Das Spring Framework: Eine umfassende Einführung
Das Spring Framework ist ein vielseitiges und mächtiges Open-Source-Framework, das die Entwicklung von Java-Anwendungen erheblich vereinfacht. Es ermöglicht die Erstellung robuster und leistungsfähiger Applikationen auf effiziente Weise.
Der Begriff „Open-Source“ impliziert, dass der Quellcode für jedermann zugänglich ist, verändert und frei weitergegeben werden kann.
Ein Open-Source-Anwendungsframework fungiert als eine Art Bauplan für die Softwareentwicklung, der von einer Gruppe von Entwicklern erstellt wurde. Es gibt diverse Vorlagen, die für verschiedene Zwecke dienen, wie beispielsweise die Gestaltung von Benutzeroberflächen, Webseiten oder grundlegenden Softwareanwendungen.
Für Einsteiger in die Anwendungsentwicklung kann das Spring Framework einen ausgezeichneten Einstiegspunkt darstellen. Dieser Artikel beleuchtet dessen Funktionsweise und Anwendung.
Was ist das Spring Framework?
Das Spring Framework ist ein Open-Source-Framework, das speziell für die Entwicklung von Java-Unternehmensanwendungen konzipiert wurde. Es wurde von Rod Johnson ins Leben gerufen und im Jahr 2003 unter der Apache 2.0 Lizenz veröffentlicht.
Manche Programmierer bemängeln oft die umständliche Natur von Java bei der Entwicklung einfacher Anwendungen. Das Spring Framework zielt darauf ab, diesen komplexen Prozess der Entwicklung von Java-Unternehmensanwendungen zu vereinfachen.
Die Vielseitigkeit von Spring erfordert ein grundlegendes Verständnis des Frameworks selbst, bevor man sich an andere Spring-basierte Projekte wie Spring Boot, Spring GraphQL und Spring Cloud wagt.
Warum das Spring Framework verwenden?
- Flexibilität: Spring bietet verschiedene Technologien wie Aspect-Oriented Programming (AOP), Dependency Injection (DI) und Plain Old Java Object (POJO), die eine vielseitige Anwendungsentwicklung ermöglichen.
- Geschwindigkeit: Trotz seiner umfangreichen Funktionen bleibt Spring schlank und eignet sich hervorragend für die Entwicklung skalierbarer und robuster Webanwendungen im Unternehmensbereich.
- Starke Community: Spring verfügt über eine aktive und hilfsbereite Community, die bei Problemen und Fragen schnell Lösungen anbietet.
- Sicherheit: Spring ist bekannt für seine Sicherheitsmaßnahmen und regelmäßigen Patches, die Schwachstellen beheben. Die Abhängigkeiten von Drittanbietern werden ständig überwacht, um potenzielle Sicherheitsprobleme zu vermeiden.
- Produktivität: Spring Framework optimiert den gesamten Entwicklungsprozess von Java-Unternehmensanwendungen.
Kernfunktionen des Spring Frameworks
Unterstützung für aspektorientierte Programmierung (AOP)
Die aspektorientierte Programmierung (AOP) verbessert die Modularität für übergreifende Belange und ergänzt die objektorientierte Programmierung.
Die zentrale Einheit der Modularität in AOP ist ein Querschnittsaspekt (Aspect). Entwickler können somit deklarative Unternehmensdienste und benutzerdefinierte Aspekte erstellen.
Inversion of Control (IoC) Container
Der IoC-Container bietet eine effiziente Methode zur Verwaltung und Konfiguration von Java-Objekten. Er übernimmt die Lebenszyklusverwaltung dieser Objekte, was die Rekonfigurierbarkeit von Spring-basierten Anwendungen erheblich verbessert.
Die Inversion of Control nutzt Dependency Lookup oder Dependency Injection, um die Laufzeit von Objektreferenzen zu ermöglichen. Der IoC-Container enthält Assembler-Code, der für die Konfigurationsverwaltung notwendig ist.
Datenzugriffs-Framework
Die Datenkommunikation wird durch die direkte Unterstützung von Spring für Hibernate, JDBC und Java Persistence API (JPA), einige der populärsten Datenzugriffs-Frameworks in Java, vereinfacht. Dieses Framework bietet auch Funktionen wie Ressourcenumschließung, Ausnahmebehandlung und Ressourcenmanagement für alle unterstützten Frameworks.
