JAVA EE初阶 - 预备知识（四）

一、API

API 即应用程序编程接口（Application Programming Interface），是一组定义、协议和工具，用于不同软件组件、应用程序或系统之间进行交互和通信。以下从多个方面详细介绍 API：

基本概念

接口规范：API 本质上是一种接口规范，它规定了软件组件之间如何进行交互，明确了调用者（客户端）与被调用者（服务端）之间的通信规则。调用者只需按照 API 所定义的规则发送请求，就可以使用被调用者提供的功能，而无需了解其内部实现细节。
功能抽象：API 将软件的具体功能进行抽象封装，以一种标准化的方式呈现给外部。这样，开发者可以专注于使用这些功能来构建自己的应用，而不必关心这些功能是如何实现的，从而提高了开发效率和代码的可维护性。

工作原理

请求与响应机制：API 的工作基于请求与响应机制。客户端应用程序根据 API 文档的规定，构造请求信息（包括请求方法、请求参数等）并发送给服务端。服务端接收到请求后，对请求进行解析和处理，并根据处理结果返回相应的响应信息给客户端。例如，在一个天气查询 API 中，客户端发送包含城市名称的请求，服务端查询该城市的天气数据并将结果返回给客户端。
协议支持：API 通常基于某种网络协议进行通信，常见的有 HTTP/HTTPS 协议。HTTP/HTTPS 协议具有简单、灵活、跨平台等优点，广泛应用于 Web API 的开发中。此外，还有一些 API 使用其他协议，如 TCP、UDP 等。

常见类型

Web API：基于 Web 技术实现，通过 HTTP/HTTPS 协议进行通信，广泛应用于 Web 应用和移动应用开发中。Web API 可以提供各种服务，如数据查询、文件上传下载、用户认证等。例如，社交媒体平台提供的 API 允许开发者获取用户信息、发布动态等；地图服务提供商的 API 可以用于在应用中显示地图、进行路线规划等。
操作系统 API：由操作系统提供，允许应用程序与操作系统进行交互，调用操作系统的各种功能，如文件操作、进程管理、网络通信等。不同的操作系统有不同的 API，如 Windows 操作系统的 Win32 API、Linux 操作系统的 POSIX API 等。
数据库 API：用于与数据库进行交互，实现数据的增删改查等操作。常见的数据库 API 有 JDBC（Java Database Connectivity）用于 Java 程序与数据库的连接，ODBC（Open Database Connectivity）是一种跨平台的数据库访问标准。
第三方 API：由第三方服务提供商提供，开发者可以在自己的应用中集成这些 API 来使用第三方的服务。例如，支付 API（如支付宝、微信支付 API）可以让开发者在自己的应用中实现支付功能；短信验证码 API 可以用于实现用户注册、登录时的短信验证功能。

设计原则

简洁性：API 的设计应该尽量简洁明了，易于理解和使用。接口的参数和返回值应该具有明确的含义，避免过多的复杂性和冗余信息。
一致性：API 的设计应该保持一致性，包括命名规范、请求和响应的格式、错误处理方式等。这样可以降低开发者的学习成本，提高开发效率。
可扩展性：API 应该具有良好的可扩展性，能够适应未来功能的增加和变化。在设计时，应该考虑预留一些扩展点，以便在不影响现有接口的情况下添加新的功能。
安全性：API 的设计需要考虑安全性，保护数据的机密性、完整性和可用性。常见的安全措施包括身份验证、授权、数据加密等。

应用场景

系统集成：在企业级应用中，不同的系统之间需要进行数据共享和业务协同。通过使用 API，可以将不同的系统集成在一起，实现数据的流通和业务流程的自动化。例如，企业的 ERP 系统可以通过 API 与财务系统、供应链系统进行集成，实现数据的实时同步和业务的协同处理。
移动应用开发：移动应用通常需要与后端服务器进行数据交互，获取用户信息、业务数据等。通过调用后端服务器提供的 API，移动应用可以方便地实现这些功能。例如，一款新闻类移动应用可以通过调用新闻服务器的 API 获取最新的新闻资讯。...

