专栏首页Java技术栈从 0 开始手写一个 Spring MVC 框架,向高手进阶!

从 0 开始手写一个 Spring MVC 框架,向高手进阶!

Spring框架对于Java后端程序员来说再熟悉不过了,以前只知道它用的反射实现的,但了解之后才知道有很多巧妙的设计在里面。如果不看Spring的源码,你将会失去一次和大师学习的机会:它的代码规范,设计思想很值得学习。

我们程序员大部分人都是野路子,不懂什么叫代码规范。写了一个月的代码,最后还得其他老司机花3天时间重构,相信大部分老司机都很头疼看新手的代码。

废话不多说,我们进入今天的正题,在Web应用程序设计中,MVC模式已经被广泛使用。SpringMVC以DispatcherServlet为核心,负责协调和组织不同组件以完成请求处理并返回响应的工作,实现了MVC模式。点击这里学习 Spring MVC 常用注解。

想要实现自己的SpringMVC框架,需要从以下几点入手:

  • 了解SpringMVC运行流程及九大组件
  • 梳理自己的SpringMVC的设计思路
  • 实现自己的SpringMVC框架

一、了解SpringMVC运行流程及九大组件

1、SpringMVC的运行流程

⑴ 用户发送请求至前端控制器DispatcherServlet

⑵ DispatcherServlet收到请求调用HandlerMapping处理器映射器。

⑶ 处理器映射器根据请求url找到具体的处理器,生成处理器对象及处理器拦截器(如果有则生成)一并返回给DispatcherServlet。

⑷ DispatcherServlet通过HandlerAdapter处理器适配器调用处理器

⑸ 执行处理器(Controller,也叫后端控制器)。

⑹ Controller执行完成返回ModelAndView

⑺ HandlerAdapter将controller执行结果ModelAndView返回给DispatcherServlet

⑻ DispatcherServlet将ModelAndView传给ViewReslover视图解析器

⑼ ViewReslover解析后返回具体View

⑽ DispatcherServlet对View进行渲染视图(即将模型数据填充至视图中)。

⑾ DispatcherServlet响应用户。从上面可以看出,DispatcherServlet有接收请求,响应结果,转发等作用。有了DispatcherServlet之后,可以减少组件之间的耦合度。

2、SpringMVC的九大组件

protected void initStrategies(ApplicationContext context) {  
//用于处理上传请求。处理方法是将普通的request包装成            MultipartHttpServletRequest,后者可以直接调用getFile方法获取File.
 initMultipartResolver(context);  
//SpringMVC主要有两个地方用到了Locale:一是ViewResolver视图解析的时候;二是用到国际化资源或者主题的时候。
 initLocaleResolver(context); 
//用于解析主题。SpringMVC中一个主题对应 一个properties文件,里面存放着跟当前主题相关的所有资源、//如图片、css样式等。SpringMVC的主题也支持国际化, 
 initThemeResolver(context);  
//用来查找Handler的。
 initHandlerMappings(context);  
//从名字上看,它就是一个适配器。Servlet需要的处理方法的结构却是固定的,都是以request和response为参数的方法。//如何让固定的Servlet处理方法调用灵活的Handler来进行处理呢?这就是HandlerAdapter要做的事情
 initHandlerAdapters(context);  
//其它组件都是用来干活的。在干活的过程中难免会出现问题,出问题后怎么办呢?//这就需要有一个专门的角色对异常情况进行处理,在SpringMVC中就是HandlerExceptionResolver。
 initHandlerExceptionResolvers(context);  
//有的Handler处理完后并没有设置View也没有设置ViewName,这时就需要从request获取ViewName了,//如何从request中获取ViewName就是RequestToViewNameTranslator要做的事情了。
 initRequestToViewNameTranslator(context);
//ViewResolver用来将String类型的视图名和Locale解析为View类型的视图。//View是用来渲染页面的,也就是将程序返回的参数填入模板里,生成html(也可能是其它类型)文件。
 initViewResolvers(context);  
//用来管理FlashMap的,FlashMap主要用在redirect重定向中传递参数。
 initFlashMapManager(context); 
}

