«جاوا» (Java) یکی از محبوب‌ترین و پرکاربردترین زبان‌های برنامه نویسی جهان است که به کمک آن امکان توسعه هر چیزی از اپلیکیشن‌های موبایل گرفته تا سیستم‌های سازمانی در مقیاس بزرگ وجود دارد. به دلیل کاربردهای گسترده جاوا در امر توسعه فریمورک‌ها و ابزارهای متعددی برای ساده‌سازی فرایند توسعه نرم‌افزارهای مبتنی بر جاوا پدید آمده‌اند. در این بین فریمورک Spring به عنوان یکی از محبوب‌ترین فریمورک‌های جاوا برای توسعه برنامه‌های تحت وب شناخته می‌شود. بر همین اساس در این مطلب از مجله فرادرس به این سوال پاسخ داده خواهد شد که جاوا اسپرینگ چیست و چه قابلیت‌هایی دارد.

با مطالعه این مطلب ضمن آشنایی کامل با فریمورک Spring و معماری آن با اصلی‌ترین ویژگی‌های ساختاری این چارچوب توسعه نیز آشنا خواهید شد. در ادامه نیز به زبان ساده نحوه ساخت پروژه جاوا با فریمورک اسپرینگ به صورت گام‌به‌گام توضیح داده شده است.

فریمورک جاوا اسپرینگ چیست؟

فریمورک Spring چارچوبی «متن‌باز» (Open-Source) است که برای توسعه برنامه‌های سازمانی جاوا مورد استفاده قرار می‌گیرد. هدف اصلی از پیدایش و توسعه فریمورک Spring ساده‌سازی فرایند دشوار ساخت برنامه‌های سازمانی جاوا بوده است.

برای این منظور جاوا اسپرینگ فناوری‌های مختلفی را در اختیار توسعه‌دهندگان قرار می‌دهد. در ادامه، برخی از فناوری‌های ارائه شده توسط جاوا اسپرینگ آورده شده است.

• «برنامه نویسی جنبه‌گرا» (Aspect-Oriented Programming | AOP)
• «تزریق وابستگی» (Dependency Injection | DI)
• «شی قدیمی جاوا» (Plain Old Java Object | POJO)

فریمورک اسپرینگ با وجود پشتیبانی از تمام فناوری‌های ارائه شده در بالا از ساختاری سبک برخوردار است که می‌توان از آن برای توسعه اپلیکیشن‌های سازمانی تحت وب مقیاس پذیر، قدرتمند و ایمن استفاده کرد. فریمورک Spring بسیار گسترده است و از فریمورک‌های فرعی بسیاری همچون Spring Web Flow ،Spring MVC و Spring ORM تشکیل شده است. اسپرینگ علاوه بر جاوا از زبان برنامه نویسی کاتلین و Groovy نیز پشتیبانی می‌کند. پروژه‌های بسیاری مبتنی بر فریمورک اسپرینگ توسعه داده شده‌اند که از جمله مهم‌ترین این پروژه‌ها به موارد زیر می‌توان اشاره کرد.

• Spring Boot
• Spring Cloud
• Spring GraphQL

مهم‌ترین ویژگی‌های جاوا اسپرینگ چیست؟

فریمورک Spring مدل برنامه نویسی و پیکربندی جامعی را برای توسعه اپلیکیشن‌های سازمانی مدرن مبتنی بر زبان برنامه نویسی جاوا معرفی می‌کند که امکان استقرار این برنامه‌ها بر روی پلتفرم‌های مختلف وجود دارد.

یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های این فریمورک ارائه پشتیبانی زیر ساختی در سطح برنامه است که به تیم‌‌های برنامه نویسی این امکان را می‌دهد تا بدون نیاز به برقراری ارتباطات غیر ضروری با سایر محیط‌ها بر روی توسعه «منطق تجاری» (Business Logic) در سطح برنامه تمرکز کنند. در ادامه این بخش از نوشته سایر ویژگی‌های جاوا اسپرینگ مورد بررسی قرار گرفته است.

الگوی وارونگی کنترل یا Inversion of Control

مفهوم «وارونگی کنترل» (Inversion of Control) معمولاً در کنار مفهوم تزریق وابستگی قرار می‌گیرد و بسیاری از افراد این دو مفهوم را به اشتباه یکسان در نظر می‌گیرند. وارونگی کنترل یک قاعده برنامه نویسی است که به کاهش وابستگی اجزای مختلف برنامه اشاره دارد. این تکنیک برنامه نویسی به این نکته تاکید دارد که اجزای تشکیل دهنده اپلیکیشن یعنی کلاس‌ها و مولفه‌های مختلف تا حد امکان باید مستقل از یکدیگر باشند. در واقع وارونگی کنترل صرفاً به بیان قاعده کلی یعنی استقلال اجزای برنامه می‌پردازد و هیچ گونه اطلاعات دیگری در خصوص نحوه پیاده‌سازی ارائه نمی‌کند.

در نقطه مقابل تزریق وابستگی یک «دیزاین پترن» (Design Pattern) است که به منظور جداسازی عملکرد کلاس‌ها از یکدیگر و کاهش وابستگی آن‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. وابستگی‌های مورد نیاز کلاس در این الگوی طراحی توسط موجودیتی در بیرون از کلاس تامین می‌شود. بنابراین، این الگوی طراحی به ایجاد کلاس‌هایی مستقل، مقیاس پذیر و با قابلیت استفاده مجدد کمک می‌کند.