二、组件和API的关系

API 是组件对外提供服务的接口
- 组件通常会通过 API 向外部暴露其功能。组件将自身的核心功能封装起来，只通过 API 与其他组件或程序进行交互。其他开发者可以使用这些 API 来调用组件的功能，而不必关心组件内部的具体实现。例如，一个图像处理组件可能会提供裁剪、缩放、滤镜等功能的 API，开发者可以通过调用这些 API 来使用该组件的图像处理能力。
组件依赖 API 实现交互与集成
- 在一个复杂的软件系统中，多个组件需要协同工作来完成特定的任务。组件之间通过 API 进行通信和数据交换，实现系统的集成。例如，在一个在线支付系统中，订单组件可以通过调用支付组件提供的 API 来完成支付操作，支付组件则根据订单组件传递的订单信息进行支付处理，并将支付结果通过 API 返回给订单组件。
API 促进组件的复用
- 良好设计的 API 可以提高组件的复用性。由于 API 定义了清晰的接口规范，其他开发者可以更容易地理解和使用组件的功能，从而将组件应用到不同的项目中。例如，开源的第三方地图组件通常会提供详细的 API 文档，开发者可以根据这些 API 快速将地图组件集成到自己的应用中，实现地图显示、位置搜索等功能。
组件的演化影响 API 的设计和变更
- 当组件的功能发生变化或进行升级时，可能需要对其 API 进行相应的调整。例如，如果一个组件增加了新的功能，可能需要添加新的 API 来暴露这些功能；如果组件的内部实现发生了重大改变，可能需要对现有的 API 进行修改。在这种情况下，需要考虑 API 的兼容性，以确保使用旧版本 API 的代码仍然能够正常工作。

关注点不同
- 组件更侧重于功能的实现和封装，它是一个具有实际功能的实体，负责完成特定的业务逻辑或任务。而 API 更关注于组件之间的交互方式和接口规范，它是组件对外提供服务的一种抽象描述。
粒度不同
- 组件的粒度相对较大，它可以是一个独立的软件模块或系统的一部分，包含多个功能和数据。而 API 的粒度相对较小，它通常是针对某个具体功能或操作的接口定义。例如，一个数据库组件可能包含连接数据库、执行查询、更新数据等多个功能，而每个功能都有对应的 API 来供外部调用。

三、JavaBean

JavaBean 是一种遵循特定编程规范的 Java 类，在 Java 开发中应用广泛，尤其在企业级开发和 Java Web 开发里占据重要地位。以下为你详细介绍 JavaBean：

定义与规范

定义：JavaBean 本质上是一个公共的 Java 类，它将多个数据封装在一起，作为一个独立的对象存在，方便数据的传递和管理。
规范要求
- 类必须是公共的：使用 public 修饰符，这样其他类才能访问该 JavaBean。例如：

public class User {// 类的具体内容
}

必须有一个无参构造方法：这使得 Java 开发工具（如 IDE）或框架能够轻松地实例化这个类。即使没有显式定义构造方法，Java 编译器也会默认提供一个无参构造方法。不过，当定义了有参构造方法时，就需要手动添加无参构造方法。示例如下：

public class User {public User() {// 无参构造方法的具体逻辑}public User(String name, int age) {// 有参构造方法的具体逻辑}
}

属性必须使用私有访问修饰符：使用 private 修饰类的属性，保证数据的封装性，防止外部类直接访问和修改属性。
提供公共的访问器和修改器方法：即 getter 和 setter 方法，用于获取和设置私有属性的值。例如：

public class User {private String name;private int age;public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public int getAge() {return age;}public void setAge(int age) {this.age = age;}
}

作用与优势

数据封装：JavaBean 把相关的数据封装在一个类中，形成一个独立的对象，使数据的管理和操作更加便捷。比如在一个学生管理系统里，Student 类作为 JavaBean 可以封装学生的姓名、学号、成绩等信息，避免数据的分散和混乱。
可复用性：由于 JavaBean 遵循统一的规范，它可以在不同的项目或模块中重复使用。例如，一个用于处理用户信息的 JavaBean 可以在多个与用户管理相关的项目中使用，提高了代码的复用率，减少了开发工作量。
便于传输：在 Java 应用程序的不同层（如表现层、业务逻辑层、数据访问层）之间，或者不同的系统之间，JavaBean 可以作为数据传输的载体。比如在一个 Web 应用中，将用户输入的数据封装在 JavaBean 中，然后传递给业务逻辑层进行处理。
支持 Java 开发工具和框架：许多 Java 开发工具（如 Eclipse、IntelliJ IDEA）和框架（如 Spring、Struts）都对 JavaBean 有良好的支持。开发工具可以自动生成 getter 和 setter 方法，框架可以方便地对 JavaBean 进行实例化、属性注入等操作。

