前言
Java一度被称为是应用最广泛的编程语言。尤其在Java web方面,Java作为后台服务器开发语言,尤其是它跨平台一次编译随处运行的特性,更是受到不少企业和工程师们的爱戴。作为应用开发的主要语言,Java也需要借助其他很多优秀的框架,来实现系统或程序的完整性。针对不同的业务场景,选择合适的框架,是每一个架构师和工程师在开发一项软件之前,必须首先要考虑的事情。随着时代的进步和科技的发展,Java技术框架也在日新月异的进化。
一、Struts1.0
Struts1.0是早期的应用很广泛的web框架了,很多企业的管理系统和网站都是基于这个技术架构做的。Struts的第一个版本是在2001年5月份发布的。它的最初设想是:通过结合JSP和Servlet,使Web应用的视图和业务/应用逻辑得以清晰地分离开来。在Struts之前,最常见的做法是在JSP中加入业务和应用逻辑,或者在Servlet中通过println()来生成视图。
整体框架结构
基本流程是:
- 客户端发送请求(Http Request),被struts1的核心控件器ActionServlet接收。
- ActionServlet根据struts-config.xml里的映射关系找到对就的Action,若找不到就返回500错误到JSP页面。若有就在Action里的 excute()方法里执行相应的逻辑操作,比如调用Model层的方法,然后通过ActionForward,跳转到对应的JSP页面。
具体图示如下:
详细的工作原理流程如下:
二、Struts2.0
自从第一版发布以来,Struts实际上已成为业界公认的Web应用标准。Struts2.0是对1.0的改进。更完美的提现了MVC的强大之处。它是在Struts1.0的成功经验基础上继续坚持对 前端控制器(Front Controller) 和 MVC(model-view-controller)模式 进行改进。
先来看看Struts官方站点,对于Struts2.0的架构介绍:
一个请求在Struts2框架中的处理大概分为以下几个步骤(可查看源码:apache/struts):
1 客户端初始化一个指向Servlet容器(例如Tomcat)的请求
2 这个请求经过一系列的过滤器(Filter)(这些过滤器中有一个叫做ActionContextCleanUp的可选过滤器,这个过滤器对于Struts2和其他框架的集成很有帮助,例如:SiteMesh Plugin)
3 接着FilterDispatcher(现已过时)被调用,FilterDispatcher询问ActionMapper来决定这个请是否需要调用某个Action
4 如果ActionMapper决定需要调用某个Action,FilterDispatcher把请求的处理交给ActionProxy
5 ActionProxy通过Configuration Manager询问框架的配置文件,找到需要调用的Action类
6 ActionProxy创建一个ActionInvocation的实例。
7 ActionInvocation实例使用命名模式来调用,在调用Action的过程前后,涉及到相关拦截器(Intercepter)的调用。
8 一旦Action执行完毕,ActionInvocation负责根据struts.xml中的配置找到对应的返回结果。返回结果通常是(但不总是,也可 能是另外的一个Action链)一个需要被表示的JSP或者FreeMarker的模版。在表示的过程中可以使用Struts2 框架中继承的标签。在这个过程中需要涉及到ActionMapper
在上述过程中所有的对象(Action,Results,Interceptors,等)都是通过ObjectFactory来创建的。
三、SSH框架
前几年,只要大家一说起Java,尤其是Java web编程,大家最先想到的技术便是SSH三大框架了。对于一些初级学者来说,只知其一不知其二,没有对SSH三大框架有更深入的研究和学习。
官方的说法:SSH是 struts+spring+hibernate的一个集成框架,是目前较流行的一种web应用程序开源框架。SSH不是一个框架,而是把多个框架(Struts、Spring以及Hibernate)紧密的结合在一起,用于构建灵活、易于扩展的多层Web应用程序。
Java EE架构大致分为以下几个层次:
- 实体层(POJO层)
- 数据访问层(DAO层)
- 业务逻辑层(Service层)
