„Spring“ programavimo meistriškumas: metodai patikimoms programoms kurti

„Spring Framework“ tapo „Java“ verslo lygio programų kūrimo kertiniu akmeniu, suteikiančiu visapusišką infrastruktūrą įvairiausioms programoms kurti – nuo paprastų interneto programėlių iki sudėtingų mikropaslaugų architektūrų. Šiame vadove gilinamasi į pažangius „Spring“ kūrimo metodus, pateikiant praktinių patarimų ir geriausių praktikų, kaip kurti išplečiamas, prižiūrimas ir patikimas programas.

Pagrindinių principų supratimas

Prieš gilinantis į pažangius metodus, būtina tvirtai suprasti pagrindinius „Spring“ principus:

• Priklausomybių injekcija (angl. Dependency Injection, DI): Šis projektavimo šablonas leidžia atsieti komponentus, todėl jūsų kodas tampa moduliškesnis ir lengviau testuojamas. „Spring“ DI konteineris valdo priklausomybes tarp jūsų „bean“ objektų, injekuodamas jas vykdymo metu.
• Valdymo inversija (angl. Inversion of Control, IoC): IoC yra platesnė sąvoka, kai objektų kūrimo ir priklausomybių valdymo kontrolė yra apverčiama ir perduodama karkasui. „Spring“ yra IoC konteineris.
• Aspektais paremtas programavimas (angl. Aspect-Oriented Programming, AOP): AOP leidžia moduliuoti skersinius aspektus (angl. cross-cutting concerns), tokius kaip žurnalo įrašai, saugumas ir transakcijų valdymas. „Spring AOP“ leidžia taikyti šiuos aspektus nekeičiant pagrindinės verslo logikos.
• Modelis-Vaizdas-Valdiklis (angl. Model-View-Controller, MVC): „Spring MVC“ suteikia patikimą karkasą interneto programoms kurti. Jis atskiria atsakomybes, todėl jūsų kodas tampa tvarkingesnis ir lengviau prižiūrimas.

Pažangūs „Spring“ kūrimo metodai

1. „Spring Boot“ panaudojimas sparčiam kūrimui

„Spring Boot“ supaprastina kūrimo procesą, teikdamas automatinę konfigūraciją, integruotus serverius ir supaprastintą kūrimo patirtį. Štai keletas patarimų, kaip efektyviai naudoti „Spring Boot“:

• Naudokite „Spring Initializr“: Pradėkite savo projektus su „Spring Initializr“ (start.spring.io), kad sugeneruotumėte pagrindinę projekto struktūrą su reikiamomis priklausomybėmis.
• Tinkinkite automatinę konfigūraciją: Supraskite, kaip veikia „Spring Boot“ automatinė konfigūracija, ir pritaikykite ją pagal savo specifinius reikalavimus. Naudokite savybes application.properties arba application.yml failuose, kad perrašytumėte numatytąsias konfigūracijas.
• Kurkite pasirinktinius „Starter“ paketus: Jei turite daugkartinio naudojimo komponentų ar konfigūracijų, sukurkite savo „Spring Boot“ „Starter“ paketą, kad supaprastintumėte priklausomybių valdymą ir konfigūravimą keliuose projektuose.
• Stebėkite su „Spring Boot Actuator“: Naudokite „Spring Boot Actuator“ savo programai stebėti ir valdyti. Jis suteikia prieigos taškus (endpoints) būklės patikrinimams, metrikoms ir kitai naudingai informacijai.

Pavyzdys: Pasirinktinio „Spring Boot Starter“ paketo kūrimas

Tarkime, turite pasirinktinę žurnalo įrašų biblioteką. Galite sukurti „Spring Boot“ „Starter“ paketą, kuris automatiškai ją sukonfigūruos, kai bus pridėta kaip priklausomybė.

1. Sukurkite naują „Maven“ arba „Gradle“ projektą savo „Starter“ paketui.
2. Pridėkite reikiamas priklausomybes savo pasirinktinei žurnalo įrašų bibliotekai.
3. Sukurkite automatinės konfigūracijos klasę, kuri konfigūruoja žurnalo įrašų biblioteką.
4. Sukurkite spring.factories failą META-INF kataloge, kad įgalintumėte automatinę konfigūraciją.
5. Supakuokite ir įdiekite savo „Starter“ paketą į „Maven“ saugyklą.

