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Springboot单体架构搭建学习：从入门到实践

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SpringBoot

本文将指导你学习如何使用Spring Boot搭建单体架构，从快速搭建第一个Spring Boot项目开始，详细介绍如何构建基本的Spring Boot项目、实现服务拆分与管理，并最终部署到服务器。Spring Boot单体架构搭建学习涵盖了从基础到高级的各个方面，帮助开发者快速掌握这一技能，让你能够快速构建并部署稳定可靠的单体应用。

Spring Boot简介

什么是Spring Boot

Spring Boot 是Spring框架的一个子项目，旨在简化Spring应用的初始搭建及开发过程。它通过约定优于配置的方式，帮助开发者快速搭建Spring应用。Spring Boot的核心目标是简化Spring应用的开发，并且提供一套完整的默认配置，使得开发人员可以快速上手，专注于业务逻辑。

Spring Boot通过提供一系列默认配置，使得开发人员能够快速地创建独立的、生产级别的基于Spring的应用程序，无需大量的XML配置。它还支持嵌入式的Web服务器（如Tomcat、Jetty），可以将应用打包为单一的可执行的jar或者war文件，简化部署过程。

Spring Boot的优势和应用场景

优势

快速启动：通过默认配置，开发者可以快速启动并运行应用，减少配置时间。
无XML配置：尽可能地减少XML配置文件的使用，采用约定优于配置的模式，使得配置更加简洁。
自动配置：Spring Boot可以通过自动配置来减少配置文件的工作量，使得开发人员专注于业务逻辑。
嵌入式Web服务器：内置了Tomcat、Jetty等Web服务器，可以将应用打包为可执行的jar或war文件，简化部署过程。
模块化开发：提供各种starter依赖，使得开发人员可以快速地引入需要的功能模块，加快开发速度。
监控与日志管理：提供了Actuator（监控）和Logback（日志）等模块，便于监控应用状态和管理日志。
外部化配置：支持从外部属性文件或环境变量加载配置，提高应用的灵活性和可维护性。

应用场景

Spring Boot适用于各种类型的Java应用开发，特别是以下场景：

Web应用：快速开发基于Web的应用，可以是RESTful服务、静态页面展示等。
微服务应用：虽然Spring Boot可以用于微服务，但更常见的是作为单体应用的基础架构，提供稳定可靠的服务。
独立应用：可以将应用打包为可执行的jar文件，独立启动运行，无需外部依赖。
快速原型开发：对于快速原型开发，Spring Boot提供了快速配置的功能，可以很快地搭建一个原型系统。

快速搭建第一个Spring Boot项目

创建Spring Boot项目

安装Spring Boot CLI：可以通过Maven或Gradle构建工具来安装Spring Boot CLI，或者使用IDE工具（如Spring Tool Suite、IntelliJ IDEA等）来创建Spring Boot项目。

使用Spring Boot CLI创建项目：

spring init --dependencies=web my-first-spring-boot-app
cd my-first-spring-boot-app
mvn spring-boot:run

使用IDE创建项目：使用Spring Initializr插件来创建一个新的Spring Boot项目，选择所需的依赖（如Web、Thymeleaf等），然后直接运行项目。

添加依赖和配置文件

pom.xml：

<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
    </dependency>
</dependencies>

application.properties：

server.port=8080
spring.application.name=my-first-spring-boot-app

项目结构

src/main/java：存放Java源代码，包括主类和业务逻辑类。
src/main/resources：存放资源文件，如配置文件、静态文件以及模板文件。
src/test/java：存放测试代码。
pom.xml：Maven构建文件，包含项目依赖和构建配置。

示例代码

主类（Application.java）：

package com.example.demo;

import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;

@SpringBootApplication
public class Application {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(Application.class, args);
    }

}

配置文件（application.properties）：

server.port=8080
spring.application.name=my-first-spring-boot-app

构建基本的Spring Boot项目

创建项目

使用Spring Initializr创建项目：选择Web依赖，创建一个新的项目。
初始化项目：
- 创建一个新的Spring Boot项目，选择Web依赖。
- 初始化项目后，运行项目以确保一切正常。

