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自己手写一个 SpringMVC 框架

2018-02-24 liugh_develop 开源中国


前端框架很多,但没有一个框架称霸,后端框架现在Spring已经完成大一统.所以学习Spring是Java程序员的必修课.


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。想要实现自己的SpringMVC框架,需要从以下几点入手:


一、了解 SpringMVC 运行流程及九大组件

二、自己实现 SpringMVC 的功能分析

三、手写 SpringMVC 框架


一、了解SpringMVC运行流程及九大组件


  1、SpringMVC 的运行流程


· 用户发送请求至前端控制器DispatcherServlet

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

· 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。

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

· 执行处理器(Controller,也叫后端控制器)。

· Controller执行完成返回ModelAndView

· HandlerAdapter将controller执行结果● ModelAndView返回给DispatcherServlet

· DispatcherServlet将ModelAndView传给● ViewReslover视图解析器

· ViewReslover解析后返回具体View

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

· DispatcherServlet响应用户。


从上面可以看出,DispatcherServlet有接受请求,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、自己实现 SpringMVC 功能分析


本篇文章只实现 SpringMVC 的配置加载、实例化扫描的包、HandlerMapping 的 url 映射到对应的Controller 的 method 上、异常的拦截和动态调用后返回结果输出给浏览器的功能。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(有兴趣同学可以看看博主另一篇文章:向spring大佬低头--大量源码流出解析)。


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

在上文中,我们知道了DispatcherServlet的initStrategies方法会初始化9大组件,但是本文将实现一些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、手写 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。为了方便,博主直接导入了Springboot的web包,里面有我们需要的所有web开发的东西:

<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>

  

 <dependencyManagement>

<dependencies>

<dependency>

<groupId>org.springframework.boot</groupId>

<artifactId>spring-boot-dependencies</artifactId>

<version>1.4.3.RELEASE</version>

<type>pom</type>

<scope>import</scope>

</dependency>

</dependencies>

</dependencyManagement>

<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>org.springframework.boot</groupId>

            <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>

        </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:

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,ElementType.METHOD})

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)

@Documented

public @interface MyRequestMapping {

/**

     * 表示访问该方法的url

     * @return

     */

    String value() default "";


}


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);//obj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值的文件加载到留里面

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!


附:

向spring大佬低头--大量源码流出解析https://my.oschina.net/liughDevelop/blog/1434547



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