منظور از Ioc Container در جاوا اسپرینگ چیست؟

هدف اصلی از ارائه فریمورک Spring ساده‌سازی فرایند توسعه اپلیکیشن‌های سازمانی جاوا است. در همین راستا با توجه به توضیحات ارائه شده در بالا این فریمورک از تکنیک برنامه نویسی وارونگی کنترل به منظور کاهش وابستگی بخش‌های مختلف برنامه استفاده می‌کند. برای همین منظور IoC Container به عنوان هسته اصلی جاوا اسپرینگ شناخته می‌شود که سازوکاری را برای پیکربندی و مدیریت اشیا فراهم می‌کند. مسئولیت اصلی IoC Container مدیریت چرخه حیات اشیا تعریف شده در جاوا است که همین مورد عملکرد برنامه‌های مبتنی بر Spring را به طور چشمگیری بهبود می‌بخشد. IoC Container از الگوی طراحی معروف تزریق وابستگی و سایر الگوهای مدیریت وابستگی در زمان اجرای برنامه استفاده می‌کند.

پشتیبانی از برنامه نویسی جنبه گرا

برنامه نویسی جنبه‌گرا سبکی از برنامه نویسی است که در آن‌ جنبه‌های مختلف برنامه مورد بررسی قرار گرفته و طراحی و پیاده‌سازی برای آن‌ها صورت می‌گیرد. برای درک بهتر مفهوم برنامه نویسی جنبه‌گرا باید عنوان کرد که برنامه‌نویس در فرایند توسعه هر برنامه‌ای دغدغه‌ها و نگرانی‌های خاص خود را دارد. به عنوان مثال، جنبه‌ها و نگرانی‌های اصلی در توسعه اپلیکیشن عبارتند از:

• احراز هویت
• ورود به سیستم
• ذخیره‌سازی اطلاعات
• امنیت اطلاعات
• تخصیص حافظه
• مدیریت تراکنش‌ها
• ارتباط با «پایگاه داده» (Database)
• و سایر موارد

هدف اصلی برنامه نویسی جنبه‌گرا پیاده‌سازی جنبه‌های مختلف برنامه است. این سبک از برنامه نویسی بیشتر در پیاده‌سازی برنامه‌های بزرگ و پیچیده کاربرد دارد که امکان پیاده‌سازی آن‌ها با «برنامه نویسی شی‌گرا» (Object Oriented Programming) وجود ندارد، زیرا به‌کار‌گیری طراحی شی‌گرا تنها منجر به پیچیدگی بیشتر می‌شود. در نهایت استفاده از برنامه نویسی جنبه‌گرا به دلیل طراحی و پیاده‌سازی جنبه‌های مختلف برنامه به صورت جداگانه مزایایی همچون استقلال بخش‌های مختلف برنامه، کاهش پیچیدگی سیستم و امکان استفاده مجدد را به همراه دارد.

نحوه استفاده از برنامه نویسی جنبه گرا در جاوا اسپرینگ چیست؟

فریموک Spring نیز امکان برنامه نویسی جنبه‌گرا را برای توسعه‌دهندگان فراهم کرده است. در عین حال IoC Container به عنوان هسته اصلی اسپرینگ به برنامه نویسی جنبه‌گرا وابسته نیست و امکان انتخاب سبک برنامه نویسی دلخواه را برای توسعه‌دهندگان فراهم می‌کند. با این وجود استفاده همزمان از IoC Container و برنامه نویسی جنبه‌گرا گزینه بسیار خوبی برای حل بسیاری از مشکلات توسعه نرم‌افزار است.

کارکرد فریمورک های دسترسی به داده در جاوا اسپرینگ چیست؟

چالش‌های ارتباط با پایگاه داده یکی از رایج‎‌ترین مسائلی است که همواره توسعه‌دهندگان در فرایند توسعه اپلیکیشن با آن روبرو بوده‌اند. Spring در جاوا از فریمورک‌های مختلف دسترسی به داده نظیر Java Persistence ،Hibernate ،JDBC ،JPA و سایر موارد پشتیبانی می‌کند. در نتیجه، همین مورد فرایند ارتباط با پایگاه داده در اسپرینگ را بسیار آسان کرده است. علاوه بر این، جاوا اسپرینگ با ارائه ویژگی‌های همچون مدیریت منابع، مدیریت استثنا و بسته‌بندی منابع برای فریمورک‌های دسترسی به داده فرایند توسعه را بیش از پیش برای برنامه‌نویسان ساده می‌کند.

پشتیبانی از معماری MVC توسط جاوا اسپرینگ

فریمورک Spring امکان استفاده از معماری محبوب MVC را تحت عنوان Spring MVC برای توسعه‌دهندگان فراهم کرده است. بنابراین، برنامه‌نویسان می‌توانند به کمک این الگوی طراحی پیاده‌سازی بخش‌های مختلف برنامه را از یکدیگر جدا کنند. این فریمورک مبتنی بر درخواست است که به توسعه‌دهندگان امکان پیاده‌سازی معماری MVC را به صورت سفارشی شده با توجه به نیازهای پروژه می‌دهد.

کلاس DispatcherServlet هسته اصلی Spring MVC را تشکیل می‌دهد که وظیفه رسیدگی به درخواست‌های کاربر و سپس ارسال این درخواست‌ها به کلاس Controller را برعهده دارد. این مورد به کلاس کنترل کننده امکان پردازش درخواست‌ها، ایجاد مدل و سپس نمایش اطلاعات به کاربر نهایی از طریق نمای مشخص شده را می‌دهد.