添加依赖和配置文件

pom.xml：

<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
    </dependency>
</dependencies>

application.properties：

server.port=8080
spring.application.name=my-basic-spring-boot-app

实现基本的RESTful服务

创建控制器：

package com.example.demo.controller;

import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
public class HomeController {

    @GetMapping("/")
    public String home() {
        return "Hello, World!";
    }

}

测试服务：启动应用后，访问http://localhost:8080/，应显示“Hello, World!”。

单体架构概述

什么是单体架构

单体架构（Monolithic Architecture）是一种传统的软件架构模式，将应用的所有功能模块（如用户管理、订单处理、产品展示等）都打包到一个单一的可执行文件中。在这种架构模式下，所有的业务逻辑都是紧密耦合在一起的，通常运行在同一个进程中，共享一个数据库。

单体架构的特点包括：

单一代码库：所有功能模块的代码集中在一个代码库中，易于管理和维护。
部署简单：整个应用作为一个整体部署，简化了部署流程。
易于监控：整个应用作为一个单独的进程运行，监控和调试相对简单。
灵活性较低：修改一处代码可能影响到其他模块，增加了开发的复杂性。

单体架构的优点与缺点

优点

开发简单：由于所有功能模块都在同一代码库中，开发简单直接。
部署方便：整个应用作为一个独立单元部署，简化了部署流程。
易于监控：单一进程运行，监控和调试相对简单。
易于调试：开发人员可以在同一个代码库中进行调试，不涉及复杂的模块间通信。

缺点

扩展性差：整个应用作为一个单一单元运行，扩展性差，不容易水平扩展。
维护成本高：代码紧密耦合，修改一处代码可能影响到其他模块。
部署复杂：当应用规模变大时，部署和升级变得更加复杂。
故障影响范围大：某个模块出现问题，可能导致整个应用不可用。
技术栈单一：使用单一的技术栈开发，限制了技术多样性。

单体架构适用场景

单体架构适用于以下场景：

小型应用：对于一些小型应用，单体架构可以快速搭建，开发和维护成本较低。
早期项目：对于初创项目或早期项目，单体架构可以帮助团队快速启动，减少复杂性。
单点服务：如果应用只需要提供有限的服务，单体架构可以很好地满足需求。
技术栈单一：如果团队熟悉单一的技术栈，可以高效地使用单体架构进行开发。

单体架构下的服务拆分与管理

实现基本的服务拆分

创建新的Java类：

package com.example.demo.service;

public class ProductService {

    public String getProductDetails() {
        return "Product details";
    }

}

注入服务到控制器：

package com.example.demo.controller;

import com.example.demo.service.ProductService;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
public class HomeController {

    @Autowired
    private ProductService productService;

    @GetMapping("/products")
    public String products() {
        return productService.getProductDetails();
    }

}

使用Spring Boot管理模块

创建新的Java类：

package com.example.demo.module;

import org.springframework.context.annotation.Configuration;

@Configuration
public class ModuleConfig {

    // 配置模块相关的bean

}

注入模块配置到控制器：

package com.example.demo.controller;

import com.example.demo.module.ModuleConfig;
import com.example.demo.service.ProductService;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
public class HomeController {

    @Autowired
    private ModuleConfig moduleConfig;

    @Autowired
    private ProductService productService;

    @GetMapping("/products")
    public String products() {
        return productService.getProductDetails();
    }

}

数据库设计与连接配置

设计数据库：根据应用需求设计数据库表结构。

配置数据库连接：

spring.datasource.url=jdbc:mysql://localhost:3306/mydb
spring.datasource.username=root
spring.datasource.password=root
spring.jpa.hibernate.ddl-auto=update

