自己手写一个 SpringMVC 框架

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2018-03-12 10:44 by 副主编 jihong10102006 评论(2) 有10923人浏览

spring MVC

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：