2. RESTful API kūrimas su „Spring MVC“ ir „Spring WebFlux“

„Spring MVC“ ir „Spring WebFlux“ suteikia galingus įrankius RESTful API kūrimui. „Spring MVC“ yra tradicinis sinchroninis požiūris, o „Spring WebFlux“ siūlo reaktyvią, neblokuojančią alternatyvą.

• Spring MVC: Naudokite @RestController ir @RequestMapping anotacijas, kad apibrėžtumėte savo API prieigos taškus. Pasinaudokite „Spring“ duomenų susiejimo ir patvirtinimo funkcijomis užklausų turiniui apdoroti.
• Spring WebFlux: Naudokite @RestController ir funkcinį maršrutizavimą (functional routing), kad apibrėžtumėte savo API prieigos taškus. „Spring WebFlux“ yra sukurtas ant „Reactor“ – reaktyviosios bibliotekos, kuri suteikia Flux ir Mono tipus asinchronių duomenų srautams tvarkyti. Tai naudinga programoms, kurioms reikia apdoroti didelį skaičių vienu metu vykstančių užklausų.
• Turinio derinimas (Content Negotiation): Įdiekite turinio derinimą, kad palaikytumėte kelis atsakymų formatus (pvz., JSON, XML). Naudokite Accept antraštę užklausoje, kad nurodytumėte norimą formatą.
• Klaidų apdorojimas: Įdiekite visuotinį išimčių apdorojimą naudojant @ControllerAdvice, kad pateiktumėte nuoseklius klaidų atsakymus.

Pavyzdys: RESTful API kūrimas su „Spring MVC“

@RestController
@RequestMapping("/api/products")
public class ProductController {

    @Autowired
    private ProductService productService;

    @GetMapping
    public List<Product> getAllProducts() {
        return productService.getAllProducts();
    }

    @GetMapping("/{id}")
    public Product getProductById(@PathVariable Long id) {
        return productService.getProductById(id);
    }

    @PostMapping
    public Product createProduct(@RequestBody Product product) {
        return productService.createProduct(product);
    }

    @PutMapping("/{id}")
    public Product updateProduct(@PathVariable Long id, @RequestBody Product product) {
        return productService.updateProduct(id, product);
    }

    @DeleteMapping("/{id}")
    public void deleteProduct(@PathVariable Long id) {
        productService.deleteProduct(id);
    }
}

Pavyzdys: Reaktyvios RESTful API kūrimas su „Spring WebFlux“

@RestController
@RequestMapping("/api/products")
public class ProductController {

    @Autowired
    private ProductService productService;

    @GetMapping
    public Flux<Product> getAllProducts() {
        return productService.getAllProducts();
    }

    @GetMapping("/{id}")
    public Mono<Product> getProductById(@PathVariable Long id) {
        return productService.getProductById(id);
    }

    @PostMapping
    public Mono<Product> createProduct(@RequestBody Product product) {
        return productService.createProduct(product);
    }

    @PutMapping("/{id}")
    public Mono<Product> updateProduct(@PathVariable Long id, @RequestBody Product product) {
        return productService.updateProduct(id, product);
    }

    @DeleteMapping("/{id}")
    public Mono<Void> deleteProduct(@PathVariable Long id) {
        return productService.deleteProduct(id);
    }
}

3. AOP įgyvendinimas skersiniams aspektams

AOP leidžia moduliuoti skersinius aspektus ir taikyti juos jūsų programai nekeičiant pagrindinės verslo logikos. „Spring AOP“ palaiko aspektais paremtą programavimą naudojant anotacijas arba XML konfigūraciją.