二、梳理SpringMVC的设计思路

本文只实现自己的@Controller、@RequestMapping、@RequestParam注解起作用,其余SpringMVC功能读者可以尝试自己实现。

1、读取配置

从图中可以看出,SpringMVC本质上是一个Servlet,这个 Servlet 继承自 HttpServlet。FrameworkServlet负责初始化SpringMVC的容器,并将Spring容器设置为父容器。因为本文只是实现SpringMVC,对于Spring容器不做过多讲解。点击这里学习 Spring MVC 常用注解。

为了读取web.xml中的配置,我们用到ServletConfig这个类,它代表当前Servlet在web.xml中的配置信息。通过web.xml中加载我们自己写的MyDispatcherServlet和读取配置文件。

2、初始化阶段

在前面我们提到DispatcherServlet的initStrategies方法会初始化9大组件,但是这里将实现一些SpringMVC的最基本的组件而不是全部,按顺序包括:

  • 加载配置文件
  • 扫描用户配置包下面所有的类
  • 拿到扫描到的类,通过反射机制,实例化。并且放到ioc容器中(Map的键值对 beanName-bean) beanName默认是首字母小写
  • 初始化HandlerMapping,这里其实就是把url和method对应起来放在一个k-v的Map中,在运行阶段取出

3、运行阶段

每一次请求将会调用doGet或doPost方法,所以统一运行阶段都放在doDispatch方法里处理,它会根据url请求去HandlerMapping中匹配到对应的Method,然后利用反射机制调用Controller中的url对应的方法,并得到结果返回。按顺序包括以下功能:

  • 异常的拦截
  • 获取请求传入的参数并处理参数
  • 通过初始化好的handlerMapping中拿出url对应的方法名,反射调用。

三、实现自己的SpringMVC框架

工程文件及目录:

首先,新建一个maven项目,在pom.xml中导入以下依赖:

<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
 <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
 <groupId>com.liugh</groupId>
 <artifactId>liughMVC</artifactId>
 <version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
 <packaging>war</packaging>
   <properties>
   <project.build.sourceEncoding>UTF- 8</project.build.sourceEncoding>
   <maven.compiler.source>1.8</maven.compiler.source>
   <maven.compiler.target>1.8</maven.compiler.target>
   <java.version>1.8</java.version>
 </properties>
 
 <dependencies>
      <dependency>
        <groupId>javax.servlet</groupId> 
      <artifactId>javax.servlet-api</artifactId> 
      <version>3.0.1</version> 
      <scope>provided</scope>
   </dependency>
      </dependencies>
</project>

接着,我们在WEB-INF下创建一个web.xml,如下配置:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?><web-app xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
 xmlns="http://java.sun.com/xml/ns/javaee" xmlns:web="http://java.sun.com/xml/ns/javaee/web-app_2_5.xsd"
 xsi:schemaLocation="http://java.sun.com/xml/ns/javaee http://java.sun.com/xml/ns/javaee/web-app_3_0.xsd"
 version="3.0">
 <servlet>
   <servlet-name>MySpringMVC</servlet-name>
   <servlet-class>com.liugh.servlet.MyDispatcherServlet</servlet-class>
   <init-param>
     <param-name>contextConfigLocation</param-name>
     <param-value>application.properties</param-value>
   </init-param>
   <load-on-startup>1</load-on-startup>
 </servlet>
 <servlet-mapping>
   <servlet-name>MySpringMVC</servlet-name>
   <url-pattern>/*</url-pattern>
 </servlet-mapping></web-app>

application.properties文件中只是配置要扫描的包到SpringMVC容器中。

scanPackage=com.liugh.core

创建自己的Controller注解,它只能标注在类上面:

package com.liugh.annotation;

import java.lang.annotation.Documented;
import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
public @interface MyController {
 /**
    * 表示给controller注册别名
    * @return
    */
   String value() default "";

