Spring IoC(控制反转)

 
IoC 是 Inversion of Control 的简写,译为“控制反转”,它不是一门技术,而是一种设计思想,是一个重要的面向对象编程法则,能够指导我们如何设计出松耦合、更优良的程序。

Spring 通过 IoC 容器来管理所有 Java 对象的实例化和初始化,控制对象与对象之间的依赖关系。我们将由 IoC 容器管理的 Java 对象称为 Spring Bean,它与使用关键字 new 创建的 Java 对象没有任何区别。

IoC 容器是 Spring 框架中最重要的核心组件之一,它贯穿了 Spring 从诞生到成长的整个过程。

控制反转(IoC)

在传统的 Java 应用中,一个类想要调用另一个类中的属性或方法,通常会先在其代码中通过 new Object() 的方式将后者的对象创建出来,然后才能实现属性或方法的调用。为了方便理解和描述,我们可以将前者称为“调用者”,将后者称为“被调用者”。也就是说,调用者掌握着被调用者对象创建的控制权。

但在 Spring 应用中,Java 对象创建的控制权是掌握在 IoC 容器手里的,其大致步骤如下。
  1. 开发人员通过 XML 配置文件、注解、Java 配置类等方式,对 Java 对象进行定义,例如在 XML 配置文件中使用 <bean> 标签、在 Java 类上使用 @Component 注解等。
  2. Spring 启动时,IoC 容器会自动根据对象定义,将这些对象创建并管理起来。这些被 IoC 容器创建并管理的对象被称为 Spring Bean。
  3. 当我们想要使用某个 Bean 时,可以直接从 IoC 容器中获取(例如通过 ApplicationContext 的 getBean() 方法),而不需要手动通过代码(例如 new Obejct() 的方式)创建。

IoC 带来的最大改变不是代码层面的,而是从思想层面上发生了“主从换位”的改变。原本调用者是主动的一方,它想要使用什么资源就会主动出击,自己创建;但在 Spring 应用中,IoC 容器掌握着主动权,调用者则变成了被动的一方,被动的等待 IoC 容器创建它所需要的对象(Bean)。

这个过程在职责层面发生了控制权的反转,把原本调用者通过代码实现的对象的创建,反转给 IoC 容器来帮忙实现,因此我们将这个过程称为 Spring 的“控制反转”。

依赖注入(DI)

在了解了 IoC 之后,我们还需要了解另外一个非常重要的概念:依赖注入。

依赖注入(Denpendency Injection,简写为 DI)是 Martin Fowler 在 2004 年在对“控制反转”进行解释时提出的。Martin Fowler 认为“控制反转”一词很晦涩,无法让人很直接的理解“到底是哪里反转了”,因此他建议使用“依赖注入”来代替“控制反转”。

在面向对象中,对象和对象之间是存在一种叫做“依赖”的关系。简单来说,依赖关系就是在一个对象中需要用到另外一个对象,即对象中存在一个属性,该属性是另外一个类的对象。

例如,有一个名为 B 的 Java 类,它的代码如下。
public class B {
    String bid;
    A a;
}

从代码可以看出,B 中存在一个 A 类型的对象属性 a,此时我们就可以说 B 的对象依赖于对象 a。而依赖注入就是就是基于这种“依赖关系”而产生的。

我们知道,控制反转核心思想就是由 Spring 负责对象的创建。在对象创建过程中,Spring 会自动根据依赖关系,将它依赖的对象注入到当前对象中,这就是所谓的“依赖注入”。

依赖注入本质上是 Spring Bean 属性注入的一种,只不过这个属性是一个对象属性而已。

IoC 的工作原理

在 Java 软件开发过程中,系统中的各个对象之间、各个模块之间、软件系统和硬件系统之间,或多或少都存在一定的耦合关系。

若一个系统的耦合度过高,那么就会造成难以维护的问题,但完全没有耦合的代码几乎无法完成任何工作,这是由于几乎所有的功能都需要代码之间相互协作、相互依赖才能完成。因此我们在程序设计时,所秉承的思想一般都是在不影响系统功能的前提下,最大限度的降低耦合度。

