JavaEE--SpringIoC - 详解

目录

一、IoC概述

1. 传统程序开发

2. 问题分析

3. 解决方案

4. IoC程序开发

5. IoC优势

二、IoC详解

1. Bean的存储

1.1 @Controller（控制器存储）

1.2 @Service（服务存储）

1.3 @Repository（仓库存储）

1.4 @Component（组件存储）

1.5 @Configuration（配置存储）

2. 为什么需要这么多注解？

3. 方法注解@Bean

3.1 方法注解要配合类注解使用

3.2 定义多个对象

3.3 重命名Bean

3.4 扫描路径

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一、IoC概述

控制反转（Inversion of Control，IoC）是一种设计原则，用于解耦组件之间的依赖关系。传统编程中，调用者主动创建和管理依赖对象；而IoC将控制权交给外部容器或框架，由容器负责创建和注入依赖对象。

接下来我们通过案例来了解一下什么是IoC。

需求：造一辆车

1. 传统程序开发

我们的设计思路是这样的：

先设计轮子（Tire），然后根据轮子的大小设计底盘（Bottom），接着根据底盘设计车身（Framework），最后根据车身设计好整个汽车（Car）。这里就出现了一个“依赖”关系：汽车依赖车身，车身依赖底盘，底盘依赖轮子。

最终程序的实现代码如下：

public class NewCarExample {public static void main(String[] args) {Car car = new Car();car.run();}/*** 汽车对象*/static class Car {private Framework framework;public Car() {framework = new Framework();System.out.println("Car init...");}public void run() {System.out.println("Car run...");}}/*** 车身类*/static class Framework {private Bottom bottom;public Framework() {bottom = new Bottom();System.out.println("Framework init...");}}/*** 底盘类*/static class Bottom {private Tire tire;public Bottom() {this.tire = new Tire();System.out.println("Bottom init...");}}/*** 轮胎类*/static class Tire {// 尺寸private int size;public Tire() {this.size = 17;System.out.println("轮胎尺寸: " + size);}}
}

2. 问题分析

这样的设计看起来没问题，但是可维护性却很低。

如果接下来需求有了变更：随着对车的需求量越来越大，个性化需求也会越来越多，我们需要加工多种尺寸的轮胎。

那这个时候就需要对上面的程序进行修改，修改后的代码如下所示：

修改之后，其他调用程序也会报错，我们需要继续修改：

完整代码如下：

public class NewCarExample {public static void main(String[] args) {Car car = new Car(20);car.run();}/*** 汽车对象*/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...");}}/*** 车身类*/static class Framework {private Bottom bottom;public Framework(int size) {bottom = new Bottom(size);System.out.println("Framework init...");}}/*** 底盘类*/static class Bottom {private Tire tire;public Bottom(int size) {this.tire = new Tire(size);System.out.println("Bottom init...");}}/*** 轮胎类*/static class Tire {// 尺寸private int size;public Tire(int size) {this.size = size;System.out.println("轮胎尺寸: " + size);}}
}

从以上代码可以看出：当最底层代码改动之后，整个调用链上的所有代码都需要修改（程序的耦合度非常高）。

3. 解决方案

我们尝试换一种思路，我们先设计汽车的大概样子，然后根据汽车的样子来设计车身，根据车身来设计底盘，最后根据底盘来设计轮子。这时候，依赖关系就倒置过来了：轮子依赖底盘，底盘依赖车身，车身依赖汽车。

如何来实现呢:
我们可以尝试不在每个类中自己创建下级类，如果自己创建下级类就会出现当下级类发生改变操作，自己也要跟着修改。此时，我们只需要将原来由自己创建的下级类，改为传递的方式（也就是注入的方式），因为我们不需要在当前类中创建下级类了，所以下级类即使发生变化（创建或减少参数），当前类本身也无需修改任何代码，这样就完成了程序的解耦。

