Spring framework: IoC容器

Posted on 2025-07-03 Edited on 2025-12-31 In Programming , Java , Spring framework Word count in article: 2.5k Reading time ≈ 9 mins.

`IoC`容器

简介

IoC(Inversion of Control，控制反转)容器的原则是使原本有相互依赖的各个部分解耦，实现松耦合地运作在传统的组合中，上层的模块在内部定义某些对象的类型，控制权在上层的模块中，如果需要修改内部的业务逻辑则会违反开闭原则而IoC的思想则是使上层的模块将控制权“反转”给一个第三方，例如开发者自己或者一个IoC容器，由外部来控制并决定向上层模块提供什么样的实现类
IoC容器的常见的实现方法是DI(Dependency Injection，依赖注入)，即上层模块所依赖的其它对象仅通过构造方法或工厂方法或setter方法暴露注入入口，容器在创建对象时控制注入对象的实现类
当我们用到IoC容器时，说明一个类的实例往往是全局单例的，只要明白这个点，就能理解为什么会发生注入冲突但同样可以实现非单例的实例化

例子：

class Person {
    private Eye e = new BlackEye(); // 在后续改动时违反开闭原则
}

class Person {
    private Eye e;
    
    public Person(Eye e) {
        this.e = e;
    }
}
Person = new Person(new BlackEye()); // 在外部注入

而在Spring框架中，这个“外部注入”不需要由开发者手动地注入，而是通过声明式注解由Spring内置的IoC容器自动注入
org.springframework.beans与org.springframework.context是IoC容器的核心

依赖：

<dependency>
  <groupId>org.springframework</groupId>
  <artifactId>spring-context</artifactId>
  <version>7.0.0-M9</version>
</dependency>

元数据配置

上下文

Spring的IoC容器通过解析元数据来管理Bean

元数据通常包括以下内容：
- Bean的类型
- Bean的id
- Bean的依赖注入
- Bean的作用域
- Bean的生命周期行为(以回调形式存在)
- Bean的懒加载、协作者等其它元数据
ApplicationContext：应用上下文接口的实例表示一个IoC容器，它会自动创建、配置、组装所有的Bean
- 继承BeanFactory接口：该接口提供一系列和Bean有关的方法 T getBean(String name, Class<T> clazz)：获取它管理的类型为T、名字为name的Bean
- 继承MessageSource接口：该接口提供国际化处理信息的能力 String getMessage(String msg, Object[] args, Locale locale)：根据locale以及可选的选项args解析msg
创建一个ApplicationContext实例：创建ApplicationContext实例同时意味着许多配置，在不依靠外部框架(如Spring Boot和Tomcat)的情况下，ApplicationContext只能通过new创建 Spring提供了两种构造ApplicationContext实例的方式，分别为基于XML的配置、基于Java的配置基于XML的配置：实现类为ClassPathXmlApplicationContext，构造方法需要的参数是String...，即一系列xml配置文件的路径 基于Java的配置：实现类为AnnotationConfigApplicationContext，构造方法需要的参数是Class<?>...，即一系列由@Configuration注解的配置类
基于XML、基于注解、基于Java的关系
- 三种方式都由Spring控制实例的注入
- XML是最早的Spring提供的配置方式，它是外部的、支持非侵入式地修改元数据配置
- Spring 2.0开始逐步地提供一系列注解来方便分散化、简洁化配置，提供了基于注解的配置，位于org.springframework.stereotype和org.springframework.beans.factory.annotations包中在基于注解的配置里，开发者对实例的创建和注入的控制方式和XML形式类似，只是停留在声明Bean上，目的是简化配置代码书写并提供编译时的类型检查例如stereotype包中的@Service、@Repository、@Component，它们的修饰表示声明这个类属于某种Bean，即配置是什么的元数据例如beans.factory.annotations包中的@Autowired和@Qualifier，它们修饰表示指示如何创建Bean 这种方式的配置需要在XML或Java中启用组件扫描来纳入管理
- Spring 3.0开始，提供org.springframework.context.annotations来替代整个XML形式的配置，并提供了新的ApplicationContext的实现类，例如@Configuration与@Bean 尽管注入仍由Spring框架管理，但这种方式允许开发者十分灵活地决定如何创建一个实例，允许使用Java代码进行带有分支判断地创建实例
- 第二种方式和另外两种方式并不是互斥的，第一种方式和第三种方式对应着两种不同的实现类，而第二种方式则是作为一种方便的声明式API存在，适用于结构简单的Bean的声明现代应用中常使用第二种与第三种方式混合的配置方案，但并不意味着XML配置完全无用，它的外部、非侵入性正是它的特点