• Apibrėžkite aspektus: Sukurkite klases su @Aspect anotacija, kad apibrėžtumėte savo aspektus.
• Apibrėžkite patarimus (Advice): Naudokite anotacijas, tokias kaip @Before, @After, @AfterReturning, @AfterThrowing ir @Around, kad apibrėžtumėte patarimus, kurie bus vykdomi prieš, po arba aplink metodų vykdymą.
• Apibrėžkite taškinius pjūvius (Pointcuts): Naudokite taškinių pjūvių išraiškas, kad nurodytumėte sujungimo taškus (join points), kur turėtų būti taikomi patarimai.
• Įgalinkite AOP: Įgalinkite AOP savo „Spring“ konfigūracijoje naudodami @EnableAspectJAutoProxy.

Pavyzdys: Žurnalo įrašų įgyvendinimas su AOP

@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 {} called with arguments {}", joinPoint.getSignature().getName(), Arrays.toString(joinPoint.getArgs()));
    }

    @AfterReturning(pointcut = "execution(* com.example.service.*.*(..))", returning = "result")
    public void logAfterReturning(JoinPoint joinPoint, Object result) {
        logger.info("Method {} returned {}", joinPoint.getSignature().getName(), result);
    }

    @AfterThrowing(pointcut = "execution(* com.example.service.*.*(..))", throwing = "exception")
    public void logAfterThrowing(JoinPoint joinPoint, Throwable exception) {
        logger.error("Method {} threw exception {}", joinPoint.getSignature().getName(), exception.getMessage());
    }
}

4. „Spring Data JPA“ naudojimas prieigai prie duomenų bazės

„Spring Data JPA“ supaprastina prieigą prie duomenų bazės, suteikdama saugyklos (repository) abstrakciją, kuri sumažina pasikartojančio kodo (boilerplate) kiekį. Ji palaiko įvairias duomenų bazes, įskaitant MySQL, PostgreSQL ir Oracle.

• Apibrėžkite esybes (Entities): Sukurkite JPA esybes, kad susietumėte savo duomenų bazės lenteles su „Java“ objektais.
• Sukurkite saugyklas (Repositories): Apibrėžkite saugyklų sąsajas (interfaces), kurios praplečia JpaRepository, kad atliktų CRUD operacijas. „Spring Data JPA“ automatiškai generuoja šių sąsajų įgyvendinimą.
• Naudokite užklausų metodus: Apibrėžkite pasirinktinius užklausų metodus savo saugyklų sąsajose, naudodami metodų pavadinimų konvencijas arba @Query anotacijas.
• Įgalinkite JPA saugyklas: Įgalinkite JPA saugyklas savo „Spring“ konfigūracijoje naudodami @EnableJpaRepositories.

Pavyzdys: „Spring Data JPA“ naudojimas

@Entity
public class Product {

    @Id
    @GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)
    private Long id;

    private String name;
    private String description;
    private double price;

    // Getters and setters
}

public interface ProductRepository extends JpaRepository<Product, Long> {
    List<Product> findByName(String name);
    List<Product> findByPriceGreaterThan(double price);
}

5. Programų apsauga su „Spring Security“

„Spring Security“ suteikia visapusišką karkasą jūsų programoms apsaugoti. Ji palaiko autentifikavimą, autorizavimą ir kitas saugumo funkcijas.

• Autentifikavimas: Įdiekite autentifikavimą, kad patikrintumėte vartotojų tapatybę. „Spring Security“ palaiko įvairius autentifikavimo mechanizmus, įskaitant bazinį autentifikavimą, autentifikavimą per formą ir OAuth 2.0.
• Autorizavimas: Įdiekite autorizavimą, kad kontroliuotumėte prieigą prie išteklių. Naudokite vaidmenimis pagrįstą prieigos kontrolę (RBAC) arba atributais pagrįstą prieigos kontrolę (ABAC), kad apibrėžtumėte leidimus.
• Konfigūruokite saugumą: Konfigūruokite „Spring Security“ naudodami anotacijas arba XML konfigūraciją. Apibrėžkite saugumo taisykles, kad apsaugotumėte savo API prieigos taškus ir kitus išteklius.
• Naudokite JWT: Naudokite JSON Web Tokens (JWT) būsenos neturinčiam (stateless) autentifikavimui RESTful API.