4. IoC程序开发

基于以上思路，我们把调用汽车的程序示例改造一下，把创建子类的方式，改为注入传递的方式。

具体实现代码如下：

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("轮胎尺寸: " + size);}}
}

代码经过以上调整，无论底层类如何变化，整个调用链是不用做任何改变的，这样就完成了代码之间的解耦，从而实现了更加灵活、通用的程序设计了。

5. IoC优势

• 降低耦合度：组件不直接依赖具体实现。
• 增强可测试性：便于模拟依赖进行单元测试。
• 提高可维护性：依赖关系集中管理，修改时影响小。
• 灵活性：运行时动态替换依赖实现。

Spring就是一种IoC容器，帮助我们来做了这些资源管理。

二、IoC详解

1. Bean的存储

Spring框架为了更好的服务web应用程序，提供了更丰富的注解。

共有两类注解类型可以实现：

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

1.1 @Controller（控制器存储）

使用@Controller存储bean的代码如下所示：

import org.springframework.stereotype.Controller;
@Controller
public class HelloController {public void print() {System.out.println("Hello control");}
}

从Spring容器中获取这个对象：

@SpringBootApplication
public class SpringIocDemoApplication {public static void main(String[] args) {//获取Spring上下文对象ApplicationContext context = SpringApplication.run(SpringIocDemoApplication.class, args);//从Spring上下文中获取对象HelloController bean = context.getBean(HelloController.class);//使用对象bean.print();}
}

ApplicationContext：Spring上下文

因为对象都交给Spring管理了，所以获取对象要从Spring中获取，那么就得下得到Spring的上下文。

观察运行结果，发现成功从Spring中获取到Controller对象，并执行Controller的print方法。

若把@Controller删掉，观察运行结果：

报错信息显示：找不到bean。

ApplicationContext也提供了其他获取bean的方式，ApplicationContext获取bean对象的功能，是父类BeanFactory提供的功能。

//
// Source code recreated from a .class file by IntelliJ IDEA
// (powered by FernFlower decompiler)
//
package org.springframework.beans.factory;
import org.springframework.beans.BeansException;
import org.springframework.core.ResolvableType;
import org.springframework.lang.Nullable;
public interface BeanFactory {String FACTORY_BEAN_PREFIX = "&";char FACTORY_BEAN_PREFIX_CHAR = '&';//1Object getBean(String name) throws BeansException;//2 T getBean(String name, Class requiredType) throws BeansException;//3Object getBean(String name, Object... args) throws BeansException;//4 T getBean(Class requiredType) throws BeansException;//5 T getBean(Class requiredType, Object... args) throws BeansException;//6 ObjectProvider getBeanProvider(Class requiredType);//7 ObjectProvider getBeanProvider(ResolvableType requiredType);boolean containsBean(String name);boolean isSingleton(String name) throws NoSuchBeanDefinitionException;boolean isPrototype(String name) throws NoSuchBeanDefinitionException;boolean isTypeMatch(String name, ResolvableType typeToMatch) throws NoSuchBeanDefinitionException;boolean isTypeMatch(String name, Class typeToMatch) throws NoSuchBeanDefinitionException;@NullableClass getType(String name) throws NoSuchBeanDefinitionException;@NullableClass getType(String name, boolean allowFactoryBeanInit) throws NoSuchBeanDefinitionException;String[] getAliases(String name);
}

常用的是上述1,2,4种，这三种方式获取到的bean是一样的。其中1,2种都涉及到根据名称来获取对象，Bean的名称可以参考官方文档。

程序开发人员不需要为bean指定名称(Beanld),如果没有显式的提供名称(Beanld),Spring容器将为该bean生成唯一的名称。

命名约定使用Java标准约定作为实例字段名。也就是说，bean名称以小写字母开头，然后使用驼峰式大小写。

比如
类名：UserController,Bean的名称为：userController
类名：AccountManager,Bean的名称为：accountManager
类名：AccountService,Bean的名称为：accountService

也有一些特殊情况，当有多个字符并且第一个和第二个字符都是大写时，将保留原始的大小写。这些规则与java.beans.Introspector.decapitalize(Spring在这里使用的)定义的规则相同。

