Spring izstrādes apgūšana: Visaptveroša rokasgrāmata globāliem izstrādātājiem

Spring ietvars ir kļuvis par stūrakmeni uzņēmumu Java izstrādē, dodot iespēju izstrādātājiem visā pasaulē veidot robustas, mērogojamas un uzturamas lietojumprogrammas. Šī visaptverošā rokasgrāmata sniedz padziļinātu ieskatu Spring izstrādē, aptverot būtiskus jēdzienus, labāko praksi un progresīvas tehnikas, lai palīdzētu jums apgūt šo jaudīgo ietvaru.

Kas ir Spring ietvars?

Spring ietvars ir atvērtā koda lietojumprogrammu ietvars un kontroles inversijas (Inversion of Control) konteiners Java platformai. Tas nodrošina visaptverošu infrastruktūras atbalstu Java lietojumprogrammu izstrādei, sākot no vienkāršām tīmekļa lietojumprogrammām līdz sarežģītiem uzņēmumu risinājumiem. Tā modulārais dizains ļauj izstrādātājiem izmantot tikai tās ietvara daļas, kas viņiem ir nepieciešamas, padarot to ļoti pielāgojamu dažādām projektu prasībām.

Spring ietvara galvenās iezīmes

• Atkarību ievade (DI): Spring pamatprincips, DI ļauj jums pārvaldīt atkarības starp jūsu lietojumprogrammas komponentiem vāji saistītā veidā, veicinot testējamību un uzturamību. Piemēram, tā vietā, lai objektus radītu tieši klasē, objekti tiek nodrošināti klasei no ārēja avota (Spring konteinera).
• Uz aspektiem orientēta programmēšana (AOP): AOP ļauj modularizēt šķērsgriezuma problēmas, piemēram, reģistrēšanu, drošību un transakciju pārvaldību, atsevišķos aspektos. Tas uzlabo koda skaidrību un samazina koda dublēšanos.
• Datu piekļuves abstrakcija: Spring nodrošina konsekventu un vienkāršotu pieeju datu piekļuvei, atbalstot dažādus datu avotus, tostarp relāciju datu bāzes, NoSQL datu bāzes un ziņojumu rindas. Spring Data abstrahē lielu daļu no standarta koda, kas saistīts ar datu bāzes mijiedarbību.
• Transakciju pārvaldība: Spring piedāvā deklaratīvu transakciju pārvaldības sistēmu, kas vienkāršo transakciju pārvaldības procesu dažādos datu avotos. Tas palīdz nodrošināt datu konsekvenci un integritāti.
• Tīmekļa izstrāde: Spring MVC (Model-View-Controller) nodrošina jaudīgu un elastīgu ietvaru tīmekļa lietojumprogrammu un REST API izveidei. Ir viegli izveidot kontrolierus, lai apstrādātu ienākošos pieprasījumus un atgrieztu atbilstošas atbildes.
• Testēšanas atbalsts: Spring nodrošina lielisku atbalstu vienībtestiem un integrācijas testēšanai, padarot vieglāku augstas kvalitātes un uzticama koda rakstīšanu.
• Spring Boot: Vienkāršo Spring lietojumprogrammu iestatīšanu un konfigurēšanu ar automātisko konfigurāciju un iegultiem serveriem.

Darba sākšana ar Spring Boot

Spring Boot dramatiski vienkāršo uz Spring bāzētu lietojumprogrammu izveides procesu. Tas nodrošina automātisko konfigurāciju, iegultos serverus un dažādas citas funkcijas, kas samazina nepieciešamā standarta koda apjomu.

Spring Boot projekta izveide

Vieglākais veids, kā sākt darbu ar Spring Boot, ir izmantot Spring Initializr (start.spring.io). Šis tīmekļa rīks ļauj jums ģenerēt pamata Spring Boot projektu ar nepieciešamajām atkarībām. Jūs varat izvēlēties vēlamo būvēšanas rīku (Maven vai Gradle), Java versiju un atkarības. Piemēram, jūs varētu izvēlēties "Web", "JPA" un "H2", lai izveidotu vienkāršu tīmekļa lietojumprogrammu, kas izmanto relāciju datu bāzi.

Piemērs: Vienkārša REST API izveide ar Spring Boot

Izveidosim vienkāršu REST API, kas atgriež "Hello, World!" ziņojumu.

1. Izveidojiet Spring Boot projektu, izmantojot Spring Initializr.

2. Pievienojiet projektam `spring-boot-starter-web` atkarību.

3. Izveidojiet kontroliera klasi:

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. Palaidiet lietojumprogrammu.