نحوه ایجاد وب سرویس در جاوا اسپرینگ چیست؟

«وب سرویس‌ها» (Web Services) پروتکل و روشی استاندارد برای تبادل داده بین دو دستگاه از طریق شبکه معرفی می‌کنند. در واقع، امروزه به دلیل نیاز برنامه‌ها به ارتباط با یکدیگر اکثر برنامه‌ها نیازمند استفاده از وب سرویس‌ها هستند و برنامه‌نویسان باید این امکان را در برنامه توسعه دهند. بر همین اساس، فریمورک Spring با ارائه قابلیت Spring Web Service راهی آسان برای ایجاد و مدیریت وب سرویس‌ها در برنامه‌های جاوا معرفی کرده است. وب‌سرویس جاوا اسپرینگ از رویکرد لایه‌ای در کنار زبان XML برای مدیریت درخواست‌های وب‌سرویس استفاده می‌کند.

منظور از تراکنش‌ در پایگاه داده چیست؟

«تراکنش پایگاه داده» (Database Transaction) شامل مجموعه‌ای از عملیات‌های مختلف بر روی داده‌‌ها است که این مجموعه عملیات در قالب یک واحد مجزا در نظر گرفته می‌شوند. این مجموعه عملیات بر روی داده باید به صورت کامل انجام شوند یا اصلاً تاثیری بر روی سیستم نداشته باشند. در همین رابطه بحث مدیریت تراکنش‌ها یکی از مسائل بسیار مهم در «سیستم‌های مدیریت پایگاه داده رابطه‌ای» (Rational Database Management System | RDBMS) به خصوص در برنامه‌های سازمانی مبتنی بر پایگاه‌ داده‌های رابطه‌ای است. توسعه‌دهندگان به واسطه مدیریت تراکنش‌ها می‌توانند از یکپارچگی و سازگاری داده‌ها با یکدیگر اطمینان حاصل کنند. مفهوم تراکنش‌ها را در قالب ۴ اصل زیر می‌توان خلاصه کرد. این ۴ اصل عبارتند از:

• «تجزیه ناپذیری» (Atomicity): یک تراکنش باید به صورت موجودیتی مستقل و مجزا در نظر گرفته شود و نتوان آن را به بخش‌های دیگری تجزیه کرد.
• «ثبات» (Consistency): به موجب این اصل اطلاعات موجود در پایگاه داده باید از یکپارچگی برخوردار باشند و همچنین، ارتباط صحیحی بین داده‌های موجود و کلیدهای جداول وجود داشته باشد.
• «انزوا» (Isolation): بر اساس این اصل هر تراکنش باید از سایر تراکنش‌ها جدا در نظر گرفته شود، زیرا در فرایند پردازش تراکنش‌های بسیاری با داده‌های یکسان وجود دارند و احتمال از دست رفتن اطلاعات زیاد است.
• «ماندگاری» (Durability): طبق این اصل بعد از انجام کامل تراکنش باید اطلاعات مربوط به آن نیز به صورت دائمی ثبت شود و حتی در صورت بروز مشکل در پایگاه داده نیز حذف نشود.

سیستم‌های مدیریت پایگاه داده رابطه‌ای استاندارد هر ۴ اصل فوق را برای تراکنش‌های پایگاه داده تضمین می‌کنند.

منظور از فریمورک مدیریت تراکنش‌ در جاوا اسپرینگ چیست؟

جاوا به صورت پیش‌فرض ابزاری تحت عنوان JTA را برای مدیریت تراکنش‌های پایگاه داده ارائه کرده است که در بعضی از پیاده‌سازی‌ها اشکالاتی جزئی نیز دارد. چارچوب ارائه شده توسط جاوا اسپرینگ برای مدیریت تراکنش‌ها برخلاف JTA به تراکنش‌های سراسری و پیچیده محدود نمی‌شود و بسیاری از مشکلات JTA را نیز برطرف کرده است. فریمورک Spring مکانیزمی انتزاعی برای جاوا معرفی کرده است که امکانات زیر را در اختیار توسعه‌‌دهندگان قرار می‌دهد.

• امکان کار با تراکنش‌های محلی، سراسری و تودرتو
• ذخیره عملیات
• ساده‌سازی فرایند مدیریت تراکنش‌ها در سرتاسر برنامه

علاوه بر این، فریمورک دسترسی به داده در جاوا اسپرینگ مستقیماً با فریمورک مدیریت تراکنش‌ها ادغام می‌شود که امکان پیام‌رسانی و ذخیره‌سازی را نیز فراهم می‌کند. این مورد به توسعه‌دهندگان امکان می‌دهد تا سیستم‌هایی مستقل و بدون وابستگی به سایر ابزارهای موجود را با ویژگی‌های مورد نظر خود گسترش دهند.

کاربرد ابزارهای تست در جاوا اسپرینگ چیست؟

تست یکی از بخش‌های اصلی و جدانشدنی «چرخه حیات توسعه نرم‌افزار» (Software Development Life Cycle | SDLC) است. در واقع، تست نرم‌افزار فرایندی است که به منظور بررسی عملکرد مورد انتظار برنامه پیاده‌سازی می‌شود. توسعه‌دهندگان از طریق اجرای تست نرم‌افزار می‌توانند از عملکرد صحیح برنامه خود اطمینان حاصل کنند. پیاده‌سازی تست ضمن بهبود بهره‌وری و عملکرد ریسک‌های مربوط به اجرای نرم‌افزار را نیز کاهش می‌دهد.

با توجه به اهمیت تست نرم‌افزار در فرایند توسعه جاوا اسپرینگ نیز با ارائه فریمورک‌هایی قدرتمند پیاده‌سازی این مهم را برای توسعه‌دهندگان بسیار آسان کرده است. در ادامه برخی از مولفه‌های موجود در فریمورک‌های ارائه شده توسط جاوا اسپرینگ آورده شده است.