比如
类名：UController,Bean的名称为：UController
类名：AManager,Bean的名称为：AManager

根据这个命名规则，我们来获取bean。

@SpringBootApplication
public class SpringIocDemoApplication {public static void main(String[] args) {ApplicationContext context = SpringApplication.run(SpringIocDemoApplication.class, args);HelloController bean = context.getBean(HelloController.class);bean.print();HelloController bean2 = (HelloController) context.getBean("helloController");bean2.print();HelloController bean3 = context.getBean("helloController", HelloController.class);bean3.print();System.out.println(bean);System.out.println(bean2);System.out.println(bean3);}
}

三种方法都成功从Spring中获取到Controller对象，并执行Controller的print方法。并且地址一样，说明是同一个对象。

ApplicationContext VS BeanFactory

• 从继承关系和功能方面来说：Spring容器有两个顶级的接口：BeanFactory和ApplicationContext。其中BeanFactory提供了基础的访问容器的能力，而ApplicationContext属于BeanFactory的子类，它除了继承了BeanFactory的所有功能之外，它还拥有独特的特性，还添加了对国际化支持、资源访问支持、以及事件传播等方面的支持。
• 从性能方面来说：ApplicationContext是一次性加载并初始化所有的Bean对象，而BeanFactory是需要那个才去加载那个，因此更加轻量。(空间换时间)

1.2 @Service（服务存储）

使用@Service存储的代码如下所示：

import org.springframework.stereotype.Service;
@Service
public class UserService {public void print() {System.out.println("Hello service");}
}

读取bean的代码：

@SpringBootApplication
public class SpringIocDemoApplication {public static void main(String[] args) {ApplicationContext context = SpringApplication.run(SpringIocDemoApplication.class, args);UserService bean = context.getBean(UserService.class);bean.print();}
}

1.3 @Repository（仓库存储）

使用@Repository存储的代码如下所示：

import org.springframework.stereotype.Repository;
@Repository
public class UserRepository {public void print() {System.out.println("Hello Repository");}
}

读取bean的代码：

@SpringBootApplication
public class SpringIocDemoApplication {public static void main(String[] args) {ApplicationContext context = SpringApplication.run(SpringIocDemoApplication.class, args);UserRepository bean = context.getBean(UserRepository.class);bean.print();}
}

1.4 @Component（组件存储）

使用@Component存储bean的代码如下所示：

import org.springframework.stereotype.Component;
@Component
public class UserComponent {public void print() {System.out.println("Hello component");}
}

读取bean的代码：

@SpringBootApplication
public class SpringIocDemoApplication {public static void main(String[] args) {ApplicationContext context = SpringApplication.run(SpringIocDemoApplication.class, args);UserComponent bean = context.getBean(UserComponent.class);bean.print();}
}

1.5 @Configuration（配置存储）

使用@Configuration存储bean的代码如下所示：

import org.springframework.context.annotation.Configuration;
@Configuration
public class UserConfig {public void print() {System.out.println("Hello configuration");}
}

读取bean的代码：

@SpringBootApplication
public class SpringIocDemoApplication {public static void main(String[] args) {ApplicationContext context = SpringApplication.run(SpringIocDemoApplication.class, args);UserConfig bean = context.getBean(UserConfig.class);bean.print();}
}

2. 为什么需要这么多注解？

这个和应用分层是呼应的，让程序员看到类注解之后，就能直接了解当前类的用途。

• @Controller:控制层，接收请求，对请求进行处理，并进行响应
• @Servie:业务逻辑层，处理具体的业务逻辑
• @Repository:数据访问层，也称为持久层.负责数据访问操作
• @Configuration:配置层.处理项目中的一些配置信息

程序的应用分层，调用流程如下：

查看@Controller /@Service /@Repository /@configuration等注解的源码发现：

其实这些注解里面都有一个注解@Component，说明它们本身就是属于@Component  的"子类"。@Component是一个元注解，也就是说可以注解其他类注解，如@Controller，@Service，@Repository等。这些注解被称为@Component的衍生注解。

@Controller，@Service和@Repository用于更具体的用例(分别在控制层，业务逻辑层，持久化层)，在开发过程中，如果你要在业务逻辑层使用@Component或@Service,显然@Service是更好的选择。