Tagad jūs varat piekļūt API galapunktam `http://localhost:8080/hello`, un jūs redzēsiet ziņojumu "Hello, World!".

Spring izstrādes pamatkoncepcijas

Atkarību ievade (DI) un kontroles inversija (IoC)

Atkarību ievade (DI) ir dizaina šablons, kas veicina vāju sasaisti starp lietojumprogrammas komponentiem. Tā vietā, lai objekti paši izveidotu savas atkarības, tās tiek viņiem ievadītas. Kontroles inversija (IoC) ir plašāks princips, kas apraksta, kā ietvars (Spring konteiners) pārvalda objektu izveidi un sasaisti.

DI un IoC priekšrocības

• Uzlabota testējamība: Atkarības var viegli imitēt vai aizstāt testēšanas nolūkos.
• Palielināta atkārtota izmantojamība: Komponenti ir mazāk cieši saistīti, padarot tos vieglāk atkārtoti izmantojamus dažādos kontekstos.
• Uzlabota uzturamība: Izmaiņas vienā komponentā, visticamāk, neietekmēs citus komponentus.

Piemērs: DI izmantošana Spring

@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 {
}

Šajā piemērā `UserService` ir atkarīgs no `UserRepository`. `UserRepository` tiek ievadīts `UserService` konstruktorā, izmantojot `@Autowired` anotāciju. Tas ļauj Spring pārvaldīt šo komponentu izveidi un sasaisti.

Uz aspektiem orientēta programmēšana (AOP)

Uz aspektiem orientēta programmēšana (AOP) ir programmēšanas paradigma, kas ļauj modularizēt šķērsgriezuma problēmas, piemēram, reģistrēšanu, drošību un transakciju pārvaldību. Aspekts ir modulis, kas iekapsulē šīs šķērsgriezuma problēmas.

AOP priekšrocības

• Samazināta koda dublēšanās: Šķērsgriezuma problēmas tiek ieviestas vienā vietā un piemērotas vairākām lietojumprogrammas daļām.
• Uzlabota koda skaidrība: Galvenā biznesa loģika ir atdalīta no šķērsgriezuma problēmām, padarot kodu vieglāk saprotamu.
• Uzlabota uzturamība: Izmaiņas šķērsgriezuma problēmās var veikt vienā vietā, neietekmējot galveno biznesa loģiku.

Piemērs: AOP izmantošana reģistrēšanai

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");
    }
}

Šis piemērs definē aspektu, kas reģistrē ziņojumu pirms jebkuras metodes izpildes `com.example.service` paketē. `@Before` anotācija norāda pointcut, kas nosaka, kad ir jāizpilda padoms (reģistrēšanas loģika).

Spring Data

Spring Data nodrošina konsekventu un vienkāršotu pieeju datu piekļuvei, atbalstot dažādus datu avotus, tostarp relāciju datu bāzes, NoSQL datu bāzes un ziņojumu rindas. Tas abstrahē lielu daļu no standarta koda, kas saistīts ar datu bāzes mijiedarbību, ļaujot izstrādātājiem koncentrēties uz biznesa loģiku.

Galvenie Spring Data moduļi

• Spring Data JPA: Vienkāršo tādu lietojumprogrammu izstrādi, kuras datu piekļuvei izmanto Java Persistence API (JPA).
• Spring Data MongoDB: Nodrošina integrāciju ar MongoDB, NoSQL dokumentu datu bāzi.
• Spring Data Redis: Atbalsta Redis, atmiņā esošu datu struktūru krātuvi, ko izmanto kā datu bāzi, kešatmiņu un ziņojumu brokeri.
• Spring Data Cassandra: Integrējas ar Apache Cassandra, NoSQL plašu kolonnu krātuves datu bāzi.

Piemērs: Spring Data JPA izmantošana

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

Šis piemērs parāda, kā izveidot vienkāršu repozitorija saskarni, izmantojot Spring Data JPA. `JpaRepository` saskarne nodrošina kopīgas CRUD (Create, Read, Update, Delete) operācijas. Varat arī definēt pielāgotas vaicājumu metodes, ievērojot nosaukumu piešķiršanas konvenciju vai izmantojot `@Query` anotāciju.

Spring Security

Spring Security ir jaudīgs un ļoti pielāgojams autentifikācijas un autorizācijas ietvars Java lietojumprogrammām. Tas nodrošina visaptverošas drošības funkcijas, tostarp autentifikāciju, autorizāciju, aizsardzību pret izplatītiem tīmekļa uzbrukumiem un daudz ko citu.