使用JPA或MyBatis等持久化框架：使用Spring Data JPA或MyBatis等框架进行数据库操作。

创建实体类：

package com.example.demo.entity;

import javax.persistence.Entity;
import javax.persistence.GeneratedValue;
import javax.persistence.GenerationType;
import javax.persistence.Id;

@Entity
public class Product {

    @Id
    @GeneratedValue(strategy = GenerationType.AUTO)
    private Long id;

    private String name;

    private double price;

    // getters and setters

}

创建Repository接口：

package com.example.demo.repository;

import com.example.demo.entity.Product;
import org.springframework.data.jpa.repository.JpaRepository;

public interface ProductRepository extends JpaRepository<Product, Long> {
}

使用Repository接口：

package com.example.demo.service;

import com.example.demo.entity.Product;
import com.example.demo.repository.ProductRepository;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Service;

import java.util.List;

@Service
public class ProductService {

    @Autowired
    private ProductRepository productRepository;

    public List<Product> getAllProducts() {
        return productRepository.findAll();
    }

}

单体架构的测试与部署

单元测试与集成测试

单元测试：

package com.example.demo.service;

import com.example.demo.entity.Product;
import com.example.demo.repository.ProductRepository;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.mockito.InjectMocks;
import org.mockito.Mock;
import org.mockito.MockitoAnnotations;

import static org.mockito.Mockito.when;
import static org.junit.jupiter.api.Assertions.assertEquals;

public class ProductServiceTest {

    @Mock
    private ProductRepository productRepository;

    @InjectMocks
    private ProductService productService;

    @Test
    public void testGetAllProducts() {
        MockitoAnnotations.initMocks(this);

        Product product1 = new Product();
        product1.setName("Product 1");
        product1.setPrice(10.0);

        Product product2 = new Product();
        product2.setName("Product 2");
        product2.setPrice(20.0);

        when(productRepository.findAll()).thenReturn(List.of(product1, product2));

        List<Product> products = productService.getAllProducts();

        assertEquals(2, products.size());
        assertEquals("Product 1", products.get(0).getName());
        assertEquals(10.0, products.get(0).getPrice());
    }

}

集成测试：

package com.example.demo.controller;

import com.example.demo.entity.Product;
import com.example.demo.repository.ProductRepository;
import com.example.demo.service.ProductService;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.junit.jupiter.api.extension.ExtendWith;
import org.mockito.InjectMocks;
import org.mockito.Mock;
import org.mockito.junit.jupiter.MockitoExtension;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.boot.test.autoconfigure.web.servlet.WebMvcTest;
import org.springframework.boot.test.mock.mockito.MockBean;
import org.springframework.test.context.junit.jupiter.SpringExtension;
import org.springframework.test.web.servlet.MockMvc;

import java.util.Arrays;

import static org.mockito.Mockito.when;
import static org.springframework.test.web.servlet.request.MockMvcRequestBuilders.get;
import static org.springframework.test.web.servlet.result.MockMvcResultMatchers.content;
import static org.springframework.test.web.servlet.result.MockMvcResultMatchers.status;

@ExtendWith(SpringExtension.class)
@WebMvcTest
public class HomeControllerTest {

    @Autowired
    private MockMvc mockMvc;

    @MockBean
    private ProductService productService;

    @Test
    public void shouldReturnProductList() throws Exception {
        Product product1 = new Product();
        product1.setName("Product 1");
        product1.setPrice(10.0);

        Product product2 = new Product();
        product2.setName("Product 2");
        product2.setPrice(20.0);

        when(productService.getAllProducts()).thenReturn(Arrays.asList(product1, product2));

        mockMvc.perform(get("/products"))
                .andExpect(status().isOk())
                .andExpect(content().string("[\"Product 1\", \"Product 2\"]"));
    }

}

部署与运行Spring Boot应用

打包应用：
```
mvn clean package
```
运行jar包：
```
java -jar target/my-spring-boot-app.jar
```

部署到服务器：

scp target/my-spring-boot-app.jar user@server:/path/to/deploy/
ssh user@server
java -jar /path/to/deploy/my-spring-boot-app.jar

