Chương 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. Tổng quan về Spring Spring framework, hay ngắn hơn là Spring, là một cấu trúc dùng để xây dựng chương trình ứng dụng mã nguồn mở dành cho ngôn ngữ lập trình Java. Phiên bản đầu tiên của nó do Rod Johnson viết và đã được ông xuất bản cùng với quyển sách đầu tay Expert One-on-One JavaEE Design and Development (Nhà xuất bản Wrox Press, Tháng 10 năm 2002). Kiến trúc của Spring framework được ra mắt công chúng lần đầu tiên hồi tháng 6 năm 2003 dưới Giấy phép Apache - phiên bản 2.0 đánh dấu mốc thành đạt đầu tiên được xuất bản vào tháng 3 năm 2004 và tiếp đó vào tháng 9 năm 2004, tháng 3 năm 2005.
Tuy Spring framework không bắt buộc người ta phải tuân theo một mô hình lập trình cụ thể nào, song nó lan truyền rộng rải trong cộng đồng những người viết chương trình dùng Java, như một hình thức chủ yếu thay thế cho mô hình Enterprise Java Bean. Theo thiết kế, bộ framework này giải phóng lập trình viên dùng Java, cho phép họ nhiều quyền tự do hơn và đồng thời cung cấp một giải pháp tiện lợi, đầy đủ dẫn chứng bằng tài liệu, dễ dàng sử dụng, phù hợp với những thực hành thông dụng trong công nghệ phần mềm. Bên cạnh những đặc trưng nền tảng của Spring framework là những cái có thể dùng được trong bất cứ một chương trình ứng dụng Java nào, rất nhiều các mở rộng và tiến bộ trong việc kiến tạo các trình ứng dụng dành cho nền tảng mạng web (web-based application) dựa trên nền Java Enterprise cũng tồn tại nữa. Spring framework nổi tiếng cũng một phần do chính đặc thù kể trên và được giới thương mại công nhận như một nền tảng kiến trúc có tầm quan trọng trong chiến lược kiến tạo phần mềm.
Lịch sử phát triển Phần đầu tiên của Spring framework ban đầu nguyên được Rod Johnson viết vào năm 2000. Vào năm 2001, những mô hình lập trình cho các trình ứng dụng Web được đại đa số sử dụng đều do Java Servlet API và Enterprise Java Bean cung cấp. Năm 2003 thành lập dự án phát tại Sourceforge để phát triển Spring. Sau khi phát triển trên nền tảng ban đầu hơn một năm họ đã phát hành phiên bản đầu tiên (1.0) vào tháng 3 năm 2004.
Spring framework đã làm cho những kỹ thuật vốn không được biết đến mấy trở nên những kỹ thuật được mọi người ưa chuộng trong một thời gian ngắn ngủi. Một trong những kỹ thuật nổi tiếng hơn cả là kỹ thuật “đảo ngược quyền điều khiển” (Inversion of Control, IoC). Năm 2005 cho thấy mức độ hưởng ứng nâng cao hơn những năm trước, nguyên do cũng vì những phiên bản mới được giới thiệu với những cột mốc đáng kể và những tính năng mới được thêm vào. Diễn đàn Spring (Spring Forum) ra đời cuối năm 2004 cũng góp phần không nhỏ trong việc nâng cao tính phổ biến của bộ framework và từ đó đến nay đã sinh trưởng trở thành một nguồn thông tin quan trọng, giúp đỡ cho người sử dụng.
Vào tháng 12 năm 2005, hội thảo đầu tiên về Spring Framework đã được tổ chức tại Miami, Florida thu hút 300 nhà phát triển trong 3 ngày và tiếp theo đó cuộc hội thảo ở Antwerp vào tháng 6 năm 2006, thu hút hơn 400 người. Một số khái niệm chính Hai trong những thành phần chủ chốt và là nền tảng tạo nên sức mạnh của Spring chính là IoC và DI. Inversion of Control (IoC) IoC Container trong Spring được xây dựng dựa trên nguyên lý Inversion of Control (đảo ngược điều khiển) đã xuất hiện khá lâu trong các mẫu hình thiết kế (design pattern), và được phổ biến rộng rãi nhờ Robert C. Martin và Martin Fowler.
