Spring — что это за фреймворк и как он устроен

Java ~13 минут

Spring — один из самых популярных фреймворков для Java. Расскажем, как устроен Spring, чем он хорош и сколько зарабатывают разработчики, владеющие этим фреймворком.

В написании статьи принял участие Антон Ефимов, Senior Software engineer

Что такое Spring и зачем он нужен

Сегодня Java — один из самых распространенных языков программирования в веб-разработке. Но изначально в нем было недостаточно возможностей для создания модульных приложений. Для решения этой проблемы был создан фреймворк Spring.

Spring — фреймворк с открытым исходным кодом, написанный на Java. Его можно использовать для разработки на всех этих языках.

Spring предоставляет огромный набор инструментов и библиотек, которые упрощают и ускоряют процесс разработки, позволяя сосредоточиться на бизнес-логике приложения.

Начинать изучение Spring и работу с фреймворком рекомендуется после освоения основ программирования на Java. Это можно сделать на подготовительных курсах Хекслета. В программу включено много теоретических и практических заданий, которые выполняются в браузерном тренажере. Вы изучите основные понятия программирования, научитесь мыслить как разработчики, исправлять ошибки в коде, а еще создадите свою первую программу.

Использование Spring Framework

Фреймворк Spring программисты создали для написания бэкенда в веб-разработке. Но используют его во многих проектах как для создания десктопных, так и мобильных приложений. Почти всегда это энтерпрайз, то есть, создание крупных корпоративных порталов.

С помощью Spring разработчики могут быстро создавать масштабируемые и надежные приложения, а также использовать преимущества таких технологий, как Spring Boot, Spring Data и Spring Security.

Ключевая особенность Spring — в разнообразии возможностей. Это не один фреймворк, а целый набор готовых решений. В его состав входят дополнительные модули и библиотеки, которые совместно работают и регулярно пополняются.

Также Spring помогает писать код в парадигме аспектно-ориентированного программирования, но об этом мы поговорим позже.

Как устроен фреймворк Spring

Разберем популярные модули и компоненты Spring Framework, которые особенно полюбились Java-разработчикам.

IoC — Inversion of Control

Это базовый модуль Spring Framework, который отвечает за управление зависимостями. С его помощью можно объединить модули проекта в единую архитектуру. Ключевая особенность IoC состоит в том, что мы только предоставляем нужные зависимости контейнеру, которые потом автоматически подставляются в нужные места.

Благодаря технологии Dependency lnjection зависимости хранятся не в объектах, а в отдельных контейнерах. Это позволяет с легкостью вносить изменения в проект: взаимодействие между компонентами не будет нарушено.

Аспектно-ориентированное программирование

Аспектно-ориентированное программирование (АОП) в Spring основано на концепции разделения бизнес-логики и аспектов, таких как безопасность, обработка ошибок. АОП позволяет добавлять эти аспекты в код без изменения его основной структуры, что потом упрощает внесение исправлений в приложение.

Spring поддерживает АОП через механизм AspectJ, который позволяет создавать аспекты, описывающие дополнительные функции, и применять их к требуемым классам или методам. Например, можно создать аспект, который будет обрабатывать исключения, возникающие в определенном методе, без необходимости изменять этот метод.

Для использования АОП в Spring необходимо определить аспекты и указать, к каким классам или методам они должны применяться. Это можно сделать с помощью аннотаций или конфигурационных файлов. Также можно выбрать, чтобы Spring добавлял аспекты во время компиляции приложения.

Доступ к данным

Этот модуль состоит из нескольких библиотек. Их использование дает возможность интегрировать код на Java с базами данных. С помощью фреймворка можно наладить взаимодействие, чтобы программа могла получить доступ к хранилищу информации, и он был безопасным.

Фреймворк работает на основе стандарта Java DataBase Connectivity. Эта технология помогает соединить базу данных через драйвер с использованием уникального URL.

Один из подходов, который используется для упрощения работы с реляционными базами данных в рамках объектно-ориентированного программирования, это ORM. В Spring также есть другие возможности, как например Data Access Object.

Транзакции

Транзакции — это последовательность операций, выраженная через несколько запросов, которые должны быть выполнены атомарно: то есть либо все, либо ни одна. Система собирает несколько запросов в один и отправляет их в базу данных.

У Spring Framework есть инструменты для безопасной работы с транзакциями. Этот модуль гарантирует сохранность данных и поддержку вложенных, локальных и глобальных транзакций.