配置环境变量与日志管理

配置环境变量：
```
spring.profiles.active=dev
```

在application-dev.properties中定义环境变量值：

spring.datasource.url=jdbc:mysql://localhost:3306/db_dev

配置日志框架：

logging.level.root=INFO
logging.file.path=/path/to/log

使用Spring Boot Actuator：

management.endpoints.web.exposure.include=*
management.endpoint.health.show-details=always

实践案例：构建一个简单的单体应用

构建一个简单的电商应用

需求

构建一个简单的电商应用，包含用户注册、登录、商品浏览等功能。

构建项目

创建新的Spring Boot项目：选择Web依赖。
初始化项目：
- 创建新的Spring Boot项目，选择Web依赖。
- 初始化项目后，运行项目以确保一切正常。

实现用户注册与登录功能

创建用户实体类：

package com.example.demo.entity;

import javax.persistence.Entity;
import javax.persistence.GeneratedValue;
import javax.persistence.GenerationType;
import javax.persistence.Id;

@Entity
public class User {

    @Id
    @GeneratedValue(strategy = GenerationType.AUTO)
    private Long id;

    private String username;

    private String password;

    // getters and setters

}

创建用户Repository接口：

package com.example.demo.repository;

import com.example.demo.entity.User;
import org.springframework.data.jpa.repository.JpaRepository;

public interface UserRepository extends JpaRepository<User, Long> {
}

创建用户Service类：

package com.example.demo.service;

import com.example.demo.entity.User;
import com.example.demo.repository.UserRepository;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Service;

import java.util.Optional;

@Service
public class UserService {

    @Autowired
    private UserRepository userRepository;

    public Optional<User> findByUsername(String username) {
        return userRepository.findByUsername(username);
    }

    public User save(User user) {
        return userRepository.save(user);
    }

}

创建用户Controller类：

package com.example.demo.controller;

import com.example.demo.entity.User;
import com.example.demo.service.UserService;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.*;

@RestController
public class UserController {

    @Autowired
    private UserService userService;

    @PostMapping("/users")
    public User registerUser(@RequestBody User user) {
        return userService.save(user);
    }

    @GetMapping("/users/{username}")
    public User getUser(@PathVariable String username) {
        return userService.findByUsername(username)
                .orElseThrow(() -> new RuntimeException("User not found"));
    }

}

实现商品浏览功能

创建商品实体类：

package com.example.demo.entity;

import javax.persistence.Entity;
import javax.persistence.GeneratedValue;
import javax.persistence.GenerationType;
import javax.persistence.Id;

@Entity
public class Product {

    @Id
    @GeneratedValue(strategy = GenerationType.AUTO)
    private Long id;

    private String name;

    private double price;

    // getters and setters

}

创建商品Repository接口：

package com.example.demo.repository;

import com.example.demo.entity.Product;
import org.springframework.data.jpa.repository.JpaRepository;

public interface ProductRepository extends JpaRepository<Product, Long> {
}

创建商品Service类：

package com.example.demo.service;

import com.example.demo.entity.Product;
import com.example.demo.repository.ProductRepository;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Service;

import java.util.List;

@Service
public class ProductService {

    @Autowired
    private ProductRepository productRepository;

    public List<Product> getAllProducts() {
        return productRepository.findAll();
    }

}

创建商品Controller类：

package com.example.demo.controller;

import com.example.demo.entity.Product;
import com.example.demo.service.ProductService;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
public class ProductController {

    @Autowired
    private ProductService productService;

    @GetMapping("/products")
    public List<Product> getAllProducts() {
        return productService.getAllProducts();
    }

}

部署到本地或云服务器

打包应用：
```
mvn clean package
```
运行jar包：
```
java -jar target/my-spring-boot-app.jar
```

部署到云服务器：

scp target/my-spring-boot-app.jar user@server:/path/to/deploy/
ssh user@server
java -jar /path/to/deploy/my-spring-boot-app.jar

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