Spring IOC 控制反轉(zhuǎn)

一、前言

Spring 框架中的核心概念之一就是控制反轉(zhuǎn)（Inversion of Control，IoC）。

IOC就是一種思想，而依賴注入(Dependency Injection, DI) 是控制反轉(zhuǎn)的一種實(shí)現(xiàn)方式。

Spring本身是一個(gè)容器，存的是對(duì)象。對(duì)象這個(gè)詞，在 Spring的范圍內(nèi)，稱之為 Bean。

什么是控制反轉(zhuǎn)（IOC）

控制反轉(zhuǎn)（Inversion of Control，IoC）是一種設(shè)計(jì)原則，它將對(duì)象的創(chuàng)建和依賴關(guān)系的管理從程序代碼中解耦出來，交由框架或容器進(jìn)行處理。傳統(tǒng)的編程方式中，應(yīng)用程序代碼主動(dòng)創(chuàng)建和管理對(duì)象，而通過IoC，框架或容器負(fù)責(zé)對(duì)象的創(chuàng)建和管理，應(yīng)用程序代碼只需要聲明依賴關(guān)系。轉(zhuǎn)換對(duì)象控制權(quán)，讓Spring幫我們管理或創(chuàng)建 bean。

什么是依賴注入（DI）

依賴注入（Dependency Injection，DI）是一種設(shè)計(jì)模式，它將對(duì)象所依賴的其他對(duì)象的創(chuàng)建和管理職責(zé)從對(duì)象自身剝離出來，通過外部容器（如Spring IoC容器）將所需的依賴對(duì)象注入到目標(biāo)對(duì)象中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)象之間的解耦和提高代碼的可維護(hù)性和可測(cè)試性。

二、介紹 IOC

下面將通過案例來分析什么是IOC

需求：造一輛車

2.1 傳統(tǒng)思想代碼

public class NewCarExample {public static void main(String[] args) {Car car = new Car(20);car.run();}/*** 汽車對(duì)象*/static class Car {private Framework framework;public Car(int size) {framework = new Framework(size);System.out.println("Car init....");}public void run(){System.out.println("Car run...");}}/***車身類*/static class Framework {private Bottom bottom;public Framework(int size) {bottom = new Bottom(size);System.out.println("Framework init...");}}/*** 底盤類*/static class Bottom {private Tire tire;public Bottom(int size) {this.tire = new Tire(size);System.out.println("Bottom init...");}}/*** 輪胎類*/static class Tire {// 尺寸private int size;public Tire(int size){this.size = size;System.out.println("輪胎尺寸：" + size);}}
}

從上述代碼中可以看到，以上程序的問題是代碼耦合性過高，導(dǎo)致修改底層代碼后，需要調(diào)整整體的代碼。

2.2 解決方案

利用IOC思想，控制反轉(zhuǎn)。

具體操作是將原來由我們自己創(chuàng)建的下極類，改為傳遞的方式（也就是注入的方式）。

因?yàn)槲覀儾恍枰诋?dāng)前類中創(chuàng)建下極類了，所以下極類及時(shí)發(fā)生變化，當(dāng)前類本身也無需修改任何代碼，這樣就完成了解耦合。

2.3 IOC思想代碼

public class IocCarExample {public static void main(String[] args) {Tire tire = new Tire(20);Bottom bottom = new Bottom(tire);Framework framework = new Framework(bottom);Car car = new Car(framework);car.run();}static class Car {private Framework framework;public Car(Framework framework) {this.framework = framework;System.out.println("Car init....");}public void run() {System.out.println("Car run...");}}static class Framework {private Bottom bottom;public Framework(Bottom bottom) {this.bottom = bottom;System.out.println("Framework init...");}}static class Bottom {private Tire tire;public Bottom(Tire tire) {this.tire = tire;System.out.println("Bottom init...");}}static class Tire {private int size;public Tire(int size) {this.size = size;System.out.println("輪胎尺寸：" + size);}}
}

2.4 IOC 使用（@Autowired依賴注入）

Spring 作為一個(gè)IOC容器幫我們管理對(duì)象，其主要功能就是 存 和 取 。

存：存的是對(duì)象bean，可以使用 @Component或者其他注解（下文中會(huì)講到）

取：告訴 Spring ，從容器中取出這個(gè)對(duì)象，賦值給當(dāng)前對(duì)象的屬性。也就是依賴注入 使用注解 @Autowired

2.5 IOC 優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)開發(fā)中，對(duì)象創(chuàng)建的順序是：Car -> Framework -> Bottom -> Tire

