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软件设计开发
Springboot 最小系统的设计与实现
江健锋，徐振平
（长江大学，湖北荆州434023）
摘要：Springboot 是在Spring 基础上衍生的实用性框架，其目的并不是要替代Spring ，而是为了改变Spring 框架中烦琐的配
置项而诞生。其特点是更好地和第三方库结合进行开发，减少大量的配置代码，达到开箱即用的目的。而Springboot 的最小系统架构，是在web 开发环境中，把安全验证、数据交互、错误返回等web 程序基本要素结合成一个架构系统，不随业务内容改变。而当项目业务内容发生改变时，只需要在该最小系统的基础上，实现业务逻辑即可。关键词：Java ；Springboot ；Mybatis ；SpringSecurity ；Json 中图分类号：TP311文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2021)04-0062-02
开放科学（资源服务）标识码（OSID ）：
1引言
作为Apache 基金的顶级项目，Springboot 框架的提出是为了解决传统Spring 框架配置烦琐的问题，
而且配备了一系列诸如SQL 、NoSQL 数据库、分布式系统等开源项目作为扩展项，堪称全家桶，是现在绝大多数互联网单系统或分布式系统的必备框架。而传统的基于Springboot 框架的系统只是对Spring 全家桶按需使用，没有明确规划，在后期会造成项目的结构混乱，例如：返回数据不统一造成前后端联调复杂；缺乏全局错误处理，错误日志复杂，定位问题变得困难。所以，为了排除不同项目业务对系统造成的差异性，我们可以构建最小系统框架，方便项目的拓建，并且给团队一个适应的编程规范。
2系统架构描述
2.1最小系统架构
如图1，绝大多数系统架构核心必须包含三大模块，与用户相关的业务模块；连接底层的数据管理模块；以及用于中间协调系统的基础功能模块；就企业级而非个人的项目来说，除了业务模块不一样之外，基础模块在逻辑功能上是共通的。最小系统架构，其实就是构建系统的安全功能，数据交互封装，全局异常处理，数据库连接等模块功能，同时避免受业务逻辑的干扰，成为脱离业务单独运行的系统。下文将对系统的三个模块进行剖析。
图1应用框架模型图
2.2系统采用技术2.2.1基础功能模块
如图2所示，对于基础功能模块来说，有三个功能是不可
或缺的，分别是安全验证，前后端数据交互，异常处理，下文将对这个功能逐一说明。
图2基础功能模块
1）全局异常处理众所周知，用户的输入不可能完全按照程序员的意愿来进行；同时，程序员无法对程序运行的各种情况考虑的面面俱到，因此，运行时出现异常或者错误是很难避免的。如果把程序内部响应的错误直接返回给用户，会给用户造成疑惑。综上，我们应该对程序所有可能发生的错误都进行捕捉，把错误信息封装，挑选用户能理解的部分进行返回，提高用户体验度，全局异常处理就显得十分重要。
全局异常处理应用的是SpringMVC 提供的组件增强注解@ControllerAdvice ，以及捕捉系统异常的注解@ExceptionHan⁃dler 来进行全局声明，对于不同的类型，可以返回不同的消息。对应部分代码如下：
@ControllerAdvice @Slf4j
publicclassGlobalExceptionHandler {//捕获运行时异常
@ExceptionHandler(RuntimeException.class)@ResponseBody
publicJsonResulthandlerBusinessException(RuntimeExcep ⁃tion ex){
收稿日期：2020-10-20springboot框架的作用
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第17卷第4期(2021年2月)
<("错误:{}"ex.getErrMsg());ex.printStackTrace();
returnJsonResult.failure(ex);}}2）前后端数据封装