Galvenās Spring Security iezīmes

• Autentifikācija: Lietotāja identitātes pārbaude.
• Autorizācija: Noteikšana, kādiem resursiem lietotājs drīkst piekļūt.
• Aizsardzība pret izplatītiem tīmekļa uzbrukumiem: Spring Security nodrošina iebūvētu aizsardzību pret izplatītiem tīmekļa uzbrukumiem, piemēram, starpvietņu skriptošanu (XSS), starpvietņu pieprasījumu viltošanu (CSRF) un SQL injekciju.

Piemērs: REST API nodrošināšana ar Spring Security

@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");
    }
}

Šis piemērs konfigurē Spring Security tā, lai pieprasītu autentifikāciju visiem pieprasījumiem, izņemot tos, kas adresēti `/public/**` galapunktiem. Tas arī definē atmiņā esošu lietotāju ar lietotājvārdu "user" un paroli "password".

Padziļinātas Spring izstrādes tehnikas

Mikropakalpojumu arhitektūra ar Spring Cloud

Mikropakalpojumu arhitektūra ir programmatūras izstrādes pieeja, kas strukturē lietojumprogrammu kā mazu, autonomu pakalpojumu kolekciju, kas modelēta ap biznesa domēnu. Spring Cloud nodrošina rīku un bibliotēku kopumu mikropakalpojumu bāzētu lietojumprogrammu veidošanai ar Spring Boot.

Galvenie Spring Cloud komponenti

• Pakalpojumu atklāšana (Eureka, Consul): Ļauj pakalpojumiem dinamiski atklāt un sazināties vienam ar otru.
• API vārteja (Zuul, Spring Cloud Gateway): Nodrošina vienotu ieejas punktu klientiem, lai piekļūtu mikropakalpojumiem.
• Konfigurācijas pārvaldība (Spring Cloud Config): Centralizē mikropakalpojumu konfigurāciju.
• Ķēdes pārtraucējs (Hystrix, Resilience4j): Aizsargā pret kaskādes kļūmēm izkliedētā sistēmā.
• Ziņojumu brokeris (RabbitMQ, Kafka): Nodrošina asinhronu saziņu starp mikropakalpojumiem.

Reaktīvā programmēšana ar Spring WebFlux

Reaktīvā programmēšana ir programmēšanas paradigma, kas nodarbojas ar asinhronām datu straumēm un izmaiņu izplatīšanu. Spring WebFlux ir reaktīvs tīmekļa ietvars, kas balstīts uz Reactor, reaktīvo bibliotēku Java platformai.

Reaktīvās programmēšanas priekšrocības

• Uzlabota veiktspēja: Reaktīvā programmēšana var uzlabot lietojumprogrammu veiktspēju, apstrādājot pieprasījumus asinhroni un nebloķējoši.
• Palielināta mērogojamība: Reaktīvās lietojumprogrammas var apstrādāt lielu skaitu vienlaicīgu pieprasījumu ar minimālu resursu patēriņu.
• Uzlabota atsaucība: Reaktīvās lietojumprogrammas var nodrošināt atsaucīgāku lietotāja pieredzi, apstrādājot datu straumes reāllaikā.

Spring lietojumprogrammu testēšana

Testēšana ir būtiska programmatūras izstrādes procesa daļa. Spring nodrošina lielisku atbalstu vienībtestiem un integrācijas testēšanai.

Testu veidi

• Vienībtesti: Testē atsevišķus komponentus izolēti.
• Integrācijas testi: Testē mijiedarbību starp dažādiem komponentiem vai sistēmām.
• Gala-līdz-galam testi (End-to-End Tests): Testē visu lietojumprogrammu no lietotāja perspektīvas.

Rīki Spring lietojumprogrammu testēšanai

• JUnit: Populārs vienībtestēšanas ietvars Java platformai.
• Mockito: Imitēšanas (mocking) ietvars Java platformai.
• Spring Test: Nodrošina utilītas Spring lietojumprogrammu testēšanai.
• Selenium: Pārlūkprogrammas automatizācijas rīks gala-līdz-galam testēšanai.