应用场景

Java Web 开发：在 Java Web 开发中，JavaBean 常用于存储表单数据、数据库查询结果等。例如，在一个用户注册页面，用户填写的表单数据可以封装在一个 User 类的 JavaBean 中，然后传递给服务器进行处理。在 JSP 页面中，可以使用 JavaBean 来显示数据，通过 jsp:useBean、jsp:getProperty 和 jsp:setProperty 等标签来操作 JavaBean。
数据持久化：在进行数据库操作时，JavaBean 可以作为实体类与数据库表进行映射。通过 ORM（对象关系映射）框架（如 Hibernate、MyBatis），可以将 JavaBean 对象与数据库表中的记录进行相互转换，方便进行数据的增删改查操作。
Java 企业级开发：在企业级应用开发中，JavaBean 可以作为业务对象，封装业务逻辑和数据。例如，在一个订单管理系统中，Order 类作为 JavaBean 可以包含订单的基本信息、订单状态等属性，同时还可以包含与订单相关的业务方法，如计算订单总价、处理订单状态变更等。

四、EJB

EJB（Enterprise JavaBeans）是 Java 企业版（Java EE，现称 Jakarta EE）的核心 API 之一，它为开发和部署企业级分布式应用程序提供了一个可伸缩、安全、事务性的组件模型。以下从多个方面详细介绍 EJB：

基本概念

组件化开发：EJB 是一种基于组件的开发模型，开发者可以将企业级业务逻辑封装在 EJB 组件中。这些组件可以独立开发、测试和部署，然后集成到企业级应用中。通过这种方式，提高了代码的可复用性和可维护性。
分布式计算支持：EJB 支持分布式计算，允许 EJB 组件在不同的服务器上运行，通过网络进行通信和协作。这使得企业级应用可以充分利用分布式系统的优势，如提高系统的性能、可扩展性和容错性。

主要类型

会话 Bean（Session Bean）
- 有状态会话 Bean（Stateful Session Bean）：维护客户端的会话状态，每个客户端都有一个独立的实例。例如，在一个在线购物系统中，购物车可以用有状态会话 Bean 来实现，它会记录每个用户的购物信息，直到用户完成购物或会话结束。
- 无状态会话 Bean（Stateless Session Bean）：不维护客户端的会话状态，所有客户端共享同一组实例。无状态会话 Bean 通常用于执行一些独立的业务操作，如计算订单总价、验证用户信息等。由于不保存状态，无状态会话 Bean 可以被多个客户端并发使用，提高了系统的性能和可扩展性。
实体 Bean（Entity Bean）：用于表示数据库中的数据实体，将数据库表中的记录映射为 Java 对象。实体 Bean 提供了对数据库数据的持久化操作，如插入、更新、删除和查询等。不过，随着 JPA（Java Persistence API）的发展，实体 Bean 的使用逐渐减少，JPA 成为了更流行的数据库持久化解决方案。
消息驱动 Bean（Message - Driven Bean，MDB）：用于处理异步消息，它实现了 JMS（Java Message Service）消息监听器接口。当有消息到达消息队列时，消息驱动 Bean 会自动接收并处理这些消息。消息驱动 Bean 常用于实现异步处理、解耦系统组件等功能，例如在一个订单处理系统中，当订单创建成功后，发送一条消息到消息队列，消息驱动 Bean 可以接收该消息并进行后续的处理，如发送邮件通知、更新库存等。

运行环境与容器

EJB 容器：是 EJB 组件运行的环境，它负责管理 EJB 组件的生命周期、事务处理、安全管理、资源分配等。EJB 容器提供了一系列的服务，使得开发者可以专注于业务逻辑的实现，而无需关心底层的系统细节。例如，EJB 容器可以自动处理事务的开始、提交和回滚，保证业务操作的原子性和一致性。
应用服务器：EJB 容器通常部署在应用服务器中，常见的应用服务器有 Oracle WebLogic Server、IBM WebSphere Application Server 等。应用服务器为 EJB 组件提供了一个完整的运行环境，包括网络通信、线程管理、数据库连接池等。