• «اشیا آزمایشی» (Mock Object)
• فریمورک TestContext
• تست Spring MVC
• و سایر موارد

بخش‌های اصلی معماری فریمورک جاوا اسپرینگ چیست؟

معماری فریمورک جاوا اسپرینگ از ماژول‌های مختلفی تشکیل شده است که هر کدام عملکردی متفاوت را ارائه می‌دهند. در واقع، ویژگی‌های جذاب این فریمورک ناشی از معماری و نحوه قرار گرفتن بخش‌های مختلف آن است. تصویر زیر معماری جاوا اسپرینگ و بخش‌های مختلف موجود در این فریمورک را نشان می‌دهد.

بعد از بررسی ویژگی‌های اصلی فریمورک Spring در این بخش به این سوال پاسخ داده خواهد شد که اصلی‌ترین بخش‌های معماری جاوا اسپرینگ چیست. در ادامه این بخش اصلی‌ترین مولفه‌های فریمورک جاوا اسپرینگ مورد بررسی قرار گرفته است.

کارکرد بخش Core Container در جاوا اسپرینگ چیست؟

بخش Core Container در فریمورک Spring اصلی‌ترین بخش این فریمورک است که پایه و اساس آن را تشکیل می‌دهد. این ماژول مهم در خصوص نحوه پیکربندی بخش‌های مختلف فریمورک و وابستگی‌های موجود بین آن‌ها اطلاعاتی در قالب فایل XML ارائه می‌دهد. علاوه بر این، بخش IOC Container که پیش‌تر مورد بررسی قرار گرفت نیز در این بخش قرار دارد. با توجه به تصویر ارائه شده در بالا این بخش دارای ۴ ماژول است که در ادامه توضیحاتی در خصوص هر کدام از این بخش‌ها عنوان شده است.

بخش Core در فریمورک Spring

بخش Core در جاوا اسپرینگ هسته اصلی این فریمورک را تشکیل می‌دهد. این بخش مسئولیت پیاده‌سازی ویژگی‌های مهمی همچون وارونگی کنترل و تزریق وابستگی با الگوهای طراحی مختلف را دارد.

بخش Beans در فریمورک Spring

این بخش در جاوا اسپرینگ مسئولیت پیاده‌سازی «الگوی طراحی کارخانه» (Factory Design Pattern) را برعهده دارد.

بخش Context در فریمورک Spring

بخش Context در جاوا اسپرینگ بر پایه بخش‌های Core و Bean ساخته شده است. این ماژول در فریمورک Spring به عنوان واسطه‌ای عمل می‌کند که دسترسی به اشیا تعریف شده و پیکربندی شده را امکان پذیر می‌سازد. «اینترفیس» (Interface) بخش اصلی ماژول Context را تشکیل می‌دهد و پشتیبانی بسیار خوبی را برای ارتباطات «شخص ثالث» (Third-Party) فراهم می‌کند.

بخش SpEL در فریمورک Spring

ماژول SpEL به عنوان افزونه‌ای برای پشتیبانی زبان توسط صفحات Java Server کاربرد دارد. این بخش به کاربران امکان می‌دهد تا از عبارات و قواعد موجود در فریمورک Spring برای جستجو و دستکاری نمودار شی در زمان اجرا استفاده کنند.

عملکرد لایه دسترسی به داده در جاوا اسپرینگ چیست؟

لایه دسترسی به داده در فریمورک Spring متشکل از ماژول‌هایی است که به توسعه‌دهندگان امکان دسترسی به داده‌ها را می‌دهد. توسعه‌دهندگان از طریق ماژول‌های موجود در این لایه امکان ادغام و یکپارچه‌سازی داده‌ها را دارند. علاوه بر این، لایه دسترسی به داده در جاوا اسپرینگ با کاهش «کدهای قالبی» (Boilerplate) دسترسی به پایگاه داده را نیز آسان‌تر می‌کند. در ادامه، ماژول‌های تشکیل دهنده این لایه مورد بررسی قرار گرفته است.

ماژول JDBC در جاوا اسپرینگ

«اتصال پایگاه داده جاوا» (Java Database Connectivity | JDBC) به عنوان پل ارتباطی میان برنامه‌های جاوا و پایگاه داده شناخته می‌شود. این رابط برنامه‌های جاوا را به پایگاه داده متصل می‌کند و اجازه تبادل اطلاعات را به آن‌ها می‌دهد. رابط JDBC در جاوا با ارائه روشی استاندارد برای اتصال و ارتباط با پایگاه داده دغدغه برنامه‌نویسان برای اتصال به پایگاه داده‌های مختلف را مرتفع کرده است. در نتیجه، برنامه‌نویسان جاوا نیازی به تغییر کدهای خود به منظور استفاده از پایگاه داده‌های مختلف در برنامه ندارند.

بر همین اساس و با توجه به کاربرد گسترده رابط JDBC در جاوا فریمورک Spring ماژول JDBC را معرفی کرده است. ماژول JDBC در جاوا اسپرینگ با ارائه لایه انتزاعی میزان کدهای قالبی مورد نیاز برای کار با رابط JDBC را در جاوا کاهش می‌دهد. همچنین این ماژول از مدیریت تراکنش‌ها نیز پشتیبانی می‌کند و به توسعه‌دهندگان جاوا امکان مدیریت تراکنش‌های پایگاه داده را می‌دهد.

