Spring

Spring — это фреймворк с открытым исходным кодом для языка программирования Java. Он был создан для упрощения разработки и поддержки масштабируемых, слабосвязанных и повторно используемых приложений. Фреймворк нужен, чтобы разработчикам было легче проектировать и создавать приложения. Spring не связан с конкретной парадигмой или моделью программирования, поэтому его могут использовать как каркас для разных видов приложений.

Чаще всего Spring используется в крупных корпоративных проектах: это характерно для Java и связанных с ним инструментов. Но благодаря универсальности применять Spring можно и в других случаях. Его задача — дать разработчикам больше свободы в проектировании и реализации.

Spring — открытый бесплатный проект, просмотреть его исходный код может любой желающий. Он написан на Java, Kotlin и Groovy, поэтому в теории может использоваться с любым из этих языков. На практике Spring чаще всего применяют с Java. Название читается как «Спринг».

История создания Spring Framework

Spring был разработан компанией Pivotal Software и впервые выпущен в 2002 году.

История создания Spring началась в 2001 году, когда Pivotal стала работать над проектом под названием Sprinkler — это была система управления контентом для веб-сайтов. В то время команда разработчиков состояла из четырех человек: Роя Филдинга, Марка Стеббинса, Дейва Буша и Саймона Кокса.

В процессе работы над проектом команда столкнулась с рядом проблем, связанных с необходимостью написания большого количества кода для реализации базовых функций, таких как управление транзакциями, обработка исключений, внедрение зависимостей и т.д. Это привело к тому, что команда приняла решение создать фреймворк для упрощения и стандартизации разработки веб-приложений.

Так и началась разработка Spring. Название Spring было выбрано из-за его простоты и ассоциации с весной — временем обновления и роста.

Первый релиз Spring был выпущен в апреле 2002 года. Он содержал в себе несколько основных компонентов, включая механизм внедрения зависимостей, поддержку аспектов AOP и интеграцию с Hibernate ORM.

Кто пользуется Spring

• Java-разработчики, которые занимаются созданием десктопных, мобильных или веб-приложений, — Spring можно использовать в любом из направлений. Чаще всего речь идет о проектах enterprise-масштаба.
• Kotlin-разработчики, так как этот язык написан на основе Java и использовался для создания Spring.
• Системные архитекторы и инженеры, основная задача которых — проектировать будущие проекты. Spring можно использовать как каркас, шаблон для приложения, поэтому он важен в проектировании и анализе.
• Иногда — бэкенд-разработчики, так как в некоторых случаях серверная часть сайта может быть написана на Java.

Для чего нужен Spring

• Для более быстрого и легкого создания приложений — набор инструментов фреймворка позволяет выполнять те же задачи с меньшим количеством затрат, чем при написании с нуля.
• Для архитектурной «гибкости»: Spring универсален, поэтому позволяет реализовать нестандартные решения.
• Для гибкого использования возможностей — к проекту можно подключать разнообразные модули и тем самым настраивать инструментарий под свои нужды.
• Для удобного построения зависимостей, благодаря которому разработчики могут сконцентрироваться на логике приложения, а не на том, как подключить одно к другому.
• Для реализации парадигмы аспектно-ориентированного программирования, о котором мы подробнее расскажем ниже.
• Для решения задач, связанных со связями между компонентами или разными приложениями, для доступа различных частей системы друг к другу и многого другого.

Принципы Spring

Универсальность. Spring иногда называют платформой: он действительно предлагает разработчикам как бы фундамент, на основе которого можно реализовать приложение. Основная философия — универсальность. Это отличает Spring от других похожих фреймворков.

Облегченность. Второй важный принцип — минимальное воздействие, благодаря которому Spring называют облегченным. Это относится не к размеру фреймворка, а к концепции использования. Благодаря подходу задачи можно реализовать с меньшим количеством кода и минимальной зависимостью от фреймворка.

Поддержка инфраструктуры. На русскоязычном сайте Spring фреймворк сравнивают с водопроводом: основное внимание в нем уделено настройке зависимостей и связей между технологиями. В фреймворке реализован подход IoC, Inversion of Control — инверсия контроля, принцип, который облегчает зависимости между компонентами. Функциональность помогает поддерживать инфраструктуру внутри проекта.

Перед началом работы проект нужно сконфигурировать — указать, какие модули фреймворка к нему подключить и какие технологии использовать. В зависимости от конфигурации разработчику доступны те или иные инструменты.

Как устроен фреймворк

Spring — модульный, то есть состоит из множества компонентов, мини-фреймворков. Компоненты (модули) иногда называют фреймворками во фреймворке. Опишем основные — те, которые обеспечивают фреймворку функциональность.