优点

简化开发：EJB 提供了丰富的服务和框架，开发者可以利用这些服务来实现企业级应用的复杂功能，如事务处理、安全管理等，从而减少了开发工作量和复杂度。
提高可维护性：通过将业务逻辑封装在 EJB 组件中，使得代码结构更加清晰，易于维护和扩展。当业务需求发生变化时，只需要修改相应的 EJB 组件，而不会影响到整个系统的其他部分。
保证事务和安全：EJB 容器提供了强大的事务管理和安全机制，确保企业级应用的数据一致性和安全性。开发者可以通过配置 EJB 组件的事务属性和安全角色，来控制事务的行为和用户的访问权限。

缺点

学习曲线较陡：EJB 的概念和规范相对复杂，对于初学者来说，学习和掌握 EJB 需要花费较多的时间和精力。
开发和部署成本高：EJB 应用通常需要部署在应用服务器上，而应用服务器的配置和管理比较复杂，需要专业的技术人员进行维护。此外，EJB 应用的开发和部署也需要一定的硬件资源支持，增加了企业的成本。
性能开销：由于 EJB 容器提供了大量的服务和功能，会带来一定的性能开销。在一些对性能要求较高的场景中，可能需要对 EJB 应用进行优化。

五、JPA的数据库持久化机制

JPA（Java Persistence API）是 Java 平台用于管理关系型数据库中数据持久化的标准规范，它提供了一种面向对象的方式来操作数据库，简化了开发者与数据库交互的过程。以下详细介绍 JPA 的数据库持久化机制：

核心概念

实体（Entity）
- 实体是 JPA 中最基本的概念，它是一个普通的 Java 类，对应数据库中的一张表。实体类使用 @Entity 注解进行标记，类中的每个属性对应表中的一列。例如：

import javax.persistence.Entity;
import javax.persistence.Id;@Entity
public class User {@Idprivate Long id;private String name;private int age;// 省略 getter 和 setter 方法
}

实体管理器（EntityManager）
- 实体管理器是 JPA 中用于管理实体的核心接口。它负责实体的生命周期管理，包括实体的创建、查询、更新和删除等操作。通过实体管理器，开发者可以将实体对象与数据库中的记录进行交互。例如：

import javax.persistence.EntityManager;
import javax.persistence.EntityManagerFactory;
import javax.persistence.Persistence;public class UserDao {private static final String PERSISTENCE_UNIT_NAME = "myPersistenceUnit";private EntityManagerFactory emf;public UserDao() {emf = Persistence.createEntityManagerFactory(PERSISTENCE_UNIT_NAME);}public void saveUser(User user) {EntityManager em = emf.createEntityManager();em.getTransaction().begin();em.persist(user);em.getTransaction().commit();em.close();}
}

持久化单元（Persistence Unit）
- 持久化单元是 JPA 中配置数据库连接和实体类的集合。它通常在 persistence.xml 文件中进行配置，指定了使用的数据库驱动、连接信息以及包含的实体类等。例如：

<persistence xmlns="http://xmlns.jcp.org/xml/ns/persistence"xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"xsi:schemaLocation="http://xmlns.jcp.org/xml/ns/persistence http://xmlns.jcp.org/xml/ns/persistence/persistence_2_2.xsd"version="2.2"><persistence-unit name="myPersistenceUnit" transaction-type="RESOURCE_LOCAL"><provider>org.hibernate.jpa.HibernatePersistenceProvider</provider><class>com.example.User</class><properties><property name="javax.persistence.jdbc.driver" value="com.mysql.cj.jdbc.Driver"/><property name="javax.persistence.jdbc.url" value="jdbc:mysql://localhost:3306/mydb"/><property name="javax.persistence.jdbc.user" value="root"/><property name="javax.persistence.jdbc.password" value="password"/></properties></persistence-unit>
</persistence>

持久化操作

创建（Create）
- 使用 EntityManager 的 persist() 方法将一个新的实体对象持久化到数据库中。当调用 persist() 方法时，JPA 会生成相应的 SQL INSERT 语句，并将实体对象的属性值插入到数据库表中。例如：