MVC

Это шаблон для проектирования веб-приложений по системе Model — View — Controller. То есть при создании нового проекта его делят на:

Модель — данные, которые использует приложение для своей функциональности.
Отображение — пользовательский интерфейс.
Контроллер — принципы изменения модели в зависимости от действий пользователя.

В Spring Framework этот шаблон добавили относительно поздно. Зато этот модуль приобрел много дополнительных функций. Например, возможность привязать функциональность к выбранному интерфейсу, разделение слоев и замену интерфейсов.

Аутентификация и авторизация

В Spring модуль аутентификации и авторизации включает в себя несколько компонентов, которые позволяют пользователям проходить аутентификацию и получать доступ к ресурсам в приложении. Вот основные компоненты:

AuthenticationManager — этот интерфейс позволяет управлять процессом аутентификации, включая проверку учетных данных пользователя и выдачу токена доступа.
UserDetailsService — этот интерфейс предоставляет информацию о пользователе: имя, пароль, роль. Spring поддерживает реализацию этого интерфейса через JDBC или Hibernate.
UsernamePasswordAuthenticationToken — этот класс представляет собой объект, который содержит имя пользователя и пароль для аутентификации.
DaoAuthenticationProvider — этот класс используется для аутентификации пользователя на основе его имени пользователя и пароля. Он использует UserDetailsService для получения информации о пользователе и сравнивает ее с введенными учетными данными.

Эти компоненты могут быть использованы для создания системы аутентификации и авторизации на основе ролей в Spring. Например, вы можете создать пользовательский интерфейс для входа, который использует AuthenticationManager для проверки учетных данных пользователя, а затем применяет роли к пользователю с помощью DaoAuthenticationProvider.

Spring Cloud

Этот модуль отвечает за взаимодействие кода с распределенными системами. Он поддерживает технологии, которые используют центры обработки данных и PaaS-платформы — веб-серверы с инфраструктурой для проектов.

В этом модуле представлены решения, которые позволяют сбалансировать нагрузку на сервер, проводить маршрутизацию и наладить обмен данными.

Roo

Этот модуль Spring Framework используют для создания бизнес-приложений. На его основе можно создать многофункциональный пользовательский интерфейс.

Roo предлагает разработчикам простой и оптимизированный код без системных библиотек и высокого потребления ресурсов.

Integration

Этот модуль отвечает за интеграцию с внешними системами, обмен сообщениями внутри приложения и обработку информации из всех источников. Также его можно применять как движок для создания микросервисов.

У этого модуля есть несколько готовых шаблонов, которые позволяют быстро наладить систему интеграции приложений. Он поддерживает связи с веб-сервисами архитектуры REST и SOAP.

Batch

Этот модуль представляет собой платформу, на основе которой создают пакетные приложения. Главное достоинство фреймворка — масштабируемость. Это делает его подходящим и для небольших, и для крупных приложений.

Но чаще модули применяют для приложений с многократно используемыми функциями. Batch позволяет им эффективно обрабатывать большие объемы информации и управлять ресурсами.

Spring Boot

Этот модуль отвечает за координацию работы всего Spring. В начале разработки фреймворк нужно конфигурировать, что занимает много времени. А Spring Boot позволяет автоматизировать процесс настройки.

С помощью модуля можно быстро создавать проекты с использованием стартовых пакетов и разворачивать приложения.

Одна из главных функций Spring Boot — управление зависимостями и загрузка дополнительных модулей. Также он может автоматически настроить базу данных для программы.

Сколько зарабатывают Spring-программисты

Spring — одна из самых популярных технологий для разработки корпоративных приложений по данным JetBrains.

Его аналоги используют гораздо реже. Фактически эта технология доминирует на рынке программирования на Java. По данным разработчиков JRebel, все альтернативы этого фреймворка вместе взятые имеют меньше пользователей.

Можно сделать вывод: если вы хотите заниматься коммерческой разработкой на Java и ищите свой стек технологий, Spring будет самым логичным выбором. С ним будет гораздо легче найти работу в этой сфере, чем с его аналогами.

На декабрь 2023 года на hh.ru Spring как требуемая технология указана в 2169 вакансиях. Для сравнения — Java указан в 6 429 вакансиях.

«Хабр.Карьера» собрала статистику по заработку программистов в 2023 в зависимости от стека технологий.

Разработчики со знанием Java Spring Framework зарабатывают в зависимости от квалификации:

99 000 рублей — джуны.
189 000 рублей — мидлы.
296 000 рублей — сеньоры.
336 000 рублей — тимлиды.