}

RequestMapping注解,可以在类和方法上:

RequestParam注解,只能注解在参数上

package com.liugh.annotation;

import java.lang.annotation.Documented;
import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;

@Target(ElementType.PARAMETER)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
public @interface MyRequestParam {
 /**
    * 表示参数的别名,必填
    * @return
    */
   String value();

}

然后创建MyDispatcherServlet这个类,去继承HttpServlet,重写init方法、doGet、doPost方法,以及加上我们第二步分析时要实现的功能:

package com.liugh.servlet;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.lang.reflect.Method;
import java.net.URL;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.Map.Entry;
import java.util.Properties;

import javax.servlet.ServletConfig;
import javax.servlet.ServletException;
import javax.servlet.http.HttpServlet;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;

import com.liugh.annotation.MyController;
import com.liugh.annotation.MyRequestMapping;

public class MyDispatcherServlet extends HttpServlet{

private Properties properties = new Properties();

private List<String> classNames = new ArrayList<>();

private Map<String, Object> ioc = new HashMap<>();

private Map<String, Method> handlerMapping = new  HashMap<>();

private Map<String, Object> controllerMap  =new HashMap<>();


@Override
public void init(ServletConfig config) throws ServletException {
  
  //1.加载配置文件
  doLoadConfig(config.getInitParameter("contextConfigLocation"));
  
  //2.初始化所有相关联的类,扫描用户设定的包下面所有的类
  doScanner(properties.getProperty("scanPackage"));
  
  //3.拿到扫描到的类,通过反射机制,实例化,并且放到ioc容器中(k-v  beanName-bean) beanName默认是首字母小写
  doInstance();
  
  //4.初始化HandlerMapping(将url和method对应上)
  initHandlerMapping();
  
  
}



@Override
protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
  this.doPost(req,resp);
}

@Override
protected void doPost(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
  try {
    //处理请求
    doDispatch(req,resp);
  } catch (Exception e) {
    resp.getWriter().write("500!! Server Exception");
  }

}


private void doDispatch(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws Exception {
  if(handlerMapping.isEmpty()){
    return;
  }
  
  String url =req.getRequestURI();
  String contextPath = req.getContextPath();
  
  url=url.replace(contextPath, "").replaceAll("/+", "/");
  
  if(!this.handlerMapping.containsKey(url)){
    resp.getWriter().write("404 NOT FOUND!");
    return;
  }
  
  Method method =this.handlerMapping.get(url);
  
  //获取方法的参数列表
  Class<?>[] parameterTypes = method.getParameterTypes();

  //获取请求的参数
  Map<String, String[]> parameterMap = req.getParameterMap();
  
  //保存参数值
  Object [] paramValues= new Object[parameterTypes.length];
  
  //方法的参数列表
      for (int i = 0; i<parameterTypes.length; i++){  
          //根据参数名称,做某些处理  
          String requestParam = parameterTypes[i].getSimpleName();  
          
          
          if (requestParam.equals("HttpServletRequest")){  
              //参数类型已明确,这边强转类型  
            paramValues[i]=req;
              continue;  
          }  
          if (requestParam.equals("HttpServletResponse")){  
            paramValues[i]=resp;
              continue;  
          }
          if(requestParam.equals("String")){
            for (Entry<String, String[]> param : parameterMap.entrySet()) {
             String value =Arrays.toString(param.getValue()).replaceAll("\[|\]", "").replaceAll(",\s", ",");
             paramValues[i]=value;
           }
          }
      }  
  //利用反射机制来调用
  try {
    method.invoke(this.controllerMap.get(url), paramValues);//第一个参数是method所对应的实例 在ioc容器中
  } catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
  }
}



private void  doLoadConfig(String location){
  //把web.xml中的contextConfigLocation对应value值的文件加载到流里面
  InputStream resourceAsStream = this.getClass().getClassLoader().getResourceAsStream(location);
  try {
    //用Properties文件加载文件里的内容
    properties.load(resourceAsStream);
  } catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
  }finally {
    //关流
    if(null!=resourceAsStream){
      try {
        resourceAsStream.close();
      } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
      }
    }
  }
  