User user = new User();
user.setName("John");
user.setAge(25);
EntityManager em = emf.createEntityManager();
em.getTransaction().begin();
em.persist(user);
em.getTransaction().commit();
em.close();

读取（Read）
- 可以使用 EntityManager 的 find() 方法根据主键查询实体对象，也可以使用 JPQL（Java Persistence Query Language）或 Criteria API 进行复杂的查询。例如，使用 find() 方法查询用户：

EntityManager em = emf.createEntityManager();
User user = em.find(User.class, 1L);
em.close();

使用 JPQL 查询所有用户：

EntityManager em = emf.createEntityManager();
TypedQuery<User> query = em.createQuery("SELECT u FROM User u", User.class);
List<User> users = query.getResultList();
em.close();

更新（Update）
- 当实体对象处于持久化状态时，对其属性的修改会在事务提交时自动同步到数据库中。可以使用 EntityManager 的 merge() 方法将一个游离状态的实体对象合并到持久化上下文中。例如：

EntityManager em = emf.createEntityManager();
em.getTransaction().begin();
User user = em.find(User.class, 1L);
user.setName("Jane");
em.getTransaction().commit();
em.close();

删除（Delete）
- 使用 EntityManager 的 remove() 方法删除一个实体对象。在调用 remove() 方法之前，实体对象必须处于持久化状态。例如：

EntityManager em = emf.createEntityManager();
em.getTransaction().begin();
User user = em.find(User.class, 1L);
em.remove(user);
em.getTransaction().commit();
em.close();

持久化上下文

概念：持久化上下文是一个与实体管理器关联的环境，它负责管理实体对象的生命周期和状态。在持久化上下文中，实体对象可以处于不同的状态，包括新建（New）、持久化（Managed）、游离（Detached）和移除（Removed）状态。
作用：持久化上下文可以缓存实体对象，减少对数据库的访问次数，提高性能。当实体对象的状态发生变化时，持久化上下文会跟踪这些变化，并在事务提交时将这些变化同步到数据库中。

底层实现

JPA 只是规范：JPA 本身只是一个规范，并没有提供具体的实现。常见的 JPA 实现框架有 Hibernate、EclipseLink 等。这些实现框架负责将 JPA 的操作转换为具体的 SQL 语句，并与数据库进行交互。例如，Hibernate 是一个功能强大的 JPA 实现框架，它提供了高效的 SQL 生成和优化机制，以及丰富的缓存策略，能够提高应用程序的性能和可维护性。

六、规范需要框架来实现

框架（Framework）是一个提供基础结构和功能的软件平台，它为开发者构建应用程序提供了一套可复用的模板和规则

定义

框架是一种半成品的软件，它规定了应用程序的整体架构、模块划分、交互方式（GUI API 消息队列）等，开发者可以在这个基础上进行定制化开发，添加自己的业务逻辑和功能，从而快速构建出完整的应用程序。

特点

可扩展性：框架通常设计为具有良好的扩展性，允许开发者根据具体需求添加新的功能模块、插件或组件。例如，在 Java 开发中，Spring 框架通过其 IoC（控制反转）和 AOP（面向切面编程）特性，使得开发者可以方便地集成各种第三方库和自定义的业务逻辑。
可复用性：框架中包含了许多通用的功能和代码模块，这些模块可以在不同的项目中重复使用。比如，前端开发框架 Vue.js 提供了组件化开发的能力，开发者可以将封装好的组件在多个页面或项目中复用，提高开发效率。
规范性：框架定义了一套开发规范和标准，要求开发者遵循特定的编程风格和架构模式。这有助于提高代码的可读性、可维护性和一致性。例如，Ruby on Rails 框架遵循 MVC（Model - View - Controller）架构模式，使得开发者能够按照统一的方式组织代码。

常见类型

Web 开发框架：用于构建 Web 应用程序，如后端的 Django（Python）、Spring Boot（Java），前端的 React、Vue.js 等。这些框架提供了处理 HTTP 请求、路由管理、模板引擎、数据库交互等功能，帮助开发者快速搭建 Web 应用的基础架构。
移动开发框架：针对移动应用开发，如 React Native、Flutter 等。它们允许开发者使用单一的代码库同时开发 iOS 和 Android 应用，提高开发效率和代码的可维护性。
测试框架：用于自动化测试，如 JUnit（Java）、Pytest（Python）等。这些框架提供了测试用例的组织、执行和结果报告等功能，帮助开发者确保代码的质量和稳定性。