Средняя зарплата программиста с этим стеком — 218 000 рублей.

Есть отдельная статистика зарплат по Spring Boot. Со знанием этой технологии зарабатывают:

102 000 рублей — джуны.
193 000 рублей — мидлы.
295 000 рублей — сеньоры.
312 000 рублей — тимлиды.

В среднем бэкендеры со знанием Spring Boot зарабатывают 205 000 рублей.

Преимущества Spring

Универсальность и оптимизация работы

Spring — это масштабная инфраструктура с инструментами буквально на все случаи жизни. В его составе огромное количество модулей, позволяющих решать как стандартные, так и сложные специфические задачи.

Все фреймворки пишут как готовые решения для минимизации рутинных операций. Spring — не исключение. Он предоставляет разработчику целых набор готовых шаблонов и все они экономят время.

Большой выбор инструментов

Spring — один из самых разветвленных фреймворков. На его базе можно реализовать практически любое решения. В статье описаны самые популярные модули, но их гораздо больше.

Бесплатность

Java называют языком программирования для крупных корпораций. У него есть платные и закрытые инструменты. А Spring распространяют бесплатно, что снижает порог входа и позволяет учить его новичкам.

Недостатки Spring

Сложность

Spring — огромная и нагруженная инфраструктура. Перед работой новичку придется внимательно прочесть документацию и разобраться в возможностях фреймворка.

Долгая настройка

Запуск и адаптация Spring к конкретному проекту потребует много времени. Частично это можно решить, используя Spring Boot.

Большой объем кода

Используя этот фреймворк, разработчики сталкиваются с необходимостью тщательной оптимизации. Это не проблема технологии как таковой, но на практике проекты на Spring могут содержать много лишнего кода и ненужных зависимостей.

Небольшой экскурс в историю: как появился Spring

Отсутствие модульности в языке Java не мешало первым программистам, пока не началась эпоха разработки веб-приложений. Для них нужен был дополнительный функционал, поэтому разработчики языка добавили JavaBeans. Это классы, позволяющие объединять несколько объектов в один для лучшей передачи данных.

JavaBeans стал популярным инструментом для оптимизации разработки. Но его возможностей также было недостаточно для создания сложных многопользовательских приложений.

Тогда JavaBeans «усилили» новой технологией Enterprise JavaBeans. Она позволяла улучшить процесс сохранения данных и упростила разработку сложных корпоративных приложений.

Но у Enterprise JavaBeans был серьезный недостаток: она делала код чрезмерно сложным. Так что разработчики продолжили искать новое решение, и оно нашлось в 2003 году.

Команда разработчиков Sprinkler — системы для управления контентом — планировала внедрить в Spring широкий функционал: обработку исключений, управление транзакциями, зависимости. Они столкнулись с необходимостью писать большое количество кода с нуля и решили сделать фреймворк на основе своих разработок.

В 2003 эта команда презентовала тестовую версию Spring Framework, а еще через год случился релиз полностью рабочего ПО. Этот фреймворк быстро занял доминирующее положение на рынке веб-разработки на Java.

Принципы Spring

В основе идеологии этого фреймворка лежит три принципа.

Универсальность. Если другие фреймворки обычно пишут под определенные решения, то Spring — это фактически платформа для «всего» в Java. На его фундаменте можно написать любые приложения, а его новые модули должны иметь универсальное применение.
Легкость. Этот фреймворк написан по принципу минимального воздействия. То есть каждый модуль включает в себя только необходимые функции и ничего лишнего. За счет этого готовые решения в Spring проще интегрировать с другими инструментами. А сам код отличает лаконичность.
Интегрированная инфраструктура. Сильная часть Spring — связи между компонентами. Все технологии в рамках этого инструмента обеспечены хорошим взаимодействием друг с другом. Это сделано за счет инверсии контроля — способа внедрения зависимостей.

Как начать пользоваться Spring Framework

На официальном сайте Spring есть руководство по подключению фреймворка. С его помощью вы сможете написать простейшую программу «Hello, World!» на Spring.

В начале знакомства с фреймворком можно использовать обучающие материалы, которые находятся в свободном доступе, в том числе на официальном сайте — там целая кладезь полезной информации. Есть также русскоязычные сообщества, специализированные сайты и форумы для общения с теми, кто разделяет ваши интересы. Например, Хекслет Комьюнити в Telegram.