- 控制器层(Controller层)
- 表现层(View层)
其中SSH框架的系统从职能上分大致可以分为四层:表示层、业务逻辑层、数据持久层和域模块层(实体层)。
由SSH构建系统的基本业务流程是:
1、在表示层中,首先通过JSP页面实现交互界面,负责传送请求(Request)和接收响应(Response),然后Struts根据配置文件(struts-config.xml)将ActionServlet接收到的Request委派给相应的Action处理。
2、在业务层中,管理服务组件的Spring IoC容器负责向Action提供业务模型(Model)组件和该组件的协作对象数据处理(DAO)组件完成业务逻辑,并提供事务处理、缓冲池等容器组件以提升系统性能和保证数据的完整性。
3、在持久层中,则依赖于Hibernate的对象化映射和数据库交互,处理DAO组件请求的数据,并返回处理结果。
采用上述开发模型,不仅实现了视图、控制器与模型的彻底分离,而且还实现了业务逻辑层与持久层的分离。这样无论前端如何变化,模型层只需很少的改动,并且数据库的变化也不会对前端有所影响,大大提高了系统的可复用性。而且由于不同层之间耦合度小,有利于团队成员并行工作,大大提高了开发效率。
四、Spring MVC
Spring MVC属于SpringFrameWork的后续产品,已经融合在Spring Web Flow里面。Spring 框架提供了构建 Web 应用程序的全功能 MVC 模块。SpringMVC是一种web层的mvc框架,用于替代servlet(处理响应请求,获取表单参数,表单验证等)
1. 整体流程
具体步骤:
- 首先用户发送请求到前端控制器,前端控制器根据请求信息(如 URL)来决定选择哪一个页面控制器进行处理并把请求委托给它,即以前的控制器的控制逻辑部分;图中的 1、2 步骤;
- 页面控制器接收到请求后,进行功能处理,首先需要收集和绑定请求参数到一个对象,这个对象在 Spring Web MVC 中叫命令对象,并进行验证,然后将命令对象委托给业务对象进行处理;处理完毕后返回一个 ModelAndView(模型数据和逻辑视图名);图中的 3、4、5 步骤;
- 前端控制器收回控制权,然后根据返回的逻辑视图名,选择相应的视图进行渲染,并把模型数据传入以便视图渲染;图中的步骤 6、7;
- 前端控制器再次收回控制权,将响应返回给用户,图中的步骤 8;至此整个结束。
2. 核心流程
具体步骤:
- 第一步:发起请求到前端控制器(DispatcherServlet)
- 第二步:前端控制器请求HandlerMapping查找 Handler (可以根据xml配置、注解进行查找)
- 第三步:处理器映射器HandlerMapping向前端控制器返回Handler,HandlerMapping会把请求映射为HandlerExecutionChain对象(包含一个Handler处理器(页面控制器)对象,多个HandlerInterceptor拦截器对象),通过这种策略模式,很容易添加新的映射策略
- 第四步:前端控制器调用处理器适配器去执行Handler
- 第五步:处理器适配器HandlerAdapter将会根据适配的结果去执行Handler
- 第六步:Handler执行完成给适配器返回ModelAndView
- 第七步:处理器适配器向前端控制器返回ModelAndView (ModelAndView是springmvc框架的一个底层对象,包括 Model和view)
- 第八步:前端控制器请求视图解析器去进行视图解析 (根据逻辑视图名解析成真正的视图(jsp)),通过这种策略很容易更换其他视图技术,只需要更改视图解析器即可
- 第九步:视图解析器向前端控制器返回View
- 第十步:前端控制器进行视图渲染 (视图渲染将模型数据(在ModelAndView对象中)填充到request域)
- 第十一步:前端控制器向用户响应结果
五、分布式
到了最近几年,分布式框架中RPC和SOA等微服务架构中,主流的Java开发框架以SpringBoot/Cloud、Dubbo等分布式微服务尤为热门。
1.RPC
RPC(Remote Process Call),即远程服务调用,被广泛地应用在很多企业应用中,是早期主要的服务治理方案,其流程较为简单,客户端consumer携带参数发送RPC请求到服务提供方provider,provider根据参数路由到具体函数,方法,并将执行获得的结果返回,至此一次RPC调用完成。