Pavyzdys: „Spring Security“ konfigūravimas

@Configuration
@EnableWebSecurity
public class SecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {

    @Autowired
    private UserDetailsService userDetailsService;

    @Override
    protected void configure(AuthenticationManagerBuilder auth) throws Exception {
        auth.userDetailsService(userDetailsService).passwordEncoder(passwordEncoder());
    }

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

    @Bean
    public PasswordEncoder passwordEncoder() {
        return new BCryptPasswordEncoder();
    }
}

6. „Spring“ programų testavimas

Testavimas yra labai svarbus norint užtikrinti „Spring“ programų kokybę ir patikimumą. „Spring“ suteikia puikų palaikymą vienetiniam testavimui, integraciniam testavimui ir ištisiniam (end-to-end) testavimui.

• Vienetinis testavimas (Unit Testing): Naudokite JUnit ir Mockito, kad testuotumėte atskirus komponentus izoliuotai. Imituokite (mock) priklausomybes, kad išvengtumėte išorinių priklausomybių.
• Integracinis testavimas (Integration Testing): Naudokite „Spring Test“, kad testuotumėte komponentų integraciją. Naudokite @SpringBootTest, kad įkeltumėte programos kontekstą, ir @Autowired, kad injektuotumėte priklausomybes.
• Ištisinis testavimas (End-to-End Testing): Naudokite įrankius, tokius kaip „Selenium“ ar „Cypress“, kad testuotumėte visą programą iš vartotojo perspektyvos.
• Testais paremtas kūrimas (Test-Driven Development, TDD): Taikykite TDD, rašydami testus prieš rašydami patį kodą.

Pavyzdys: „Spring“ komponento vienetinis testavimas

@RunWith(MockitoJUnitRunner.class)
public class ProductServiceTest {

    @InjectMocks
    private ProductService productService;

    @Mock
    private ProductRepository productRepository;

    @Test
    public void testGetAllProducts() {
        List<Product> products = Arrays.asList(new Product(), new Product());
        Mockito.when(productRepository.findAll()).thenReturn(products);

        List<Product> result = productService.getAllProducts();
        assertEquals(2, result.size());
    }
}

7. Reaktyviojo programavimo įgyvendinimas su „Spring WebFlux“

Reaktyvusis programavimas yra programavimo paradigma, susijusi su asinchroniniais duomenų srautais ir pokyčių sklaida. „Spring WebFlux“ suteikia reaktyvųjį karkasą neblokuojančioms, įvykiais pagrįstoms programoms kurti.

• Naudokite reaktyviuosius tipus: Naudokite Flux ir Mono tipus iš „Reactor“ bibliotekos, kad pavaizduotumėte asinchroninius duomenų srautus.
• Neblokuojantis I/O (Non-Blocking IO): Naudokite neblokuojančias I/O operacijas užklausoms apdoroti, neblokuodami pagrindinės gijos.
• Atgalinis slėgis (Backpressure): Įdiekite atgalinį slėgį, kad susidorotumėte su situacijomis, kai gamintojas (producer) pateikia duomenis greičiau, nei vartotojas (consumer) gali juos apdoroti.
• Funkcinis programavimas: Taikykite funkcinio programavimo principus, kad rašytumėte sudėtinį (composable) ir testuojamą kodą.

Pavyzdys: Reaktyvioji prieiga prie duomenų

@Repository
public interface ReactiveProductRepository extends ReactiveCrudRepository<Product, Long> {
    Flux<Product> findByName(String name);
}

8. Mikropaslaugų kūrimas su „Spring Cloud“

„Spring Cloud“ suteikia įrankių ir bibliotekų rinkinį mikropaslaugų architektūroms kurti. Ji supaprastina paskirstytųjų sistemų kūrimą, teikdama sprendimus bendroms problemoms, tokioms kaip paslaugų aptikimas, konfigūracijos valdymas ir atsparumas gedimams.