Để hiểu về Spring, trước tiên chúng ta cần hiểu khái niệm IoC là gì? Muốn vậy, chúng ta cần trả lời câu hỏi: Control (điều khiển) trong chương trình phần mềm là gì, và Inversion (sự đảo ngược) đối với điều khiển trong ngữ cảnh này được hiểu như thế nào? Khái niệm Control Flow (tạm dịch là luồng thực thi) được sử dụng cho trình tự thực hiện các câu lệnh, chỉ thị hoặc lời gọi hàm trong một chương trình, khi chương trình này thực thi. Do chương trình ngày càng phức tạp, nên các lập trình viên áp dụng phương pháp lập trình hướng đối tượng nhằm phân loại, chia tách các chức năng và gom thành các đối tượng. Các lập trình viên còn tạo dựng các thư viện tạo sẵn để có thể sử dụng lại. Luồng thực thi của chương trình, trong những tình huống cần xem xét ở mức tổng thể, không còn quan tâm đến các bước thực thi câu lệnh cụ thể nữa, mà chỉ xem xét đến quá trình gọi phương thức của các đối tượng trong ứng dụng cũng như các đối tượng của thư viện dựng sẵn.
Các lập trình viên, khi xây dựng ứng dụng từ đầu, đã thực hiện hai nhiệm vụ: trực tiếp điều khiển luồng thực thi của chương trình và xây dựng các chức năng để đáp ứng nghiệp vụ của ứng dụng. Thực tế, có nhiều chương trình hoặc bộ phận trong chương trình có luồng thực thi rất giống nhau, chẳng hạn phần tương tác với HTTP trong các ứng dụng web, phần unit testing trong các ứng dụng,… Việc trực tiếp tạo dựng và kiểm soát luồng thực thi của chương trình lặp đi lặp lại khi xây dựng nhiều ứng dụng sẽ làm mất nhiều công sức, chi phí, tạo ra sự nhàm chán và dễ phát sinh lỗi. Điều này tạo ra động lực cũng như môi trường để nguyên lý đảo ngược điều khiển nảy nở và phát triển.1: Luồng điều khiển của chương trình bình thường Vậy sự “đảo ngược” (inversion) luồng điều khiển chương trình trong ngữ cảnh này được hiểu như thế nào? Chúng ta hãy xem xét 2 ví dụ dưới đây. Ví dụ 1: Ứng dụng web trong Java với JavaServlet Khi lập trình ứng dụng web bằng JavaServlet cần thực hiện các bước lập trình như sau: - Tạo lớp đối tượng kế thừa từ HttpServlet, override các phương thức doGet(), doPost(),… - Đăng ký trong file cấu hình Deployment Descriptor tương ứng Servlet này với đường dẫn xác định.
- Lớp đối tượng Servlet chúng ta tạo ra sẽ được gọi đến khi có một truy vấn HTTP có đường dẫn “khớp” với đường dẫn khai báo trong Deployment Descriptor. Vậy ai kích hoạt ứng dụng chúng ta viết để đáp ứng mỗi khi có HTTP Request gửi đến? Ai chịu trách nhiệm chuyển đổi các thông điệp HTTP (HTTP Request và HTTP Response) thành các đối tượng Java (HttpServletRequest và HttpServletResponse) để truyền cho các hàm doGet(), doPost()? Đó chính là Servlet Container.2: Servlet Container Ví dụ 2: Lập trình kiểm thử đơn vị (Unit testing) với Junit Trong quá trình phát triển các thành phần chức năng của ứng dụng, chúng ta thường áp dụng kiểm thử đơn vị để đảm bảo chức năng đó vẫn chạy đúng trong suốt quá trình ứng dụng được mở rộng và phát triển thêm. Để tạo bộ unit test, chúng ta chỉ cần tạo một lớp đối tượng, định nghĩa các phương thức khởi tạo, phương thức kết thúc và các phương thức test. Sau đó, chúng ta chỉ việc chạy bộ test để kiểm thử.