Spring MVC Framework
Entwickler können dieses anforderungsbasierte Framework nutzen, um eigene MVC-Implementierungen zu entwickeln, die ihren spezifischen Bedürfnissen entsprechen.
Das Herzstück von Spring MVC ist die Klasse DispatcherServlet, welche Benutzeranfragen entgegennimmt und an den entsprechenden Controller weiterleitet. Der Controller verarbeitet die Anfrage, erstellt ein Modell und stellt dem Endbenutzer über eine bestimmte Ansicht Informationen bereit.
Testframeworks
Spring bietet verschiedene Testframeworks, um Spring-basierte Anwendungen während der Entwicklung zu testen, z.B. über Mock-Objekte, das TestContext-Framework oder den Spring MVC-Test.
Sprachunterstützung
Spring Framework unterstützt Groovy und Kotlin.
Die Architektur von Spring
Das Spring Framework besteht aus etwa 20 Modulen. Ein Vorteil ist die Möglichkeit, die benötigten Module passend zum jeweiligen Anwendungsfall auszuwählen. Diese Module sind in Core Container, AOP (Aspect Oriented Programming), Data Access/Integration, Web, Instrumentation und Test gruppiert.
Bildnachweis: Spring.io
#1. Core-Container
Der Core Container von Spring Framework beinhaltet die Modelle Core, Beans, Context und Expression Language. Diese Modelle haben folgende Funktionen:
- Das Core-Modul ist das Fundament des Frameworks und enthält IoC- und Dependency-Injection-Funktionalitäten.
- Das Bean-Modul ist bekannt für BeanFactory, einer fortschrittlichen Implementierung des Fabrikmusters.
- Das Context-Modul baut auf dem Core- und Bean-Modul auf und bietet zusätzlich Unterstützung für Internationalisierung.
- Das Expression Language-Modul bietet eine leistungsstarke Sprache zur Manipulation und Abfrage eines Objektdiagramms zur Laufzeit.
#2. Datenzugriff/Integration
Die Schicht für den Datenzugriff und die Integration besteht aus den Modulen JDBC, ORM, OXM, JMS und Transaktionen. Diese Module sind für folgende Aufgaben zuständig:
- Das JDBC-Modul bietet eine Abstraktionsschicht, die die mühsame JDBC-Programmierung sowie die Analyse von datenbankanbieterspezifischen Fehlercodes überflüssig macht.
- Das ORM-Modul dient als Integrationsschicht für gängige objektrelationale Mapping-APIs wie JPA, JDO, Hibernate und iBatis.
- Das OXM-Modul ist eine Abstraktionsschicht, die Object/XML-Mapping-Implementierungen für XStream, JAXB, JiBX, Castor und XMLBeans unterstützt.
- Das Transaktionsmodul ermöglicht die deklarative und programmatische Transaktionsverwaltung für Klassen, die bestimmte Schnittstellen implementieren.
- Das Java Messaging Service (JMS)-Modul verfügt über Funktionen zum Erzeugen und Verarbeiten von Nachrichten.
#3. AOP (Aspect Oriented Programming) und Instrumentierung
Dieses Modul beinhaltet eine AOP-Alliance-konforme Implementierung für aspektorientierte Programmierung, die es einfach macht, Methoden-Interceptoren zu definieren. Das Instrumentations-Modul bietet Unterstützung für Classloader und Klasseninstrumentierung, die in bestimmten Anwendungsservern verwendet werden können.
#4. Web
Die Web-Schicht besteht aus den Modulen Web, Web-Servlet, Web-Struts und Web-Portlet.
- Das Web-Modul ist verantwortlich für grundlegende weborientierte Integrationsfunktionen wie das Hochladen von Multipart-Dateien.
- Das Web-Servlet-Modul enthält die Spring MVC-Implementierung für Webanwendungen.
- Das Web-Portlet-Modul spiegelt die Funktionalität des Web-Servlet-Moduls wider und bietet eine MVC-Implementierung für Portlet-Umgebungen.
- Das Web-Socket-Modul unterstützt die bidirektionale Kommunikation zwischen Server und Client in Webanwendungen.
#5. Testen
Das Test-Modul ist der letzte Teil der Spring-Architektur und unterstützt das Testen von Spring-Komponenten mit TestNG oder JUnit.
Installation des Spring Frameworks
Java Installation überprüfen
Bevor das Spring Framework verwendet werden kann, muss es auf dem Computer installiert sein. Die Spring-Dokumentation bietet umfangreiche Ressourcen für die ersten Schritte, je nach Betriebssystem.