IoC. Выше мы говорили про зависимости и инверсию контроля. Модуль, который управляет ей, считается основным в фреймворке. Это контейнер, которому делегировано управление зависимостями и конфигурирование разных компонентов. Он пользуется технологией, которая называется Dependency lnjection — инъекция зависимостей. При инверсии контроля создание зависимостей выносится за пределы создания самого объекта — вместо этого они создаются в специальном методе или конструкторе в зависимости от выбранного подхода.

Модуль АОП. АОП — аббревиатура аспектно-ориентированного программирования, парадигмы, для которой и нужен модуль. Чаще всего ее используют в Java и похожих языках.

Java — язык с сильным упором на объектно-ориентированное программирование. Но возможностей ООП не всегда достаточно — существуют задачи, для которых подход не оптимален. Это сквозная функциональность — функциональность, которую невозможно выделить в отдельные сущности с помощью ООП. В итоге ее реализация разбрасывается по разным объектно-ориентированным сущностям, код становится сложнее и запутаннее.

АОП нужно, чтобы облегчить поддержку сквозной функциональности. Эта парадигма позволяет описать ее отдельно и выделить в самостоятельную сущность. Но методы, которые при этом используются, лежат за пределами ООП и потому требуют отдельной реализации. В Spring за эту реализацию отвечает соответствующий модуль.

Модуль доступа к данным. Эта часть фреймворка отвечает за взаимодействие с СУБД — системами управления базами данных. С помощью модуля Spring можно «связать» логику на Java с управлением базой, настроить доступ к ней разных частей кода. Например, если в приложении выполнится скрипт, которому потребуется информация из базы данных, он сможет к ней обратиться. Задача Spring — в организации грамотного и безопасного доступа.

Для доступа к данным в Spring используется стандарт JDBC, или Java DataBase Connectivity — соединение с базой данных на Java. База соединяется с приложением по уникальному URL с помощью особых сущностей — драйверов.

Кроме этого стандарта, Spring поддерживает ORM — Object-Relational Mapping, или объектно-реляционное отображение. Так называется технология, которая «связывает» реляционные базы данных с сущностями ООП. Spring может работать со всеми основными реализациями ORM.

Модуль транзакций. Транзакция — это последовательность запросов к базе данных, собранная в единый блок. Spring позволяет управлять транзакциями и координировать их, чтобы работа была прозрачной и безопасной. Функциональность фреймворка включает в себя возможность работать с локальными, глобальными и вложенными транзакциями, использовать для них точки сохранения и многое другое. Он поддерживает и абстракции — они нужны для некоторых форматов данных в базе.

Модуль MVC. MVC — это популярная схема приложения, при которой оно как бы разделяется на три основных части: модель данных, отображение и контроллер. Модель представляет собой данные, с которыми работает приложение, отображение отвечает за интерфейс и общение с пользователем, а контроллер — это логика изменения модели в ответ на действия пользователя. Чаще всего схему используют для веб-приложений.

В Spring есть собственная функциональность для реализации MVC. Изначально разработчики ее не планировали, но добавили, когда оказалось, что альтернативные реализации не очень хорошо решают поставленные задачи. Особенности модуля MVC для Spring — прозрачное и четкое разделение между слоями, возможность быстро заменить один интерфейс на другой, привязка функциональности к конкретному интерфейсу. При создании приложений по схеме MVC можно пользоваться не только одноименным модулем, но и другими инструментами Spring.

Модуль авторизации и аутентификации. В нем собраны инструменты, отвечающие за авторизацию и аутентификацию пользователя в системе. В коммерческой разработке в этой области сейчас огромное количество возможных решений, и Spring позволяет работать с большинством современных протоколов и процессов. Этот модуль тесно связан с другой разработкой — Spring Security, отдельным фреймворком на базе Spring. Он позволяет создавать сложные механизмы аутентификации и авторизации, рассчитанные в том числе на масштабные корпоративные Spring-проекты. Spring Security официально включен в Spring как дочерняя разработка.

Другие модули и возможности. Как уже говорилось, модулей в Spring несколько десятков. Кроме описанных выше, стоит упомянуть еще несколько:

• организация удаленного доступа, при котором сущности языка Java передаются через сеть по специальным протоколам и технологиям. Благодаря возможности приложение может вызвать функцию или сервис, которые хранятся на другом сервере, — это важно для больших проектов;
• модуль удаленного управления — это не то же самое, что удаленный доступ. Удаленное управление помогает настраивать и конфигурировать Java-объекты, даже находящиеся на других серверах;
• модуль работы с сообщениями помогает организовать отправку, получение и чтение системных сообщений. Сообщения — способ разных Java-приложений «общаться» друг с другом;
• модуль для тестирования содержит классы и методы для автоматизированного тестирования кода.