改進(jìn)之后解耦代碼的創(chuàng)建順序是：Tire -> Bottom -> Framework -> Car

我們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)規(guī)律，通用程序的實(shí)現(xiàn)代碼，類的創(chuàng)建順序是反的，傳統(tǒng)代碼是 Car 控制并創(chuàng)建了Framework，Framework 創(chuàng)建并創(chuàng)建了 Bottom，依次往下，而改進(jìn)之后的控制權(quán)發(fā)生的反轉(zhuǎn)，不再是使用方對(duì)象創(chuàng)建并控制依賴對(duì)象了 ，而是把依賴對(duì)象注入將當(dāng)前對(duì)象中，依賴對(duì)象的控制權(quán)不再由當(dāng)前類控制了。

這樣的話，即使依賴類發(fā)生任何改變，當(dāng)前類都是不受影響的，這就是典型的控制反轉(zhuǎn)，也就是 IoC 的實(shí)現(xiàn)思想。

上述改進(jìn)后的程序main中的代碼就是IOC容器需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。

從上面也可以看出來, IoC容器具備以下優(yōu)點(diǎn):

資源不由使用資源的雙方管理，而由不使用資源的第三方管理。

• 資源的集中管理：IOC會(huì)幫我們管理一些資源（對(duì)象等），需要的時(shí)候，直接去IOC中取即可。
• 在創(chuàng)建實(shí)例的時(shí)候不需要了解其中的細(xì)節(jié)，降低了使用資源雙方的依賴程度，降低耦合度。

三、IOC詳解

前面提到的IOC控制反轉(zhuǎn)，就是將對(duì)象的控制權(quán)交給Spring的IOC容器，由IOC容器創(chuàng)建及管理對(duì)象。也就是存儲(chǔ)bean。

3.1 從Spring容器中獲取對(duì)象：Spring上下文

在學(xué)習(xí)如何存儲(chǔ)對(duì)象之前，先來看如何從Spring容器中獲取對(duì)象？

@SpringBootApplication
public class DemoApplication {public static void main(String[] args) {//String上下文ApplicationContext context = SpringApplication.run(DemoApplication.class, args);//獲取到這個(gè)類的對(duì)象context.getBean(Class<T> aClass);//根據(jù)bean名稱獲取beancontext.getBean(String s);}
}

獲取Bean的三種常用方法

通過Bean名稱來獲取Bean，如果沒有顯式的提供名稱(BeanId)，Spring容器將為該bean生成唯一的名稱。

Bean的命名約定：查看官方文檔

其大致意思是，bean名稱以小寫字母開頭，然后使用駝峰式大小寫

比如：

類名：UserController，Bean的名稱為：userController；

類名：AccountManager,Bean的名稱為：accountManage；

也有特殊情況：

比如 ：

類名：UController，Bean的名稱為：UController；

類名：AController，Bean的名稱為：AController；

@SpringBootApplication
public class DemoApplication {public static void main(String[] args) {//上下文ApplicationContext context = SpringApplication.run(DemoApplication.class, args);//通過類名獲取beanUserController usercontroller1 = context.getBean(UserContorller.class);//通過Bean名獲取beanUserController usercontroller2 = context.getBean(userController);system.out.println(usercontroller1);system.out.println(usercontroller2);}
}

3.2 Bean的存儲(chǔ)

在Spring中，要把某個(gè)對(duì)象交給IOC容器管理，需要在類上添加注解，下文中就會(huì)講到Spring框架為服務(wù)web應(yīng)用程序，提供了豐富的注解。

共有兩類注解類型可以實(shí)現(xiàn)：

1. 類注解：@Controller、@Service、@Repository、@Component、@Configuration
2. 方法注解：@Bean

觀察下面類注解的源代碼，都是@component的衍生類，因此@Component的作用范圍更廣。

@Controller控制存儲(chǔ)器

@Service服務(wù)存儲(chǔ)

@Repository倉庫存儲(chǔ)

@Component組件存儲(chǔ)

@Configuration配置存儲(chǔ)

3.2.1 為什么要這么多類注解？

最直接的一個(gè)原因就是，可以讓程序員看到類注解之后，就能直接了解當(dāng)前類的用途。

• @Controller：控制層, 接收請(qǐng)求, 對(duì)請(qǐng)求進(jìn)行處理, 并進(jìn)行響應(yīng).
• @Servie：業(yè)務(wù)邏輯層, 處理具體的業(yè)務(wù)邏輯.
• @Repository：數(shù)據(jù)訪問層，也稱為持久層. 負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)訪問操作
• @Configuration：配置層. 處理項(xiàng)目中的一些配置信息