2.SOA
由于简单的RPC调用已经不能随着时代发展满足需求,因此复杂的业务逻辑对于分布式应用架构体系的需求愈发强烈,业务希望自己的服务是分布式部署的,请求是分流的,对数据的操作是能读写分离的,同时能屏蔽许多复杂需要自己编写的底层服务,借助已有的公共服务,去快速的构建自己的应用,降低人力开发维护的成本和提高应用交付的效率,基因此,基于分布式服务思想的SOA(Service-Oriented Architecture)成了新的受追捧的架构。常见的SOA服务调用流程图如下:
五、业界服务治理方案
业界的互联网巨头公司,都有属于自己的分布式服务框架,如阿里巴巴的Dubbo,HSF,腾讯的Tars,京东的JSF,新浪的Motan,都已经是业界非常成熟的解决方案,其中开源的Dubbo和Motan受到了广大开发者的研究对象。
纵观这些服务框架,设计的基本思路都如上图,无非涉及provider发布注册,consumer订阅,调用发起,负载均衡,服务分流和监控等模块,并在此基础上增加了很多玩法,形成了各具特色的分布式服务框架设计,下面就Dubbo,JSF,Motan的设计做下简单的介绍。
(1)Dubbo:下图是Dubbo在服务治理方面的架构设计
初始化阶段:部署在Container的Provider启动后向服务中心Registry发布并注册自己的服务,客户端Consumer初始化时即向Registry订阅自己想要的服务,同时Registry对Consumer保持着一个长连接,当订阅的服务新增或减少节点时,会及时通知到客户端更新(此过程是异步进行的,不会影响Consumer的主流程),如此一来,客户端Consumer便有了Provider的所有实时信息,便可以发起服务调用了。
invoke阶段:客户端Consumer从获得的所有Provider列表中通过负载均衡等策略选出最适合调用的服务提供者Provider并发起同步调用。
Monitor阶段:Consumer和Provider通过异步的方式向监控中心上报自己的需要被监控的数据。
(2)JSF:下图是JSF在服务治理方面的架构设计
- 初始化阶段:Provider启动后向服务注册中心发布注册自己的服务
- invoke阶段:与Dubbo不同的是,JSF的注册中心不向Consumer推送Provider实时数据,而是在发起调用时Consumer向注册中心询问并获得对应的Provider,然后组织匹配JSF协议的报文发起调用。
- Monitor阶段:Provider定期向监控中心发送性能统计数据,同时Provider还会上报事件给事件中心。
(3)Motan:Motan是有名的轻量级服务框架,代码质量很高,下图是Motan在服务治理方面的架构设计
Motan的服务治理设计与Dubbo十分的相似,都是Provider发布注册,Consumer订阅与接受推送,之后发起调用。
六、分布式服务框架主要模块名词释义
无论是那种SOA的架构设计,都离不开几个模块的功能,即Provider,Consumer,Registry,Gateway,负载均衡,服务分流,监控等,通过上述所讲,应该对这些功能模块有了初步的认识,下面就这些名词再作下介绍
(1)Provider:服务提供者,无论是业务服务,还是一个系统中公用的SAAS,都属于Provider
(2)Consumer:即发起调用的客户端
(3)Registry:服务注册中心,是分布式服务系统中的一个重要组成模块,管理Provider的Manager,在实际的运行环境中,服务注册中心Registry被动通知或Consumer主动询问,在Provider有节点宕机或新增节点时,客户端也可实时感知到,从而避免了某个Provider被无限调用或是无限闲置
(4)Gateway:网关也是分布式服务框架中不可或缺的部分,每种系统与框架都有自己的一套协议,当异构系统互相调用时,网关的作用即显现出来,Gateway接受各种外部HTTP请求,完成相应的权限校验,报文适配,路由转发到对应的Provider,再将Provider返回的结果传递给异构系统的Consumer,完成异构系统的互相调用
(5)负载均衡,服务分流:Consumer从Registry获得具体的Provider列表后,如何选取合适的Provider,取决与一定的负载均衡算法,常见的算法有轮询法,随机法,源地址哈希,加权轮询,加权随机等
(6)监控:接收来自Consumer和Provider异步上报的性能监控数据,对有风险的节点发出告警。