Дочерние фреймворки. Мы намеренно отделили их от модулей: хотя дочерние проекты могут быть компонентами Spring, их можно применять с другими разработками. Один из фреймворков, Spring Security, мы упомянули выше. Это отдельный инструментарий. И он не единственный:

• Spring Roo — фреймворк для быстрого создания бизнес-приложений. Он связан со Spring и частично пользуется его возможностями, но задача у него другая, более специфическая. Он реализует подход «соглашение прежде конфигурации», или CoC (Convention over Configuration). Это означает, что фреймворк включает ряд соглашений по структуре проекта, и они превыше конкретных конфигурационных решений. Подход нужен, чтобы быстро создавать типовые приложения и не заботиться о разработке уникальных соглашений;
• Spring Integration — фреймворк для интеграции разных корпоративных приложений в единую сеть. Он позволяет обмениваться сообщениями, маршрутизировать потоки данных, активировать сервисы, интегрироваться с различными технологиями и строить архитектуру сети. Это бывает нужно, например, на больших предприятиях.

В чем разница между Spring и Spring Boot

В начале работы с фреймворком можно перепутать Spring и Spring Boot. Это не отдельный фреймворк, а дополнение к Spring, которое облегчает работу с ним. Spring нужно конфигурировать для каждого нового проекта. Конфигурация может занять много времени и не дать ощутимые преимущества в дальнейшей работе. Чтобы исправить проблему, был создан Spring Boot. Он включает комплекс утилит для автоматизации настройки.

Spring Boot:

• автоматически конфигурирует проекты на основе одного из стартовых пакетов для них;
• облегчает создание и развертывание приложений на Spring;
• быстро и легко управляет зависимостями и подгружает необходимые модули;
• поддерживает встроенный сервер для запуска приложений;
• может автоматически создать и настроить базу данных для приложения.

При необходимости настройки Spring Boot можно изменить, чтобы он конфигурировал и настраивал компоненты иначе. Набор утилит облегчает работу со Spring, поэтому некоторые туториалы по умолчанию написаны с учетом использования Spring Boot.

Преимущества Spring

Возможность комплексного использования. Благодаря огромному количеству компонентов и технологий, которые поддерживает Spring, он универсален. Его можно использовать комплексно, например для разных частей архитектуры MVC или решения других сложных задач. Не нужно собирать большой стек технологий. Если чего-то окажется недостаточно, помогут дополнительные инструменты и другое ПО экосистемы Spring.

Облегчение и ускорение работы. Цель любого фреймворка — делать работу эффективнее и быстрее. То, на что ушло бы несколько месяцев на «чистом» языке, с фреймворком делается за считанные дни, а в коммерческой разработке время имеет ключевое значение. Фреймворк — как каркас, вокруг которого пишется остальной код программы. Некоторые компоненты и логика уже реализованы, и задача программиста — в том, чтобы грамотно ими воспользоваться.

Масштабность. Благодаря огромной экосистеме можно подобрать решение для любой задачи. Дополнительные модули, технологии и программное обеспечение от разработчиков существуют для большинства актуальных направлений: веб-разработки, создания микросервисов, реализации той или иной программной модели. Все дополнительные технологии описаны на официальном сайте, там же есть примеры их использования для решения разных задач.

Большое сообщество. Spring востребован и нужен на рынке труда. С ним работают много энтузиастов, поэтому вы, скорее всего, сможете найти ответ на свой вопрос на тематических порталах. У него обширная документация, часть которой переведена на русский язык. Энтузиасты постоянно улучшают фреймворк или дополняют его новыми технологиями — в долговременной перспективе это облегчает программирование.

Открытый исходный код. Spring бесплатный, а его код открыт всем желающим. Технологии, связанные с Java, чаще других бывают проприетарными и закрытыми, поэтому открытость Spring особенно важна — она снижает порог входа и облегчает изучение фреймворка.

Недостатки Spring

Долгая настройка. «Чистый» Spring требует длительной конфигурации с нуля для каждого проекта. Это отнимает время и силы. Для решения проблемы существует Spring Boot. Он упрощает работу с фреймворком, но может стать причиной путаницы из-за схожести названий.

Сложный старт. Java и связанные с ней технологии — не самые простые для старта. Поэтому новичкам может быть сложно начать изучение программирования именно со Spring и дочерних инструментов.

Как начать пользоваться Spring Framework

Начинать работу с Spring и осваивать фреймворк лучше после того, как вы познакомились с базой программирования на «чистом» Java. На официальном сайте есть инструкция по подключению фреймворка: достаточно указать несколько параметров, и сайт сам сгенерирует код. Его нужно вставить в конфигурацию сборки Java — после этого фреймворком можно пользоваться в проектах. На ранних этапах изучения можно воспользоваться обучающими материалами, которые есть в открытом доступе даже на официальном сайте. Существуют русскоязычные сообщества энтузиастов, тематические сайты и порталы, где можно общаться с единомышленниками.