کاربرد ماژول ORM در جاوا اسپرینگ چیست؟

«نگاشت شی رابطه‌ای» (Object Relational Mapping | ORM) استانداردی در توسعه نرم‌افزار است که فرایند ارتباط و تبادل داده با پایگاه داده را برای برنامه‌نویسان آسان‌تر می‌کند. در واقع، ORM روشی مدرن برای دسترسی به اطلاعات پایگاه داده معرفی کرده است که با استفاده از آن توسعه‌دهندگان دیگر نیازی به نوشتن دستورات SQL ندارند و به آسانی می‌توانند اطلاعات مورد نیاز خود را از پایگاه داده دریافت کنند. با توجه به اهمیت و کاربرد فراوان ORM در زمینه تسهیل ارتباط با پایگاه داده، جاوا اسپرینگ نیز با معرفی ماژول ORM فریمورک‌های Hibernate و JPA را با یکدیگر ادغام کرده است. ماژول Spring ORM با ارائه لایه انتزاعی در بالای چارچوب‌های ORM به توسعه‌دهندگان این امکان را می‌دهد تا با کدهایی به مراتب کمتر بتوانند فناوری‌های ORM را با سایر ویژگی‌های فریمورک Spring نظیر مدیریت تراکنش و حافظه پنهان ادغام کنند و عملکردهای مورد نیاز خود را توسعه دهند.

کاربرد ماژول Transaction در جاوا اسپرینگ چیست؟

این ماژول امکان مدیریت تراکنش‌های پایگاه داده در برنامه‌های کاربردی توسعه داده شده با فریمورک Spring را فراهم می‌کند. ماژول Spring Transaction به توسعه‌دهندگان این امکان را می‌دهد تا تراکنش‌های پایگاه داده را در سطوح مختلف مدیریت کنند. علاوه بر این، Spring Transaction از شیوه‌های مختلف مدیریت تراکنش نظیر JTA و JDBC نیز پشتیبانی می‌کند.

ماژول JMS در جاوا اسپرینگ

ماژول JMS در جاوا اسپرینگ مستقیماً با «سرویس پیام‌رسان جاوا» (Java Messaging Service | JMS) ادغام می‌شود. سرویس پیام‌رسان جاوا مبتنی بر API جاوا است و به عنوان استانداردی برای پیام‌رسانی به بخش‌های مختلف برنامه شناخته می‌شود. این سرویس مسئولیت ایجاد، ارسال، دریافت و خواندن پیام‌ها را برعهده دارد.

ماژول OXM در جاوا اسپرینگ

ماژول Spring OXM به منظور تسهیل نگاشت بین اشیا جاوا و کدهای XML مورد استفاده قرار می‌گیرد. امکان توسعه و گسترش این ماژول توسط توسعه‌دهندگان وجود دارد و می‌توان آن را با فریمورک‌های مختلفی همچون Castor ،JAXB ،XmlBeans و XStream ادغام کرد.

عملکرد لایه وب در جاوا اسپرینگ چیست؟

لایه وب در فریمورک Spring از ماژول‌هایی تشکیل شده است که عملکردهای مبتنی بر وب را در این فریمورک اراِئه می‌دهند. در ادامه ماژول‌های تشکیل دهنده این فریمورک و عملکرد هر یک مورد بررسی قرار گرفته است.

ماژول WebSocket در جاوا اسپرینگ

این ماژول در فریمورک Spring مسئولیت ایجاد و مدیریت ارتباطات مبتنی بر «وب سوکت» (WebSocket) بین سرور و کلاینت را برعهده دارد. اگر اطلاع چندانی در خصوص مفهوم وب سوکت ندارید باید عنوان کرد که وب سوکت پروتکلی ارتباطی است. از این پروتکل به منظور ایجاد ارتباطات دو طرفه پیوسته بین کلاینت و سرور استفاده می‌شود. در واقع، پروتکل وب سوکت امکان تعامل بین سرور و کلاینت را در لحظه فراهم می‌کند که این امر به هیچ عنوان توسط سایر پروتکل‌ها نظیر HTTP قابل انجام نیست. در نتیجه، با توجه به همین قابلیت منحصر به فرد از این پروتکل برای ساخت برنامه‌های چت می‌توان استفاده کرد. پیش‌تر در مطلب زیر از مجله فرادرس مفهوم وب سوکت به طور کامل مورد بررسی قرار گرفته است.

کاربرد ماژول Servlet در جاوا اسپرینگ چیست؟

ماژول Servlet در فریمورک Spring امکان پیاده‌سازی الگوی معماری MVC را برای توسعه‌دهندگان جاوا فراهم می‌کند. MVC الگوی معماری قدیمی و محبوبی است که برای توسعه برنامه‌های کاربردی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این معماری به توسعه‌دهندگان این امکان را می‌دهد تا پیاده‌سازی بخش‌های مختلف برنامه را از یکدیگر جدا کنند. بر همین اساس، فریمورک اسپرینگ نیز با ارائه ماژول Servlet تمام عملکردهای مورد انتظار توسعه‌دهندگان از معماری MVC را برآورده می‌کند.

کاربرد ماژول Web در جاوا اسپرینگ چیست؟

ماژول وب در فریمورک Spring مسئولیت فراهم کردن تمامی خدمات پایه مبتنی بر وب را برعهده دارد. این ماژول شامل سرویس گیرنده HTTP و سایر بخش‌های مرتبط با وب از راه دور است. علاوه بر این، ماژول وب در جاوا اسپرینگ قابلیت‌هایی همچون آپلود فایل‌های چند قسمتی و مقداردهی اولیه IOC Container را به کمک ماژول Servlet فراهم می‌کند.