Labākā prakse Spring izstrādē

• Ievērojiet SOLID principus: Izstrādājiet savas klases atbilstoši SOLID principiem, lai uzlabotu koda uzturamību un atkārtotu izmantojamību.
• Izmantojiet atkarību ievadi: Izmantojiet atkarību ievadi, lai atsaistītu savus komponentus un uzlabotu testējamību.
• Rakstiet vienībtestus: Rakstiet vienībtestus visiem saviem komponentiem, lai nodrošinātu to pareizu darbību.
• Izmantojiet konsekventu kodēšanas stilu: Ievērojiet konsekventu kodēšanas stilu, lai uzlabotu koda lasāmību un uzturamību. Rīki kā Checkstyle vai SonarQube var palīdzēt ieviest kodēšanas standartus.
• Apstrādājiet izņēmumus pareizi: Ieviesiet robustu izņēmumu apstrādes stratēģiju, lai novērstu lietojumprogrammas avārijas.
• Izmantojiet reģistrēšanu: Izmantojiet reģistrēšanu (logging), lai izsekotu lietojumprogrammas uzvedībai un diagnosticētu problēmas.
• Nodrošiniet savas lietojumprogrammas: Ieviesiet atbilstošus drošības pasākumus, lai aizsargātu savas lietojumprogrammas no uzbrukumiem.
• Pārraugiet savas lietojumprogrammas: Pārraugiet savas lietojumprogrammas, lai atklātu veiktspējas problēmas un kļūdas. Pārraudzībai var izmantot rīkus kā Prometheus un Grafana.

Spring izstrāde globālā kontekstā

Spring izstrāde ir plaši pieņemta visā pasaulē. Izstrādājot Spring lietojumprogrammas globālai auditorijai, ir svarīgi ņemt vērā sekojošo:

• Internacionalizācija (i18n) un lokalizācija (l10n): Izstrādājiet savas lietojumprogrammas, lai atbalstītu vairākas valodas un kultūras. Spring nodrošina lielisku atbalstu i18n un l10n. Piemēram, Spring `MessageSource` saskarne ļauj eksternalizēt teksta ziņojumus un nodrošināt dažādus tulkojumus dažādām lokalizācijām.
• Laika joslas: Pareizi apstrādājiet laika joslas, lai nodrošinātu, ka datumi un laiki tiek precīzi parādīti lietotājiem dažādās vietās. Java `java.time` pakotne nodrošina visaptverošu atbalstu laika joslām.
• Valūtas: Izmantojiet atbilstošus valūtu formātus un simbolus dažādiem reģioniem. Java `java.util.Currency` klase sniedz informāciju par valūtām.
• Datu formāti: Izmantojiet atbilstošus datu formātus dažādām kultūrām, piemēram, datumu formātus un skaitļu formātus. Java `java.text.DateFormat` un `java.text.NumberFormat` klases var izmantot, lai formatētu datus atbilstoši dažādām lokalizācijām.

Piemēram, rādot datumu lietotājam Amerikas Savienotajās Valstīs, jūs varētu izmantot formātu `MM/dd/yyyy`, savukārt lietotājs Eiropā varētu sagaidīt formātu `dd/MM/yyyy`. Līdzīgi, skaitlis dažās valstīs var tikt formatēts ar komatu kā decimālo atdalītāju, bet citās - ar punktu.

Spring izstrādes nākotne

Spring ietvars turpina attīstīties un pielāgoties mainīgajai programmatūras izstrādes ainavai. Dažas no galvenajām tendencēm Spring izstrādē ietver:

• Reaktīvā programmēšana: Reaktīvās programmēšanas pieņemšana pieaug, jo izstrādātāji cenšas veidot mērogojamākas un atsaucīgākas lietojumprogrammas.
• Mākoņdatošanai pielāgota izstrāde (Cloud-Native Development): Spring Cloud kļūst arvien svarīgāks, jo arvien vairāk organizāciju pārceļ savas lietojumprogrammas uz mākoni.
• Bezservera skaitļošana (Serverless Computing): Spring tiek izmantots, lai izstrādātu bezservera lietojumprogrammas tādās platformās kā AWS Lambda un Azure Functions.
• GraalVM: GraalVM ir augstas veiktspējas poliglota virtuālā mašīna, kas var kompilēt Java lietojumprogrammas dabiskos attēlos. Tas var ievērojami uzlabot Spring lietojumprogrammu startēšanas laiku un veiktspēju.

Noslēgums

Spring ietvars ir jaudīgs un daudzpusīgs rīks uzņēmumu Java lietojumprogrammu veidošanai. Apgūstot šajā rokasgrāmatā aplūkotos pamatjēdzienus, labāko praksi un progresīvās tehnikas, jūs varat kļūt par prasmīgu Spring izstrādātāju un veidot augstas kvalitātes, mērogojamas un uzturamas lietojumprogrammas. Turpiniet mācīties, sekojiet līdzi jaunākajām tendencēm un izmantojiet Spring ekosistēmas spēku.