3.3 方法注解@Bean

五大注解只能加在類上，并且只能加在自己的代碼上，如果我引入了一個(gè)第三方j(luò)ar包，也希望交給Spring管理，是沒有辦法加五大注解。比如說：數(shù)據(jù)庫操作，定義多個(gè)數(shù)據(jù)源。

@Bean方法一定要配合類注解使用

使用@Bean注解時(shí)，bean的名稱是方法名。

3.3.1 @Bean方法注解一定要配合類注解使用

在 Spring 框架的設(shè)計(jì)中，方法注解 要配合類注解才能將對(duì)象正常的存儲(chǔ)到 Spring 容器中，下代碼所示：

@Component
public class BeanConfig {@Beanpublic User user(){User user = new User();user.setName("zhangsan");user.setAge(18);return user;}
}

3.3.2 @Bean方法定義多個(gè)對(duì)象

對(duì)于同一個(gè)類，如何定義多個(gè)對(duì)象呢？

比如說，多數(shù)據(jù)源的場(chǎng)景，類是同一個(gè)，但是配置不同，指向的數(shù)據(jù)源也不同。

@Component
public class BeanConfig {@Beanpublic User user1(){User user = new User();user.setName("zhangsan");user.setAge(18);return user;}@Beanpublic User user2(){User user = new User();user.setName("lisi");user.setAge(19);return user;}
}

此時(shí)，如果通過類型獲取對(duì)象的話，Spring就會(huì)給我們報(bào)錯(cuò)，因?yàn)橛袃蓚€(gè)對(duì)象，Spring不知道取哪個(gè)。接下來根據(jù)名稱來獲取bean對(duì)象。

@SpringBootApplication
public class DemoApplication {public static void main(String[] args) {//獲取Spring上下文對(duì)象ApplicationContext context = SpringApplication.run(DemoApplication.class, args);//根據(jù)bean名稱, 從Spring上下文中獲取對(duì)象// User user1 = (User) context.getBean("user1");User user2 = (User) context.getBean("user2");System.out.println(user1);System.out.println(user2);}
}

3.3.3 重命名@Bean

@Bean(name = {"u1","user1"})
public User user1(){User user = new User();user.setName("zhangsan");user.setAge(18);return user;
}

3.4 掃描路徑

SpringBoot 特點(diǎn)就是約定大于配置。其中之一的體現(xiàn)就是掃描路徑。

默認(rèn)掃描路徑：啟動(dòng)類所在的目錄及其子孫目錄

如果更改啟動(dòng)類所在目錄，而未進(jìn)行路徑的標(biāo)注就會(huì)出現(xiàn)報(bào)錯(cuò)。

通過@ComponentScan()這個(gè)注解可以指定掃描路徑。

@ComponentScan({"com.example.demo"})
@SpringBootApplication
public class DemoApplication {public static void main(String[] args) {//獲取Spring上下文對(duì)象ApplicationContext context = SpringApplication.run(DemoApplication.class, args);//從Spring上下文中獲取對(duì)象User u1 = (User) context.getBean("u1");//使用對(duì)象System.out.println(u1);}
}

四、三種依賴注入方式（DI）

上面我們講解了控制反轉(zhuǎn)IoC的細(xì)節(jié)，接下來呢，我們學(xué)習(xí)依賴注入DI的細(xì)節(jié)。依賴注入是一個(gè)過程，是指IoC容器在創(chuàng)建Bean時(shí)，去提供運(yùn)行時(shí)所依賴的資源，而資源指的就是對(duì)象。在上面程序案例中，我們使用了@Autowired這個(gè)注解，完成了依賴注入的操作。

關(guān)于依賴注入，Spring也給我們提供了三種方式：

• 屬性注入
• 構(gòu)造方法注入
• Setter注入

4.1 屬性注入

屬性注入是使用@Autowired實(shí)現(xiàn)的。

下面是將Service類注入到Controller類中。

//Service類
import org.springframework.stereotype.Service;
@Service
public class UserService {public void sayHi() {System.out.println("Hi,UserService");}
}

@Controller
public class UserController {//注入方法1: 屬性注入@Autowiredprivate UserService userService;public void sayHi(){System.out.println("hi,UserController...");userService.sayHi();}
}