3. 方法注解@Bean

类注解是添加到某个类上的，但是存在两个问题：

1. 使用外部包里的类，没办法添加类注解
2. 一个类，需要多个对象，比如多个数据源

这种场景，我们就需要使用方法注解@Bean。

下来看方法注解如何使用，创建一个Student类：

import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Data;
import lombok.NoArgsConstructor;
@NoArgsConstructor
@AllArgsConstructor
@Data
public class Student {private String name;private Integer age;
}

public class StudentComponent {@Beanpublic Student student() {return new Student("zhangsan", 18);}
}

尝试获取Bean对象中的student:

@SpringBootApplication
public class SpringIocDemoApplication {public static void main(String[] args) {ApplicationContext context = SpringApplication.run(SpringIocDemoApplication.class, args);Student student = context.getBean(Student.class);System.out.println(student);}
}

但是未能成功获取。

3.1 方法注解要配合类注解使用

在Spring框架的设计中，方法注解@Bean要配合类注解才能将对象正常的存储到Spring容器中，
如下代码所示：

@Component
public class StudentComponent {@Beanpublic Student student() {return new Student("zhangsan", 18);}
}

再次运行：

3.2 定义多个对象

对于同一个类，如何定义多个对象呢？（比如多数据源的场景，类是同一个，但是配置不同，志向不同的数据源）

@Bean的使用：

@Component
public class StudentComponent {@Beanpublic Student student1() {return new Student("zhangsan", 18);}@Beanpublic Student student2 () {return new Student("lisi", 20);}
}

根据类型获取到的是哪个对象呢？

@SpringBootApplication
public class SpringIocDemoApplication {public static void main(String[] args) {ApplicationContext context = SpringApplication.run(SpringIocDemoApplication.class, args);Student student = context.getBean(Student.class);System.out.println(student);}
}

报错信息显示：期望只有一个匹配，结果发现了两个。

从报错信息中，可以看出@Bean注解的bean，bean的名称就是它的方法名。

接下来我们根据名称来获取bean对象：

@SpringBootApplication
public class SpringIocDemoApplication {public static void main(String[] args) {ApplicationContext context = SpringApplication.run(SpringIocDemoApplication.class, args);//根据Bean名称，从Spring上下文获取对象Student student1 = (Student) context.getBean("student1");Student student2 = (Student) context.getBean("student2");System.out.println(student1);System.out.println(student2);}
}

3.3 重命名Bean

可以通过设置name属性给Bean对象进行重命名操作，如下代码所示：

@Bean(name = {"s","stu"})
public Student student() {return new Student("zhangsan", 18);
}

此时我们使用s或stu就可以获取到Student对象了：

@SpringBootApplication
public class SpringIocDemoApplication {public static void main(String[] args) {ApplicationContext context = SpringApplication.run(SpringIocDemoApplication.class, args);Student student1 = (Student) context.getBean("s");Student student2 = (Student) context.getBean("stu");System.out.println(student1);System.out.println(student2);}
}

“name=”可以省略：

@Bean({"s","stu"})
public Student student() {return new Student("zhangsan", 18);
}

只有一个名称时，“{}”也可以省略：

@Bean("s")
public Student student() {return new Student("zhangsan", 18);
}

3.4 扫描路径

下面我们先修改启动类的代码：

@SpringBootApplication
public class SpringIocDemoApplication {public static void main(String[] args) {ApplicationContext context = SpringApplication.run(SpringIocDemoApplication.class, args);Student bean = (Student) context.getBean("s");System.out.println(bean);}
}

再修改项目工程的目录结构，测试bean对象是否生效：

使用五大注解声明的bean，要想生效，还需要配置扫描路径，让Spring扫描到这些注解，也就是通过@ComponentScan来配置扫描路径。

@ComponentScan("com.bite.springiocdemo")
@SpringBootApplication
public class SpringIocDemoApplication {public static void main(String[] args) {ApplicationContext context = SpringApplication.run(SpringIocDemoApplication.class, args);Student bean = (Student) context.getBean("s");System.out.println(bean);}
}

在之前的代码中，@ComponentScan注解虽然没有显式配置，但是实际上已经包含在了启动类声明注解@SpringBootApplication中了，默认扫描的范围是SpringBoot启动类所在包及其子包。在配置类上添加@ComponentScan注解，该注解默认会扫描该类所在的包下所有的配置类。

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