}

private void doScanner(String packageName) {
  //把所有的.替换成/
  URL url  =this.getClass().getClassLoader().getResource("/"+packageName.replaceAll("\.", "/"));
  File dir = new File(url.getFile());
  for (File file : dir.listFiles()) {
    if(file.isDirectory()){
      //递归读取包
      doScanner(packageName+"."+file.getName());
    }else{
      String className =packageName +"." +file.getName().replace(".class", "");
      classNames.add(className);
    }
  }
}



private void doInstance() {
  if (classNames.isEmpty()) {
    return;
  }  
  for (String className : classNames) {
    try {
      //把类搞出来,反射来实例化(只有加@MyController需要实例化)
      Class<?> clazz =Class.forName(className);
       if(clazz.isAnnotationPresent(MyController.class)){
        ioc.put(toLowerFirstWord(clazz.getSimpleName()),clazz.newInstance());
      }else{
        continue;
      }
      
      
    } catch (Exception e) {
      e.printStackTrace();
      continue;
    }
  }
}


private void initHandlerMapping(){
  if(ioc.isEmpty()){
    return;
  }
  try {
    for (Entry<String, Object> entry: ioc.entrySet()) {
      Class<? extends Object> clazz = entry.getValue().getClass();
      if(!clazz.isAnnotationPresent(MyController.class)){
        continue;
      }
      
      //拼url时,是controller头的url拼上方法上的url
      String baseUrl ="";
      if(clazz.isAnnotationPresent(MyRequestMapping.class)){
        MyRequestMapping annotation = clazz.getAnnotation(MyRequestMapping.class);
        baseUrl=annotation.value();
      }
      Method[] methods = clazz.getMethods();
      for (Method method : methods) {
        if(!method.isAnnotationPresent(MyRequestMapping.class)){
          continue;
        }
        MyRequestMapping annotation = method.getAnnotation(MyRequestMapping.class);
        String url = annotation.value();
        
        url =(baseUrl+"/"+url).replaceAll("/+", "/");
        handlerMapping.put(url,method);
        controllerMap.put(url,clazz.newInstance());
        System.out.println(url+","+method);
      }
      
    }
    
  } catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
  }
  
}


/**
 * 把字符串的首字母小写
 * @param name
 * @return
 */
private String toLowerFirstWord(String name){
  char[] charArray = name.toCharArray();
  charArray[0] += 32;
  return String.valueOf(charArray);
}

}

这里我们就开发完了自己的SpringMVC,现在我们测试一下:

package com.liugh.core.controller;

import java.io.IOException;

import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;

import com.liugh.annotation.MyController;
import com.liugh.annotation.MyRequestMapping;
import com.liugh.annotation.MyRequestParam;

@MyController
@MyRequestMapping("/test")
public class TestController {
 
  @MyRequestMapping("/doTest")
   public void test1(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response,
       @MyRequestParam("param") String param){
    System.out.println(param);
     try {
           response.getWriter().write( "doTest method success! param:"+param);
       } catch (IOException e) {
           e.printStackTrace();
       }
   }
  
  
  @MyRequestMapping("/doTest2")
   public void test2(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response){
       try {
           response.getWriter().println("doTest2 method success!");
       } catch (IOException e) {
           e.printStackTrace();
       }
   }
}

访问

http://localhost:8080/liughMVC/test/doTest?param=liugh如下:

访问一个不存在的试试:

到这里我们就大功告成了!水平有限,文章难免有错误,欢迎牺牲自己宝贵时间的读者,就本文内容直抒己见,我的目的仅仅是希望对读者有所帮助。

源码地址:/github.com/qq53182347/liughMVC

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原始发表时间:2018-08-15

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