4.1.1 @Autowired存在問題

當(dāng)一個(gè)類存在多個(gè)bean時(shí)，使用@Autowored會(huì)存在問題

@Component
public class BeanConfig {@Bean()public User user1() {User user = new User();user.setName("zhangsan");user.setAge(18);return user;}@Beanpublic User user2() {User user = new User();user.setName("lisi");user.setAge(19);return user;}
}

@Controller
public class UserController {@Autowiredprivate UserService11 userService;//此時(shí)注入的user，Spring不知道是user1還是user2@Autowiredprivate User user;public void sayHi() {System.out.println("hi,UserController...");userService.sayHi();System.out.println(user);}
}

運(yùn)行程序就會(huì)報(bào)錯(cuò)

報(bào)錯(cuò)原因是非唯一的Bean對(duì)象。

Spring提供了以下幾種解決方案：

• Primary
• Qualifier
• Resource

使用@Primary注解： 當(dāng)存在多個(gè)相同類型的Bean注入時(shí)，加上@Primary注解，來確定默認(rèn)的實(shí)現(xiàn).

@Component
public class BeanConfig {//此時(shí)Spring默認(rèn)的就是user1()@Primary@Bean()public User user1() {User user = new User();user.setName("zhangsan");user.setAge(18);return user;}@Beanpublic User user2() {User user = new User();user.setName("lisi");user.setAge(19);return user;}
}

使用@Qualifier注解：指定當(dāng)前要注入的bean對(duì)象。 在@Qualifier的value屬性中，指定注入的bean的名稱。

@Controller
public class UserController @Autowiredprivate UserService11 userService;@Qualifier("user2") //指定bean名稱@Autowiredprivate User user;public void sayHi() {System.out.println("hi,UserController...");userService.sayHi();System.out.println(user);}
}

使用@Resource注解：是按照bean的名稱進(jìn)行注入。通過name屬性指定要注入的bean的名稱。

@Controller
public class UserController @Autowiredprivate UserService11 userService;@Resource(name = "user2")private User user;public void sayHi() {System.out.println("hi,UserController...");userService.sayHi();System.out.println(user);}
}

4.2 構(gòu)造方法注入

構(gòu)造方法注入是在類的構(gòu)造方法中實(shí)現(xiàn)注入，代碼如下：

@Controller
public class UserController2 {//注入方法2: 構(gòu)造方法private UserService userService;@Autowiredpublic UserController2(UserService userService) {this.userService = userService;}public void sayHi(){System.out.println("hi,UserController2...");userService.sayHi();}
}

4.3 Setter注入

Setter注入和屬性的Setter方法實(shí)現(xiàn)類似，只不過在設(shè)置 set 方法的時(shí)候需要加上@Autowired注解，代碼如下：

@Controller
public class UserController3 {//注入方法3: Setter方法注入private UserService us;@Autowiredpublic void setUS(UserService us) {this.us = us;}public void sayHi(){System.out.println("hi,UserController3...");userService.sayHi();}
}

五、常見面試題

5.1 常見面試題：@Autowired與@Resource的區(qū)別

• @Autowired 是spring框架提供的注解，而@Resource是JDK提供的注解

• @Autowired 默認(rèn)是按照類型注入，而@Resource是按照名稱注入. 相比于@Autowired 來說，@Resource 支持更多的參數(shù)設(shè)置，例如 name 設(shè)置，根據(jù)名稱獲取 Bean。

5.2 常見面試題：三種注入方式的優(yōu)缺點(diǎn)

• 屬性注入（大部分情況下使用）
  • 優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)潔、使用方便。
  • 缺點(diǎn)：
    • 不能注入一個(gè)Final修飾的屬性。
    • 只能用于IOC容器，如果是非IOC容器則不可用。并且在使用的時(shí)候才會(huì)出現(xiàn) NPE（空指針異常）
• 構(gòu)造函數(shù)注入（Spring 4.x推薦）
  • 優(yōu)點(diǎn)：
    • 可以注入Final修飾的屬性。
    • 注入的對(duì)象不會(huì)被修改。
    • 通用性比較好，構(gòu)造方法是JDK支持的，因此更換框架也是適用的。
  • 缺點(diǎn)：注入多個(gè)對(duì)象時(shí)，代碼比較復(fù)雜。
• Setter注入（Spring 3.x推薦）
  • 優(yōu)點(diǎn)：方便在類實(shí)例之后，重新對(duì)該對(duì)象進(jìn)行配置或注入。
  • 缺點(diǎn)：
    • 不能注入一個(gè)Final修飾的對(duì)象。
    • 注入對(duì)象有被修改的風(fēng)險(xiǎn)。

六、附加總結(jié)