Spring IOC容器（控制反转和依赖注入）-蒲公英云

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6、IoC容器

6.1、介绍

在创建Spring项目时，我们会发现，通过XML文件设置对象后，不需要我们使用 new 主动创建对象，而是变成从Spring中获取对象，而管理这些对象的容器就是IOC。

IOC是 Inversion of Control 的缩写，我们称为“控制反转”。它于1996年，Michael Mattson在一篇有关探讨面向对象框架的文章中，首先提出了IOC 这个概念。IOC理论提出的观点大体是：借助于“第三方”实现具有依赖关系的对象之间的解耦。

至于为什么要解耦合，其实想想我们平时带的机械手表就知道了，机械手表是由很多精密的齿轮等耦合在一起实现的，即便是其中一个很小的齿轮出现了错误，就会导致整个手表运转失误。所以我们理想的系统才需要解耦合，就是为了不至于因为其中某个小失误，导致整个系统崩溃，而且解耦的系统也方便我们排查错误进行修改。

我们的Spring就是第三方，它通过IOC容器，使用各个Object完成互相之间解耦，这样的话，当你在实现o1的时候，根本无须再去考虑2、3、4了，它使对象之间的耦合程度尽可能达到了一种较低的水平。（在此之前我们要使用o1，需要同时把o2，o3，o4都创建一遍）

控制反转具体是什么？举个简单的例子：我们想喝一杯果汁方法有两个

自己准备材料、准备榨汁机，自己动手获取一杯饮料（制造果汁的控制权完全在自己手中，想喝只能自己买材料、自己动手制作）。
去饮品店购买，可以通过外卖、自己去买等多种方式（制造果汁的控制权在饮品店手中，我们只负责去买，至于怎么制作那就是饮品店自己的事了）。

以往的面向对象编程中，我们想在一个类中调用另一个类的对象和方法，需要使用 new 主动创建对象，以实现属性方法的调用，此时对象的控制权是在我们手中。但是控制反转就是将控制权交由第三方（IoC容器），通过该IoC容器根据描述信息去找寻使用者需要的资源，然后控制Java对象的实例化和初始化，管理对象和对象之间的依赖关系，这种控制权的转变就是控制反转的含义。其中IOC容器管理的java对象称为SpringBean。

2004年，Martin Fowler探讨了一个问题：既然IOC是控制反转，那么到底是哪些方面的控制被反转了呢？

经过详细地分析和论证后，他得出了答案：获得依赖对象的过程被反转了，它由自身管理变为了由IOC容器主动注入。于是，他给“控制反转”取了一个更合适的名字叫做“依赖注入（Dependency Injection）”。所谓依赖注入，就是由IOC容器在运行期间，动态地将某种依赖关系注入到对象之中。

所以，依赖注入(DI)和控制反转(IOC)是从不同的角度的描述的同一件事情，就是指通过引入IOC容器，利用依赖关系注入的方式，实现对象之间的解耦。

Spring本质是一个生产管理Bean的第三方工厂，它按我们的需要生产管理Bean（第三方IOC容器通过我们的描述（XML、注解等），获取生产特定的对象Bean，并进行管理），所以控制反转是一种编程的思想，其中依赖注入是其解决Bean之间依赖的一种技术。而Spring IOC实现的核心就是反射机制。学习这里时可以了解一下工厂模式。

IoC大大降低了对象之间的耦合，开发中甚至我们可以不用去理解，仅仅知道怎么使用就可以（但为了提升业务水平，还是需要从源头分析学习的）。

6.2、原理和实现

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，IOC就是通过工厂模式、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。

它通过读取我们的xml文件中的配置，根据id标识获取Bean的全限定名，通过反射机制创建Bean对象，通过set方法注入值，然后通过getBean方法获取相应的对象。

而Spring是通过 BeanDefinition 这样一个对象来描述它所管理的所有的Bean以及对象间的依赖关系，它将读取的Bean的各种信息统一都封装成一个个的 BeanDefinition 对象，这样就弱化了对Bean的定义，无论是通过什么方式获取的Bean对象，最终都是封装成 BeanDefinition 注册到IOC容器中，这样呢，IOC就不必关注我们各种各样的类和对象了，只需要统一操作BeanDefinition 即可，在降低耦合程度上，还增加了扩展性和灵活性。依赖反转功能都是围绕这个BeanDefinition的处理来完成的。

IOC容器的底层最核心的就是两个 Bean 工厂接口：BeanFactory、ApplicationContext。IOC就是基于这两个接口来设计的

6.2.1、BeanFactory

是Spring中最顶层的的 factory接口（org.springframework.beans.factory.BeanFactory），采用了Java经典的工厂名模式，它也是最简单的IOC容器，它定义了IOC的基本规范，在 BeanFactory 的基础上 Spring 通过继承逐层扩充容器的能力来实现一个完整的IOC。

BeanFacotry是Spring 内部的使用接口，不提供给开发人员进行使用。这种方式采用了懒加载，容器在启动后加载配置文件时并不会马上创建对象，而是在程序中获取使用的时候才进行创建所需对象。

BeanFactory结构

基于BeanFactory设计的层次结构，BeanFactory定义了基本的IoC容器的规范（如getBean可以获取Bean对象等），其下三个子接口：ListableBeanFactory、HierarchicalBeanFactory 和AutowireCapableBeanFactory。