JSON(JavaScript Object Notation)是一种广泛应用的数据交换格式，其简洁而又清晰的层次结构让其逐渐取代XML 称为前后端格式交互的主要格式[1]。在Springboot 的核心jar 包spring-boot-starter-web 中，默认封装了JSON 工具包，当前端对后台进行请求的时候，可以设置返回的文本格式为JSON 。但是JSON 简单清晰的特点只体现在数据传输方面，Springboot 框架并没有对返回的数据内容格式上做任何要求，即返回的JSON 中，可以是一串文字，也可以是某种层次结构。
根据计算机网络传输的知识，我们知道，当系统正常运转并返回时，计算机状态码为200；服务器内部执行错误状态码会返回5xx 来代表不同的错误状态。我们可以结合全局异常处理的内容，不管用户传输给我们的数据是什么，只要程序能够接收，http 携带的状态码都返回200，我们可以把程序的错误或者程序员自定义的错误内容封装到JSON 中，所以我们必须有一个代表状态码的code 字段和中文解析message 字段。除了错误返回之外，程序必须能够正常执行并返回数据，返回数据的数据是一个对象，我们用data 字段来表示。最终，前后端通用的JSON 文本格式为。
{
code：状态码(数字),msg：中文解析(字符串),data：程序返回的数据(对象)}3）安全模块
本文使用的安全模块采用的是SpringSecurity 框架，Spring⁃Security 是一款企业级的权限认证授权框架，作为Spring 全家桶的一员，和Springboot 具有很好的契合性。同时，安全模型的结构设计采用RBAC(Role-Based Access Control 基于角的访问控制)模型设计。文献2通过提出一致性准则、安全性准则和可用性准则分别证明了RBAC 模型安全特性与该三项准则安全特性相一致，证明了RBAC 的可靠性[2]。2.2.2数据管理模块
项目必须考虑后期的扩展性，而随着业务数据量的激增，
框架对数据的承受能力必须有很好的把握，或者说要有足够的扩展性，在后期进行扩展。作为一个抽象的单系统，最小系统架构来说，最大化地减少系统负担并且有足够的扩展性，都是不可或缺的。图3是数据管理模块的抽象结构图，其中不包含任何数据分析的模块，
只做数据管理功能。
图3数据管理模块
1）ORM 框架
如图3所示，ORM(Object Relational Mapping，对象关系映射)框架，用于实现面向对象语言里不同类型系统的数据之间的转换[3]。在Java 语言中，JDK(Java development kit Java 开发工具包)提供了数据库映射数据的API ，作为数据返还，ORM 作为框架接收；底层需要数据库驱动，为了提高数据库复用率，提高系统吞吐率，我们可以使用数据库连接池来进行并发优化。
基于Java 语言的开源ORM 框架有Hibernate 和Mybatis ，前者是全自动化的集成框架，包括数据映射，数据库建表，增删改查语言的自动生成；而Mybatis 则是一个半自动框架，提供了大量接口供用户调用，这种半自动化给了用户很大的自由性，所以最小系统框架选择使用Mybatis 框架。
2）数据库连接池
著名的数据库连接池开源组件有Druid ，c3p0，dbcp 。本系统采用的数据库连接池是阿里开源的Druid ，相比于其他两款数据库连接池，Druid 提供了强大的扩展和监控功能，在适应大数据方面，容错率和性能上都相当的出。
3总结
本文从框架的层面，分析和综合了绝大多数程序架构的特点和共性，抽象化地提出了互联网应用最小系统架构的概念。其特点是抽离了业务逻辑实现系统运行的最小化，同时保证了系统的可扩展性。
参考文献:
[1]百度.JSON[EB/OL].[2020-05-24].baike.baidu/item/JSON,2015-5-11.
[2]熊厚仁，陈性元，张斌，等.基于RBAC 的授权管理安全准则分析与研究[J].计算机科学,2015,42(3):117-123.
[3]百度.ORM 对象关系映射[EB/OL].[2020-05-24].baike.baidu/item 对象关系映射/311152?fromtitle=ORM&fromid=3583252&fr=aladdin.
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