• Paslaugų aptikimas (Service Discovery): Naudokite „Spring Cloud Netflix Eureka“ paslaugų aptikimui. Tai leidžia paslaugoms užsiregistruoti ir atrasti kitas paslaugas.
• Konfigūracijos valdymas: Naudokite „Spring Cloud Config“ centralizuotam konfigūracijos valdymui. Tai leidžia saugoti ir valdyti konfigūracijos savybes centrinėje saugykloje.
• API šliuzas (API Gateway): Naudokite „Spring Cloud Gateway“ kaip API šliuzą, kad nukreiptumėte užklausas į atitinkamas mikropaslaugas.
• Grandinės pertraukiklis (Circuit Breaker): Naudokite „Spring Cloud Circuit Breaker“ (naudojant „Resilience4j“ ar „Hystrix“) atsparumui gedimams. Jis apsaugo nuo kaskadinių gedimų izoliuodamas neveikiančias paslaugas.

Pavyzdys: „Spring Cloud Eureka“ naudojimas paslaugų aptikimui

Eureka serveris

@SpringBootApplication
@EnableEurekaServer
public class EurekaServerApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(EurekaServerApplication.class, args);
    }
}

Eureka klientas

@SpringBootApplication
@EnableEurekaClient
public class ProductServiceApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(ProductServiceApplication.class, args);
    }
}

9. Debesijos technologijoms pritaikytas kūrimas su „Spring“

„Spring“ puikiai tinka debesijos technologijoms pritaikytam kūrimui. Štai keletas svarbiausių aspektų:

• Dvylikos faktorių programa (Twelve-Factor App): Laikykitės Dvylikos faktorių programos metodologijos principų, kad kurtumėte debesijos technologijoms pritaikytas programas.
• Konteinerizavimas: Supakuokite savo programas kaip „Docker“ konteinerius, kad būtų lengva jas įdiegti ir keisti mastelį.
• Orchestravimas: Naudokite „Kubernetes“ konteinerių orkestravimui. Jis automatizuoja konteinerizuotų programų diegimą, mastelio keitimą ir valdymą.
• Stebimumas (Observability): Įdiekite stebėseną, žurnalų registravimą ir sekimą (tracing), kad gautumėte įžvalgų apie savo programų elgseną.

10. Kodo kokybė ir prižiūrimumas

Aukštos kokybės, prižiūrimo kodo rašymas yra labai svarbus ilgalaikei sėkmei. Štai keletas geriausių praktikų:

• Kodo peržiūros: Reguliariai atlikite kodo peržiūras, kad nustatytumėte galimas problemas ir užtikrintumėte kodo kokybę.
• Kodo stilius: Užtikrinkite nuoseklų kodo stilių naudodami įrankius, tokius kaip „Checkstyle“ ar „SonarQube“.
• SOLID principai: Laikykitės SOLID objektinio programavimo projektavimo principų, kad sukurtumėte modulišką ir prižiūrimą kodą.
• DRY principas: Venkite dubliavimosi laikydamiesi DRY (angl. Don't Repeat Yourself – nesikartok) principo.
• YAGNI principas: Venkite nereikalingo sudėtingumo laikydamiesi YAGNI (angl. You Ain't Gonna Need It – tau to neprireiks) principo.

Išvados

Norint įvaldyti „Spring“ kūrimą, reikia gilaus jo pagrindinių principų ir pažangių metodų supratimo. Naudodami „Spring Boot“, „Spring MVC“, „Spring WebFlux“, „Spring Data JPA“, „Spring Security“ ir „Spring Cloud“, galite kurti išplečiamas, prižiūrimas ir patikimas programas, atitinkančias šiuolaikinės verslo aplinkos poreikius. Nepamirškite teikti pirmenybę kodo kokybei, testavimui ir nuolatiniam mokymuisi, kad išliktumėte priekyje nuolat besikeičiančiame „Java“ kūrimo pasaulyje. Pasinaudokite „Spring“ ekosistemos galia, kad atskleistumėte visą savo, kaip „Java“ kūrėjo, potencialą.

Šis vadovas suteikia tvirtą pagrindą tyrinėjant pažangius „Spring“ kūrimo metodus. Toliau tyrinėkite „Spring“ dokumentaciją, dalyvaukite konferencijose ir bendraukite su „Spring“ bendruomene, kad pagilintumėte savo žinias ir patirtį.