作用

提高开发效率：框架提供了现成的代码模板和工具，开发者可以避免重复编写一些基础的代码，将更多的精力放在业务逻辑的实现上。例如，使用 Spring Boot 框架开发 Java Web 应用时，开发者可以通过简单的配置和注解快速搭建起一个完整的 Web 服务。
降低开发难度：框架封装了许多复杂的技术细节，使得开发者无需深入了解底层的实现原理就能使用相应的功能。比如，在使用数据库操作框架 Hibernate 时，开发者可以通过面向对象的方式操作数据库，而无需编写复杂的 SQL 语句。
保证系统质量：框架遵循一定的设计原则和规范，能够帮助开发者构建出结构清晰、可维护性强的应用程序。同时，框架中通常包含了一些安全、性能优化等方面的机制，有助于提高系统的稳定性和安全性。

规范需要实现框架主要基于以下几个方面的原因：

提高开发效率

减少重复劳动：规范通常只是定义了目标和要求，而实现框架提供了一系列已经经过验证的代码模块、工具和模式。开发者无需每次都从头开始编写实现规范所需的基础代码，例如在 Web 开发中遵循 MVC（Model - View - Controller）规范，Spring MVC 框架就提供了现成的控制器、模型和视图的实现机制，开发者可以直接使用这些机制来搭建符合规范的 Web 应用，大大节省了开发时间。
加速开发进程：实现框架为开发者提供了清晰的开发指导和结构，使得开发过程更加有序和高效。它将规范中的复杂要求进行了封装和简化，开发者可以专注于业务逻辑的实现，而不必过多关注底层的技术细节。例如，在开发遵循特定数据库访问规范的应用时，Hibernate 框架提供了对象 - 关系映射（ORM）功能，开发者可以通过简单的配置和调用方法来实现数据库的操作，而不需要编写大量的 SQL 语句。

确保规范的正确实现

提供标准模板：实现框架为规范的实现提供了标准的模板和结构，确保开发者按照规范的要求进行开发。例如，在开发符合 SOAP（Simple Object Access Protocol）规范的 Web 服务时，Apache CXF 框架提供了一系列的工具和模板，帮助开发者正确地处理 SOAP 消息的格式、传输和交互，从而保证 Web 服务符合规范。
内置检查机制：许多实现框架内置了对规范的检查机制，能够在开发过程中及时发现并纠正不符合规范的代码。例如，在使用 ESLint 工具作为 JavaScript 代码规范的实现框架时，它会在代码编写过程中实时检查代码是否符合预定义的 JavaScript 规范，如代码风格、变量命名规则等，并给出相应的提示和警告。

增强系统的可维护性和可扩展性

模块化设计：实现框架通常采用模块化的设计思想，将系统划分为多个独立的模块，每个模块负责特定的功能。这样的设计使得系统的维护和扩展更加容易。例如，在基于微服务架构规范的开发中，Spring Cloud 框架将微服务的各个功能模块（如服务注册与发现、配置管理、负载均衡等）进行了封装，开发者可以根据需要独立地对各个模块进行维护和扩展。
遵循统一标准：使用实现框架可以确保系统的各个部分遵循统一的规范和标准，提高了系统的一致性和可理解性。当需要对系统进行修改或升级时，开发者可以更容易地找到相关的代码并进行修改，减少了因代码不一致而导致的错误和问题。

促进团队协作

统一开发方式：在团队开发中，实现框架为所有开发者提供了统一的开发方式和工具，使得团队成员之间的沟通和协作更加顺畅。例如，在一个大型的软件开发项目中，所有开发者都使用相同的实现框架（如 Django 框架进行 Python Web 开发），可以减少因开发方式不同而导致的冲突和误解，提高团队的开发效率。
知识共享和传承：实现框架积累了大量的最佳实践和经验，新加入的团队成员可以通过学习和使用框架快速掌握规范的实现方法，促进了团队内部的知识共享和传承。