Việc điều khiển trình tự thực thi các phương thức được giao cho thư viện bên ngoài đảm nhiệm chẳng hạn như TestNG hoặc JUnit.3: Kiểm thử đơn vị với JUnit Với hai ví dụ trên, chúng ta nhận thấy trong các ứng dụng đã có sự thay đổi vai trò. Ứng dụng không còn ôm đồm vừa trực tiếp tạo dựng và kiểm soát luồng thực thi, vừa xây dựng chức năng nghiệp vụ. Việc kiểm soát luồng thực thi được tách khỏi chức năng nghiệp vụ và bị đẩy ra bên ngoài. Người lập trình đã ủy thác việc kiểm soát luồng thực thi ứng dụng cho một thành phần (thường là thư viện dựng sẵn) bên ngoài đảm nhiệm, chỉ còn tập trung vào chức năng chính của ứng dụng.
Như vậy, khái niệm “đảo ngược” ở đây chính là chuyển nhiệm vụ kiểm soát lưu trình thực thi từ ứng dụng cho một thành phần chuyên trách (thường là một thư viện phần mềm khung – framework – dựng sẵn ở bên ngoài). Ứng dụng chính chúng ta quan tâm phát triển không kiểm soát việc điều khiển luồng thực thi nữa, mà chỉ tập trung vào việc định nghĩa chức năng. Thư viện phần mềm khung chuyên trách kiểm soát điều khiển sẽ dựa trên mô tả trong cấu hình của ứng dụng để thay mặt ứng dụng điều phối luồng thực thi trong chương trình. Dễ dàng nhận thấy thư viện phần mềm khung này khác với các thư viện thông thường ở chỗ: thư viện thông thường cung cấp các chức năng và chờ được ứng dụng gọi đến, còn thư viện phần mềm khung tạo dựng luồng thực thi và gọi đến các chức năng của ứng dụng.
Nói một cách ngắn gọn IoC là một design pattern và tập hợp các kỹ thuật lập trình liên quan, trong đó luồng thực thi của một hệ thống bị đảo ngược so với cách tương tác truyền thống [4, tr1]. IoC trong Spring cũng hoàn toàn mang ý nghĩa như trên. Trong Spring các đối tượng chính để xây dựng ứng dụng thì được quản lý bởi Spring IoC container. Và IoC container gọi các đối tượng đó là các bean.
Một bean chỉ đơn giản là một đối tượng được khởi tạo và quản lý bởi Spring IoC container. Dependency Injection (DI) Dependency Injection là khả năng liên kết giữa các thành phần lại với nhau, đó chính là việc các thuộc tính trong một đối tượng được “tiêm chích” (injection) để tham chiếu lần lượt đến các đối tượng khác. Dependency Injection trong Spring hoạt động dựa trên Java Reflection. Các module Spring Core: Core package là phần cơ bản nhất của Spring, cung cấp những đặc tính như IoC (Inversion of Control) và DI (Dependency Injection).
Khái niệm cơ bản là BeanFactory, một cài đặt của Factory pattern, cho phép “móc nối” sự phụ thuộc giữa các đối tượng trong file cấu hình. Spring Context: Spring context là một file cấu hình để cung cấp thông tin ngữ cảnh của Spring. Spring context cung cấp các service như JNDI access, EJB integration, e-mail, internalization, validation, và scheduling functionality. Spring AOP (Aspect – Oriented Programming): Spring AOP module tích hợp chức năng lập trình hướng khía cạnh vào Spring framework thông qua cấu hình của nó.
Spring AOP module cung cấp các dịch vụ quản lý giao dịch cho các đối tượng trong bất kỳ ứng dụng nào sử dụng Spring. Với Spring AOP chúng ta có thể tích hợp declarative transaction management vào trong ứng dụng mà không cần dựa vào EJB component. Spring AOP module cũng đưa lập trình metadata vào trong Spring. Sử dụng cái này chúng ta có thể thêm annotation vào source code để hướng dẫn Spring nơi và làm thế nào để liên hệ với aspect.
Spring DAO (Data Access Object): Tầng JDBC và DAO đưa ra một cây phân cấp exception để quản lý kết nối đến database, điều khiển exception và thông báo lỗi được ném bởi vendor của database.