HierarchicalBeanFactory接口增加了getParentBeanFactory()，使BeanFactory具备了双亲IoC容器的管理功能
- 其子接口ConfigurableBeanFactory定义了一些对BeanFactory的配置功能（比如通过setParentBeanFactory()设置双亲IoC容器，通过addBeanPostProcessor()配置Bean后置处理器等等）。
ListableBeanFactory 接口表示这些 Bean 是可列的
AutowireCapableBeanFactory 接口定义 Bean 的自动装配规则。
DefaultListableBeanFactory是BeanFactory层次中的最终实现，是一个简单IoC容器的实现。像其他IoC容器比如XmlBeanFactory等等，都是在DefaultListableBeanFactory的基础上做扩展。

它内部定义了一些基础方法
1、Object getBean(String name)：通过Bean的对象名获取其实例（如果ioc有两个一样bean，那么在获取会出错）
```
可以通过类型：类.class 获取
可以通过bean标签中设置的id值获取
可以通过 id+类型 获取
```
2、boolean containsBean(String name)：查看bean是否存在
3、boolean isSingleton(String name)：是否是单例模式
4、boolean isPrototype(String name)：是否是原型模式
5、boolean isTypeMatch(String name, ResolvableType typeToMatch)：查看一个bean对象是typeToMatch类型的
6、String[] getAliases(String name)：返回bean 的别名（bean标签内name属性设置的名称）
7、Class<?> getType(String name)：返回 FactoryBean 创建的对象类型

BeanFactory和FactoryBean：

BeanFactory是IOC容器
FactoryBean是一个工厂Bean，可以生成某一个类型 Bean 的实例，可以让我们自定义 Bean 的创建过程。它是IOC中一个具有特色的工厂Bean。

Spring就是通过FactoryBean机制来帮我们创建SqlSessionFactory对象的。

6.2.2、ApplicationContext

因为原始的BeanFactory的功能很简单，很多技术和插件无法支持，所以衍生出了ApplicationContext 接口，它是BeanFactory的子接口，包含了BeanFactory的所有功能，并在其基础上进行了扩展，增加了许多面向框架的特性，同时对应用环境做了许多适配。

支持信息源，可以实现国际化。（MessageSource接口）
访问资源。(ResourcePatternResolver接口)
支持应用事件。(ApplicationEventPublisher)
在ApplicationContext中提供的附加服务

它采用的策略是立即加载，即在Spring容器启动，加载配置文件后，就立即创建对象。因为使用Spring框架一般都会整合其他框架，所以把这些耗时耗内存的都在项目启动的时候进行处理更加合适，所以一般开发人员使用 ApplicationContext接口。

ApplicationContext

ApplicationContext有几个常用的实现类：（根据不同的配置方式使用不同的类来实例化）

子类ClassPathXmlApplicationContext(“xml文件”)：从类路径ClassPath中加载指定的 XML 配置文件
子类FileSystemXmlApplicationContext(“xml文件”)：加载磁盘路径下的XML配置文件
子类AnnotationConfigApplicationContext(类.class)：用于读取（@Configuration）修饰的启动类
子类XmlWebApplicationContext：从web中获取XML配置，默认情况下，配置将从“/WEB-INF/applicationContext.xml”获取根上下文，从“/WEB-INF/test-servlet.xml”获取具有命名空间“test-servlet”的上下

6.3、Bean的管理

IOC通常通过三种方式来管理Bean对象

基于xml配置文件的方式实现
在Java接口和类中实现配置（通过注解 @Beam）
隐式的Bean的发现机制和自动装配

这几种方式应该遵循约定优于配置的原则，优先选择通过隐式的Bean的发现机制和自动装配，其次选择在Java接口和类中实现配置，最后选择XML中配置。实际使用时是以三者混合使用，但优先级不同。

6.3.1、XML文件管理

通过XML文件装配对象

6.3.2、注解管理

使用注解装配Bean

6.3.3、bean的作用域

默认情况下，所有的 Bean 都是单例的，也就是说在整个 Spring 应用中， Bean 的实例只有一个。我们可以在 bean 标签中添加 scope 属性来配置 Bean 的作用范围。

Spring 5 共提供了 6 种 scope 作用域：

singleton：默认值，单例模式
- 实例化个数：1
- 实例化机制：创建容器时创建（默认使用ApplicationContext），存储在高速缓存中
- 生命周期：
  - 创建：应用加载，创建容器，读取配置文件，对象直接创建
  - 运行：只要容器在，对象就一直存在
  - 销毁：当应用卸载时，销毁容器，对象随之销毁
prototype：原型模式
- 实例化个数：多个
- 实例化机制：只有每次注入或者获取Bean时，才会创建对象
- 生命周期：
  - 创建：当使用对象时，对象创建
  - 运行：只要对象在使用，就一直存活
  - 销毁：对象一定时间内不使用，被java的垃圾回收期回收。
request
- 实例化机制：每次请求都会创建一次
- 生命周期
  - 创建：每次Http请求，使用对象时，对象创建
  - 运行：和Http请求中的request对象相同
  - 销毁：处理完请求后销毁
session：只能在web开发中使用
- 实例化机制：在一次会话期内创建一次
- 生命周期
  - 创建：每一个会话期，使用对象时，对象创建
  - 运行：和一次session相同
  - 销毁：随session销毁而销毁