کاربرد ماژول Portlet در جاوا اسپرینگ چیست؟

«پورتلت‌ها» (Portlets) یکی از کلاس‌های ویژه زبان جاوا هستند که با پردازش درخواست‌ کلاینت‌ها محتوای مورد نظر را برای آن‌ها جهت نمایش در صفحات وب تولید می‌کنند. به زبان ساده می‌توان گفت که Portletها یک وب اپلیکیشن مستقل هستند که به منظور نمایش بخشی از صفحات وب مورد استفاده قرار می‌گیرند. با این حال در فریمورک Spring از ماژول Portlet به منظور پیاده‌سازی معماری MVC در محیط Portlet استفاده می‌شود.

سایر ماژول‌های فریمورک جاوا اسپرینگ کدامند؟

فریمورک Spring علاوه بر لایه‌ها و ماژول‌های معرفی شده در بالا از بخش‌های دیگری نیز تشکیل شده است. در ادامه سایر ماژول‌های به کار رفته در معماری فریمورک جاوا اسپرینگ مورد بررسی قرار گرفته است.

• ماژول AOP: این ماژول امکان پیاده‌سازی برنامه نویسی جنبه‌گرا را در این فریمورک فراهم می‌کند.
• ماژول Aspects: امکان ادغام به صورت مستقیم با افزونه AspectJ توسط محیط توسعه «اکلیپس» (Eclipse) را فراهم می‌کند.
• ماژول Instrumentation: این ماژول از پیاده‌سازی کلاس‌های Instrumentation و Loader توسط فریمورک Spring پشتیبانی می‌کند. از کلاس‌های ذکر شده به منظور توسعه اپلیکیشن‌های سرور استفاده می‌شود.
• ماژول Messaging: این ماژول بستری قدرتمند برای مدیریت پیام‌رسانی در اپلیکیشن‌ها فراهم می‌کند.
• ماژول Test: به کمک این بخش می‌توان عملکرد و کارایی برنامه‌های توسعه داده شده با فریمورک Spring را با کتابخانه‌ها و ابزارهایی همچون JUnit و TestNG تست کرد.

مزایای استفاده از جاوا اسپرینگ چیست؟

فریمورک Spring به برنامه‌نویسان این امکان را می‌دهد تا به کمک پلتفرم جاوا برنامه‌های مختلفی را توسعه دهند. این فریمورک با ارائه فناوری‌های مختلف انقلابی را در زمینه توسعه اپلیکیشن‌های سازمانی مبتنی بر جاوا به وجود آورده است. علاوه بر این، با استفاده از اسپرینگ می‌توان وب اپلیکیشن‌های کاربردی مقیاس پذیر، ایمن و قدرتمند را توسعه داد. بر همین اساس، در این بخش مزایای استفاده از فریمورک جاوا اسپرینگ در حوزه‌های مختلف فهرست شده است.

• قالب‌های از پیش تعریف شده: فریمورک Spring قالب‌های از پیش تعریف شده بسیاری برای استفاده از فناوری‌های مختلف همچون JDBC ،Hibernate و JPA دارد. به موجب این رویکرد توسعه‌دهندگان دیگر نیازی به نوشتن کدهای پیچیده ندارند. به عنوان مثال، با استفاده از قالب از پیش تعریف شده JDBC توسعه‌دهندگان دیگر نیازی به نوشتن منطق برای ایجاد دستور، برقراری ارتباط با پایگاه داده، انجام تراکنش و مدیریت استثناهای برنامه ندارند. بنابراین، این مورد موجب صرفه‌جویی در منابع و کاهش زمان توسعه می‌شود.
• اتصال سست: به لطف مکانیزم‌های تزریق وابستگی در فریمورک جاوا اسپرینگ امکان پیاده‌سازی «اتصال سست» (Loose Coupling) بین اجزای مختلف برنامه وجود دارد. در واقع، اتصال سست به جداسازی پیاده‌سازی بخش‌های مختلف برنامه اشاره دارد که در نتیجه، این مورد تغییر در بخش‌های مختلف برنامه را تسهیل می‌کند. اتصال سست بین اجزای برنامه انعطاف پذیری، مقیاس پذیری و توسعه پذیری برنامه را بهبود می‌بخشد.
• فرایند تست آسان: از دیگر مزایای فریمورک Spring آسان‌تر شدن فرایند تست برنامه است. مکانیزم تزریق وابستگی در جاوا اسپرینگ پیاده‌سازی تست عملکرد بخش‌های مختلف برنامه را بسیار آسان کرده است.
• پیاده‌سازی آسان: با توجه به تکنیک POJO پیاده‌سازی فریمورک اسپرینگ بسیار آسان‌تر شده است، زیرا توسعه‌دهنده را ملزم به ارث‌بری از کلاس‌ها یا پیاده‌سازی اینترفیس‌های خاص نمی‌کند.
• انعطاف پذیری بالا: کتابخانه‌های موجود در فریمورک Spring انعطاف پذیری بسیار بالایی دارند که مورد تایید توسعه‌دهندگان در سراسر جهان نیز هستند. ویژگی‌هایی همچون تزریق وابستگی و IOC پایه و اساس بسیاری از ویژگی‌های این فریمورک را تشکیل می‌دهند که همین موارد کار توسعه‌دهندگان را بسیار آسان کرده است.
• توسعه سریع: از دیگر مزایای جاوا اسپرینگ تسریع در فرایند توسعه اپلیکیشن است. به لطف تزریق وابستگی در Spring ادغام با فریمورک‌ها و توسعه برنامه‌های سازمانی مبتنی بر جاوا تسهیل شده است.
• پشتیبانی از انتزاع: مزیت دیگر فریمورک اسپرینگ پشتیبانی از انتزاع قوی برای پیاده‌سازی ویژگی‌های مورد نیاز اپلیکیشن‌های سازمانی جاوا همچون JPA ،JDBC ،JMS و JTA است.

