vastavalt erinevatele lokaatidele.

Näiteks, kuvades kuupäeva Ameerika Ühendriikide kasutajale, võite kasutada vormingut `MM/dd/yyyy`, samas kui Euroopa kasutaja ootaks vormingut `dd.MM.yyyy`. Sarnaselt võib arv olla vormindatud komaga kui kümnendkoha eraldajaga mõnes riigis ja punktiga teistes.

Spring-arenduse tulevik

Spring Framework areneb ja kohaneb pidevalt tarkvaraarenduse muutuva maastikuga. Mõned peamised suundumused Spring-arenduses on:

• Reaktiivne programmeerimine: Reaktiivse programmeerimise kasutuselevõtt kasvab, kuna arendajad püüavad ehitada skaleeritavamaid ja reageerimisvõimelisemaid rakendusi.
• Pilvepõhine arendus (Cloud-Native): Spring Cloud muutub üha olulisemaks, kuna rohkem organisatsioone viib oma rakendusi pilve.
• Serverivaba arvutustehnika (Serverless Computing): Springi kasutatakse serverivabade rakenduste arendamiseks platvormidel nagu AWS Lambda ja Azure Functions.
• GraalVM: GraalVM on suure jõudlusega polüglotne virtuaalmasin, mis suudab kompileerida Java rakendusi natiivseteks piltideks. See võib oluliselt parandada Springi rakenduste käivitamisaega ja jõudlust.

Kokkuvõte

Spring Framework on võimas ja mitmekülgne tööriist ettevõtte Java rakenduste loomiseks. Valdades selles juhendis käsitletud põhikontseptsioone, parimaid praktikaid ja edasijõudnute tehnikaid, võite saada vilunud Spring-arendajaks ning luua kvaliteetseid, skaleeritavaid ja hooldatavaid rakendusi. Jätkake õppimist, olge kursis viimaste suundumustega ja võtke omaks Springi ökosüsteemi võimsus.