`Bean`的`XML`配置

<bean/>的id、name属性或<alias/>：它们都是可选项，默认由Spring生成一个唯一的id
- id是唯一标识，若自定义，则必须是唯一的，不允许使用特殊字符，通常使用驼峰命名法
- name是别名集合(字符串表示)，不同别名用,或;隔开，允许重复、允许使用类似/的特殊字符
- 若使用引用，则查找id是否含有匹配项、然后查找name是否含有匹配项、然后查找类型是否匹配，若有二义性则报错
- <alias name="" alias=""/>：在定义bean标签以外的地方定义它的别名
选择bean的构造器：
- class属性：用于指定该bean所使用的构造器的来源，并不一定是class类型的
- 若不提供任何构造方法，则自动根据提供的参数匹配合适的构造方法
- 使用静态工厂方法：指定factory-method属性，会调用指定class属性这个类内部的factory-method静态方法
- 使用工厂类实例的工厂方法：不能指定class属性，而是指定factory-bean属性，它是另一个类型为某个工厂类的bean
- primary布尔属性：标识该<bean/>对应的构造器为默认的创建方法
提供构造参数(依赖注入)来消除同名构造器的二义性：
- 基于构造器的注入：<constructor-arg/>：作为<bean/>的子标签，表示传递给构造器的参数，为了消除二义性，它有若干属性，不必全部指定而只需要保证不存在歧义即可： name属性表示参数的名称 index属性表示参数的索引(0-idx) type属性表示参数的类型 value属性表示参数的字面值 ref属性表示使用其它bean作为参数
- 基于setter的注入：要求该bean对应的class含有指定属性的setter方法，则可使用<property/>传递用setter设置的参数其属性与<constructor-arg/>一致
- 一般来说，<constructor-arg/>会严格匹配构造器，因此会更安全(不会出现null) <property/>则是在构造后通过调用setter方法进行配置的方案，可能导致某些属性没被注意而为null 前者若想达到可选参数的效果，也可使构造器参数为Optional<T>或使用@Nullable注解

启用组件扫描：

1
2
3

<beans>
  <context:component-scan base-package="包名" />
</beans>

例子：

<!-- primary标识首选 -->
<bean id="userBean" class="demo.beans.UserBean" primary="true">
  <!-- 根据构造参数唯一确定构造器 -->
  <constructor-arg index="0" type="int" value="10"/>
  <constructor-arg index="1" name="otherBean" ref="otherBean"/>
  <constructor-arg index="2" type="java.lang.String" value="str"/>
  <!-- 后续的setter配置 -->
  <property name="optionalArg" value="1"/>
</bean>

<!-- 不带任何参数表示选择默认构造方法, 但这是在primary之后的选择 -->
<bean id="userBean" class="demo.beans.UserBean">
</bean>

<!-- 在外部起别名 -->
<alias name="userBean" alias="uB"/>

`Bean`的`Java`配置

声明为具有某种功能的bean(类级修饰)：
- @Component(value="")：声明为一般的bean，value可选，表示该bean的名称，默认为类名的驼峰命名
- @Service：声明为服务类，@Component的一种
- @Repository：声明为持久化类，@Component的一种
- @Controller：声明为控制器类，@Component的一种
- 需要用@ComponentScan(basePackages="")启动扫描
依赖注入：
- @Autowired(required=true)：修饰方法或属性，表示自动注入，修饰方法时若修饰构造器或setter则对应构造器注入或setter注入、修饰一般方法则会使bean在初始化完成后调用该方法，(不推荐)修饰属性时表示直接注入默认强制要求注入，可使required=false或使用Optional<T>或使用@Nullable表示可选如果含有多个构造方法，基于注解的配置要求至少有一个@Autowired
- @Qualifier(value="")：修饰类或@Bean方法时给该bean起限定符，修饰属性或形参时表示指定使用value对应的bean注入该属性
- @Value(value="")：注入简单字面值，可以修饰形参
- @Primary：标识某个类时表示当某个接口或某个抽象类存在多个实现类时，选择该类作为首选的实现标识某个@Bean方法时表示当存在多个返回同一类型的方法时首选该方法
基于Java的配置：
- @Configuration：标识某个类为配置类bean，它也是一个@Component
- @Bean：标识某个方法为创建某个类型bean的方法，配合@Primary决定首选方法其name属性表示这个bean的名字，它可以同@Qualifier的value属性一样被绑定然后用@Qualifier指定注入因为一般name的命名有一定风格(通常是类名的驼峰命名)，而如果需要用含特殊语义的命名，@Qualifier的value属性是一种选择

例子：

package demo.config;

@Configuration
@ComponentScan("demo.service")
public class BeansConfiguration {

  // 默认用方法名作为@Bean的name
  @Bean
  public User user() {
      return new User();
  }

  @Bean
  @Primary
  public User user(int type) {
      return new User(type);
  }
}

package demo.service;

@Service
public class UserService {
  private final UserRepository userRepo;

  public UserService() {
  }
  
  @Autowired
  public UserService(UserRepository userRepo, @Value("0") int type) {
      this.userRepo = userRepo;
  }
} 

package demo;

public class Main {
  public static void main(String[] args) {
      ApplicationContext ctx = new AnnotationConfigApplicationContext(demo.config.BeansConfiguration);
  }
}

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Bean的Java配置

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`Bean`的`Java`配置