ارائه چارچوب قدرتمند Spring Web: فریمورک Spring از معماری محبوب MVC برای توسعه برنامه‌های وب پشتیبانی می‌کند. این مورد اسپرینگ را به گزینه مناسبی جهت توسعه برنامه‌های کاربردی با Struts و سایر فریمورک‌های وب تبدیل کرده است.

معایب جاوا اسپرینگ چیست؟

فریمورک Spring با وجود ارائه ویژگی‌ها و قابلیت‌های منحصر به فرد برای توسعه برنامه‌های جاوا در برخی موارد ضعف‌هایی نیز دارد که در این بخش از نوشته این نقاط ضعف مورد بررسی قرار گرفته است. در ادامه، اصلی‌ترین نقاط ضعف و معایب فریمورک جاوا اسپرینگ آورده شده است.

پیچیدگی زیاد

کار کردن با فریمورک اسپرینگ برای توسعه‌دهندگان تازه‌کار دشوار است، زیرا به دلیل وجود ساختارهای پیچیده در این فریمورک کار کردن با آن مستلزم داشتن تجربه و تخصص زیاد در امر توسعه است.

مکانیزم موازی

این فریمورک گزینه‌های متعددی را در اختیار توسعه‌دهندگان قرار می‌دهد که همین تعدد گزینه‌های مختلف موجب سردرگمی توسعه‌دهندگان می‌شود. در نتیجه، توسعه‌دهنده در زمان استفاده از این ویژگی‌‌ها ممکن است دچار تردید شود و همین عامل موجب طولانی شدن فرایند توسعه خواهد شد.

امنیت پایین

فریمورک Spring به موارد مربوط به «اسکریپت‌های متقابل سایت» (Cross Site Scripting | XSS) توجه چندانی نکرده است. در نتیجه، هکرها امکان نفوذ از طریق حفره‌های امنیتی موجود را خواهند داشت. بنابراین، توسعه‌دهندگان باید با در نظر گرفتن این موضوع راه‌های نفوذ هکرها به برنامه را مسدود کنند.

منحنی یادگیری دشوار

برای توسعه‌دهندگان تازه‌کار و افراد مبتدی یادگیری این فریمورک کمی زمان‌بر و دشوار خواهد بود، زیرا روش‌های جدید برنامه نویسی موجود در این ساختار کمی پیچیده هستند.

وجود کدهای زیاد XML

برنامه‌های توسعه داده شده با فریمورک Spring از کدهای XML زیادی استفاده می‌کنند. در نتیجه، این مورد را به عنوان یکی از نقاط ضعف این فریمورک می‌توان در نظر گرفت.

شروع کار با فریمورک Spring

بعد از آشنایی با معماری، کاربردها و ویژگی‌های اصلی فریمورک Spring زمان آن فرا رسیده است تا با نحوه ایجاد پروژه جاوا در قالب این فریمورک آشنا شوید. بر همین اساس در این بخش از نوشته به صورت گام‌به‌گام مراحل ایجاد و ساخت پروژه به کمک جاوا اسپرینگ عنوان خواهد شد.

نصب ابزارهای مورد نیاز

در این بخش برای توسعه پروژه جاوا با Spring از سیستم‌عامل ویندوز و ویرایشگر کد «ویژوال استودیو کد» (Visual Studio Code) استفاده شده است. برای شروع کار باید نسخه مناسب جاوا را از طریق این لینک (+) دانلود و نصب کرد.

ساخت پروژه Spring

با وجود امکان ایجاد پروژه به صورت دستی در فریمورک Spring اما راه آسان‌تری نیز توسط این فریمورک پیشنهاد می‌شود. ابزار Spring Intializer راهی آسان برای پیکربندی و راه‌اندازی پروژه به کاربران پیشنهاد می‌کند. علاوه بر این، افزونه Spring Boot نیز به کاربران این امکان را می‌دهد تا برنامه‌های مستقل مبتنی بر فریمورک Spring با کمترین وابستگی را بسازند. ابزار Spring Intializer به عنوان پلتفرمی متمرکز برای ساخت پروژه به توسعه‌دهندگان این امکان را می‌دهد تا در زمان ساخت پروژه گزینه‌های مختلفی همچون زبان برنامه نویسی، نسخه جاوا، نام بسته، نوع پروژه و وابستگی‌های مورد نیاز را انتخاب کنند. تصویر زیر صفحه مربوط به Spring Intializer را به گزینه‌های موجود در آن نشان می‌دهد.

با توجه به تصویر ارائه شده در بالا پروژه test_app

 با نام بسته com.myproject

 از نوع Maven Project

 ایجاد شده است. همچنین، از نسخه ۱۷ جاوا برای توسعه به همراه Spring Web به عنوان وابستگی مورد نیاز پروژه استفاده شده است. در انتها بعد از تعیین تمام مشخصات مورد نیاز پروژه باید بر روی دکمه GENERATE کلیک کرد. با زدن این دکمه یک فایل فشرده توسط Spring Intializer تولید می‌شود.

باز کردن پروژه Spring در ویرایشگر کد

بعد از ایجاد پروژه به کمک Spring Intializer و دریافت فایل فشرده مربوط به آن توسط این ابزار باید این فایل را از حالت فشرده خارج کرد. در گام بعدی نیاز است تا این فایل را در ویرایشگر کد ویژوال استودیو باز کرد. پیش از باز کردن فایل در ویرایشگر کد باید از نصب بودن دو افزونه زیر در Visual Studio برای پشتیبانی از جاوا و فریمورک اسپرینگ اطمینان حاصل کرد.