In diesem Beispiel wird Ubuntu 20.04.5, ein Linux-basiertes Betriebssystem verwendet.
Vor der Installation von Spring sollte geprüft werden, ob Java mit folgendem Befehl installiert ist:
java -version
Bei erfolgreicher Installation von Java sollte eine Ausgabe ähnlich der folgenden erfolgen:
Wenn Java nicht installiert ist, gibt es verschiedene Methoden zur Installation, abhängig von den jeweiligen Anforderungen.
Installation von Spring Framework
Es gibt mehrere Möglichkeiten, das Spring Framework zu installieren, wie in der Spring-Dokumentation beschrieben.
Hier verwenden wir GVM (Groovy Environment Manager), der über GVMtool oder die Befehlszeile installiert werden kann.
Nach der Installation von GVM können die folgenden Befehle zum Installieren und Überprüfen der Spring-Installation verwendet werden:
gvm install springboot
spring --version
Bei erfolgreicher Installation von Spring sollte eine Ausgabe ähnlich der folgenden erfolgen:
Wichtige Begriffe im Zusammenhang mit dem Spring Framework
Dependency Injection (Abhängigkeitsinjektion)
Dependency Injection ermöglicht es Entwicklern, unabhängige Objekte außerhalb der Klasse zu erstellen und diese Objekte einer Klasse auf unterschiedliche Weise zur Verfügung zu stellen.
Inversion of Control (IoC)
IoC ist ein Konzept, bei dem die Kontrolle über Programmteile oder Objekte an ein Framework oder einen Container übertragen wird. Während in der traditionellen Programmierung der eigene Code Bibliotheken aufruft, ermöglicht IoC es einem Framework (in diesem Fall Spring), Aufrufe an den eigenen Code zu senden und den Programmablauf zu steuern.
Aspect-Oriented Programming (AOP)
AOP ist eine Technik zum Erstellen gemeinsamer und wiederverwendbarer Routinen, die in der gesamten Anwendung verwendet werden können. Wiederholbare Aufgaben, wie Eingabevalidierung, Protokollierung und Fehlerbehandlung, werden von der Kernanwendungslogik getrennt.
Lernressourcen für Spring Framework
#1. Reaktive Programmierung mit Spring Framework 5
Dieser Kurs umfasst Videos, Artikel und herunterladbare Ressourcen zur funktionalen Programmierung mit Java, Microservices mit Spring WebFlux und reaktiven Typen in Spring Data MongoDB.
#2. Spring Framework Meisterklasse
Die Spring Framework Master Class ist ein kostenpflichtiger Kurs, der die Verwendung des Spring Frameworks in realen Java-Projekten vermittelt. Teilnehmer lernen den Einsatz verschiedener Tools wie Spring Boot, JUnit & Mockito, Spring JDBC, Spring AOP und Hibernate.
#3. Spring Framework in einfachen Schritten
Spring Framework in Easy Steps ist ein Premium-Kurs, der sich ideal eignet, um End-to-End-Java-EE-Webanwendungen mit Spring Framework zu entwickeln. Themen sind die Entwicklung von Webanwendungen mit Spring MVC, die Durchführung von Ajax-Aufrufen mit JQuery und Spring MVC, sowie Datenbankoperationen mit Spring JDBC.
#4. Spring Framework 5
Dieser Kurs bietet 57 Stunden On-Demand-Videos, 13 Artikel und viel herunterladbares Material zum Erlernen von Spring Framework 5, Spring Data MongoDB, Spring Boot 2, Spring MVC, Spring Data JPA und Hibernate.
Anmerkung des Verfassers
Java bleibt eine der beliebtesten Programmiersprachen der heutigen Zeit. Frameworks wie Spring geben Java neues Leben und erweitern seinen Anwendungsbereich. Es wird weiterhin Bedarf an Java-Entwicklern bestehen, die sowohl alten Code warten als auch neue Anwendungen entwickeln.
Fazit
Spring nimmt unter den Java EE-Frameworks eine wichtige Stellung ein. Wir hoffen, dass dieser Artikel das Spring Framework, seine Funktionen, Architektur und Arbeitsweise verständlich erklärt hat. In Kombination mit anderen Spring-Projekten bietet Spring Framework Entwicklern eine Reihe von Entwicklungswerkzeugen für verschiedenste Umgebungen.