IoC 底层通过工厂模式、Java 的反射机制、XML 解析等技术,将代码的耦合度降低到最低限度,其主要步骤如下。
  1. 在配置文件(例如 Bean.xml)中,对各个对象以及它们之间的依赖关系进行配置;
  2. 我们可以把 IoC 容器当做一个工厂,这个工厂的产品就是 Spring Bean;
  3. 容器启动时会加载并解析这些配置文件,得到对象的基本信息以及它们之间的依赖关系;
  4. IoC 利用 Java 的反射机制,根据类名生成相应的对象(即 Spring Bean),并根据依赖关系将这个对象注入到依赖它的对象中。

由于对象的基本信息、对象之间的依赖关系都是在配置文件中定义的,并没有在代码中紧密耦合,因此即使对象发生改变,我们也只需要在配置文件中进行修改即可,而无须对 Java 代码进行修改,这就是 Spring IoC 实现解耦的原理。

IoC 容器的两种实现

IoC 思想基于 IoC 容器实现的,IoC 容器底层其实就是一个 Bean 工厂。Spring 框架为我们提供了两种不同类型 IoC 容器,它们分别是 BeanFactory 和 ApplicationContext。

BeanFactory

BeanFactory 是 IoC 容器的基本实现,也是 Spring 提供的最简单的 IoC 容器,它提供了 IoC 容器最基本的功能,由 org.springframework.beans.factory.BeanFactory 接口定义。

BeanFactory 采用懒加载(lazy-load)机制,容器在加载配置文件时并不会立刻创建 Java 对象,只有程序中获取(使用)这个对对象时才会创建。

示例 1

下面我们通过一个实例演示,来演示下 BeanFactory 的使用。

1. 在 HelloSpring 项目中,将 MainApp 的代码修改为使用 BeanFactory 获取 HelloWorld 的对象,具体代码如下。
public static void main(String[] args) {
    BeanFactory context = new ClassPathXmlApplicationContext("Beans.xml");
    HelloWorld obj = context.getBean("helloWorld", HelloWorld.class);
    obj.getMessage();
}

2. 运行 MainApp.java,控制台输出如下。
message : Hello World!

注意:BeanFactory 是 Spring 内部使用接口,通常情况下不提供给开发人员使用。 

ApplicationContext

ApplicationContext 是 BeanFactory 接口的子接口,是对 BeanFactory 的扩展。ApplicationContext 在 BeanFactory 的基础上增加了许多企业级的功能,例如 AOP(面向切面编程)、国际化、事务支持等。

ApplicationContext 接口有两个常用的实现类,具体如下表。

实现类 描述 示例代码
ClassPathXmlApplicationContext 加载类路径 ClassPath 下指定的 XML 配置文件,并完成 ApplicationContext 的实例化工作 ApplicationContext applicationContext = new ClassPathXmlApplicationContext(String configLocation);
FileSystemXmlApplicationContext 加载指定的文件系统路径中指定的 XML 配置文件,并完成 ApplicationContext 的实例化工作 ApplicationContext applicationContext = new FileSystemXmlApplicationContext(String configLocation);

在上表的示例代码中,参数 configLocation 用于指定 Spring 配置文件的名称和位置,如 Beans.xml。

示例 2

下面我们就通过一个实例,来演示 ApplicationContext 的使用。

1. 修改 HelloSpring 项目 MainApp 类中 main() 方法的代码,具体代码如下。
public static void main(String[] args) {
    //使用 FileSystemXmlApplicationContext 加载指定路径下的配置文件 Bean.xml
    BeanFactory context = new FileSystemXmlApplicationContext("D:\\eclipe workspace\\spring workspace\\HelloSpring\\src\\Beans.xml");
    HelloWorld obj = context.getBean("helloWorld", HelloWorld.class);
    obj.getMessage();
}

2. 运行 MainApp.java,控制台输出如下。
message : Hello World!

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