• افزونه مورد نیاز برای جاوا (+)
• افزونه مورد نیاز برای فریمورک Spring (+)

بعد از نصب دو افزونه بالا از طریق لینک‌های قرار داده شده باید کد جاوا پروژه را از مسیر srcmainjavacommyprojecttest_appTestAppApplication.java

 در ویرایشگر کد باز و کدهای زیر را جایگزین کرد.

package com.myproject.test_app;
import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestParam;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
@SpringBootApplication
@RestController
public class TestAppApplication {
public static void main(String[] args) {
SpringApplication.run(TestAppApplication.class, args);
}
@GetMapping("/greeting")
public String hello(@RequestParam(value = "name", defaultValue = "World") String name) {
return String.format("<h1>Hello %s!, This is My First Spring Project</h1>", name);
}
}

کد ارائه شده در بالا صفحه‌ای با پیام خوش آمدگویی را به کاربر نشان می‌دهد.

اجرا پروژه Spring

در آخرین گام نیز برای اجرای کد ارائه شده در بالا باید دستور زیر را درون ترمینال پروژه اجرا کرد.

/mvnw spring-boot:run

خروجی حاصل بعد از اجرای دستور بالا در ترمینال پروژه به صورت زیر خواهد بود که وب سرور مورد نیاز برای پروژه را ایجاد خواهد کرد.

برای نمایش خروجی پروژه باید آدرس زیر را در نوار آدرس مرورگر وارد کرد.

http://localhost:8080/greeting?name=Jake

با وارد کردن آدرس فوق در مرورگر خروجی به صورت زیر نمایش داده خواهد شد.

سوالات متداول

بعد از پاسخ به سوال جاوا اسپرینگ چیست و بررسی معماری، ویژگی‌ها، کاربردها و مزایا و معایب این فریمورک در این بخش به تعدادی از متداول‌ترین سوالات این حوزه پاسخ داده شده است.

آیا یادگیری فریمورک Spring دشوار است؟

فریموک Spring ابزار بسیار قدرتمندی در زمینه توسعه است که راه‌اندازی و شروع کار با آن بسیار آسان است، اما تسلط یافتن به این چارچوب و توانایی کار با آن همانند هر ابزار دیگری به زمان نیاز دارد. یادگیری مفاهیم و معماری این فریمورک به صورت اصولی موجب عملکرد بهتر و افزایش بهره‌وری توسعه‌دهنده در آینده می‌‍‌شود. در نتیجه این امر توسعه‌دهنده کدهای بهتر و خواناتری را می‌تواند بنویسد.

دلیل انتخاب فریمورک جاوا اسپرینگ چیست؟

فریمورک Spring به عنوان چارچوبی امن، کم‌هزینه و انعطاف‌پذیر شناخته می‌شود که موجب بهبود عملکرد برنامه‌نویس می‌شود. علاوه بر این، استفاده از این فریمورک به دلیل استفاده صحیح آن از منابع سیستم زمان کلی توسعه را نیز کاهش می‌دهد. اسپرینگ با حذف جزئیات زیاد مربوط به پیکربندی برنامه باعث شده است تا توسعه‌دهندگان بهتر بتوانند بر روی منطق تجاری برنامه تمرکز کنند.

فریمورک Spring به حل چه مشکلاتی کمک کرده است؟

این فریمورک محبوب و قدرتمند کمک شایانی به حل مشکلات فنی مربوط به توسعه برنامه‌های «بلادرنگ» (Real-Time) کرده است. برای این منظور فریمورک Spring از چندین ماژول مختلف همچون WEB MVC ،IOC ،DAO ،AOP ،Context و ORM بهره می‌برد. اسپرینگ علاوه بر این در توسعه وب اپلیکیشن‌های کابردی، مقیاس‌پذیر و ایمن مورد استفاده قرار می‌گیرد.

پرکابردترین فریمورک جاوا اسپرینگ چیست؟

فریمورک Spring Boot محبوب‌ترین فریمورک از زیرمجموعه‌های جاوا اسپرینگ است که به منظور ساخت برنامه‌های «میکروسرویس» (Microservice) با زبان جاوا مورد استفاده قرار می‌گیرد. Spring Boot با ارائه تنظیمات پیش‌فرض به منظور پیاده‌سازی تست‌های واحد و یکپارچه‌سازی، ساخت وب اپلیکیشن‌ها و سایر موارد مرتبط فرایند توسعه برنامه‌ها را تسریع می‌‌کند.

جمع‌بندی

توسعه‌دهندگان در حوزه‌های مختلف همواره به دنبال راهی برای افزایش بهره‌وری و ساده‌سازی فرایند توسعه نرم‌افزار بوده‌اند. در این بین استفاده از فریمورک‌ها به دلیل ارائه شیوه‌های استاندارد کد نویسی، ساده‌سازی فرایند پردازش و دارا بودن ابزارهای مختلف به برنامه‌نویسان بسیار کمک کرده است. فریمورک Spring در زبان جاوا با ارائه ابزارها و قابلیت‌های مختلف به توسعه‌دهندگان در ساخت برنامه‌های مبتنی بر جاوا کمک بسیاری کرده است. در این مطلب از مجله فرادرس ضمن پاسخگویی به این سوال که جاوا اسپرینگ چیست ویژگی‌های مهم این فریمورک نیز مورد بررسی قرار گرفت.

در ادامه نیز معماری فریمورک اسپرینگ به همراه مهم‌ترین بخش‌ها و ماژول‌های تشکیل دهنده آن بررسی شد. برای درک بهتر مباحث گفته شده نیز در انتها به زبان ساده نحوه ساخت پروژه جاوا مبتنی فریمورک Spring توضیح داده شد.