Java外功精要(2)——Spring IoC&DI
1.IoC(控制反转)
1.1 Spring Ioc VS Servlet
在上文：Java外功基础(1)——Spring Web MVC中，很形象地模拟出使用Spring"建造房子"的大概流程。使用Spring建造房子不需要像Servlet那样烧制每一块砖，只需要从Spring中取出一个个提前预制好的组件然后组装即可。换言之：Spring是包含了大量工具的IoC容器
1.2 IoC解析
1.2.1 IoC概述
概念：IoC(Inversion of Control，控制反转)，是一种设计原则，用于减少代码间的直接依赖关系。传统编程中，调用者通常主动创建和管理被调用者的生命周期，而 IoC 将这种控制权交给外部容器或框架，由容器负责对象的创建、依赖注入和管理示例一：传统编程模式
classCar{protectedFramework framework;publicCar(){ framework =newFramework();System.out.println("car init");}publicvoidrun(){System.out.println("car run");}}classFramework{protectedBottom bottom;publicFramework(){ bottom =newBottom();System.out.println("framework init");}}classBottom{protectedTire tire;publicBottom(){ tire =newTire();System.out.println("bottom init");}}classTire{publicTire(){System.out.println("tire init");}}publicclassMain{publicstaticvoidmain(String[] args){Car car =newCar(); car.run();}}缺点：所有依赖都在类内部硬编码，缺乏灵活性难以修改组件的具体实现(例如更换Tire的类型或参数)组件之间耦合度高示例二：IoC
classCar{protectedFramework framework;publicCar(Framework framework){this.framework = framework;System.out.println("car init");}publicvoidrun(){System.out.println("car run");}}classFramework{protectedBottom bottom;publicFramework(Bottom bottom){this.bottom = bottom;System.out.println("framework init");}}classBottom{protectedTire tire;publicBottom(Tire tire){this.tire = tire;System.out.println("bottom init");}}classTire{protectedint size;protectedString color;publicTire(int size,String color){this.size = size;this.color = color;System.out.println("tire init");}}publicclassMain{//main方法中实例化并保存了多个对象,理论上可以视为一种简单的容器实现publicstaticvoidmain(String[] args){Tire tire =newTire(10,"blue");Bottom bottom =newBottom(tire);Framework framework =newFramework(bottom);Car car =newCar(framework); car.run();}}优点：依赖通过构造函数从外部注入(依赖注入)，组件之间解耦可以灵活定制组件的具体实现(例如Tire的size和color可动态配置)1.2.2 IoC容器管理
Spring IoC容器保存了以下几类核心内容：Bean定义(Bean Definitions)：这是容器保存的最核心的元数据。它就像是对象的“蓝图”或“配方”，告诉容器如何创建一个Bean。容器在启动时(比如ApplicationContext被刷新时)会加载并解析这些定义Bean实例(Bean Instances)：Bean定义创建出来的实际对象Bean之间的依赖关系(Dependencies)：IoC的核心是“控制反转”，即由容器来注入依赖。因此，容器内部维护着一个依赖关系图Bean生命周期(Lifecycle State)：管理Bean的整个生命周期已创建/未创建依赖注入是否完成初始化方法是否已执行是否已被销毁
1.3 ApplicationContext
定义：ApplicationContext是Spring IoC容器的核心接口，并有多种实现类。它实现了BeanFactory接口，因此可以通过getBean()方法获取Bean实例，但在实际开发中应优先使用依赖注入//标识该类为Spring项目的启动类@SpringBootApplicationpublicclassSpringIocApplication{publicstaticvoidmain(String[] args){ApplicationContext context =SpringApplication.run(SpringIocApplication.class, args);}}1.4 类注解
在Spring中有五大类注解，主要用于类级别的声明。它们都源自 @Component，它们在功能上几乎一致，主要区别在于语义和用途，用于标识不同架构层次的组件，让代码结构更清晰@Component - 组件：最基础的通用注解，用于标记任何一个需要被Spring管理的组件，当你不确定一个类属于@Controller、@Service、@Repository中的哪一类时，或者它就是一个通用的工具类、管理器等，就可以使用它@Controller - 控制器：专门用于标记 MVC 模式中的控制器，用于接收 Web 请求、处理业务逻辑并返回视图或数据派生注解：@RestController(@Controller + @ResponseBody)@Service - 业务逻辑层：专门用于标记业务逻辑层的组件。它本身不提供额外功能，但通过这个名称，开发者可以清晰地知道这个类包含了核心业务规则@Repository - 数据访问层：专门用于标记数据访问层的组件，用于封装对数据库等数据源进行增删改查的类特殊功能：自动将平台特定的异常(如SQLException)转换为Spring统一的DataAccessException层次结构中的非受查异常统一异常体系提供更有意义的异常信息，如BadSqlGrammarException(SQL语法错误)简化异常处理，由于转换后的异常都是非受查异常，不再需要写大量的try-catch块，可以选择在适当的层次统一处理@Configuration - 配置类：用于标记配置类，其内部可以定义Bean(通常使用@Bean注解)特殊功能：它确保了其中使用@Bean注解的方法的单例性。Spring 会通过CGLIB代理来拦截对@Bean方法的调用，确保每次返回的是同一个实例(单例作用域下)
1.5 获取Bean
1.5.1 通过Bean的类型获取
//将HelloController类交给Spring管理@ControllerpublicclassHelloController{publicvoiddemo(){System.out.println("Hello HelloController");}}@SpringBootApplicationpublicclassSpringIocApplication{publicstaticvoidmain(String[] args){ApplicationContext context =SpringApplication.run(SpringIocApplication.class, args);//通过Bean的类型获取HelloController helloController = context.getBean(HelloController.class); helloController.demo();}}如果HelloController类没有交给Spring管理，会抛出：
如果某接口(类)有多个实现类，此时根据类型来获取Bean会抛出：
publicinterfaceFunc{}@Service("dataBaseFunc")//设置Bean的名称为dataBaseFuncclassDataBaseFuncimplementsFunc{}@Service("fileFunc")//设置Bean的名称为fileFuncclassFileFuncimplementsFunc{}1.5.2 通过Bean的名称(ID)获取
在Java中，Bean的命名规范如下：
Bean命名约定
约定是在命名bean时使用标准的Java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。此类名称的示例包括accountManager，accountService，userDao，loginController
以JDK17为例，在java.beans.Introspector类中提供了如下方法用于Bean的命名
publicstaticStringdecapitalize(String name){if(name ==null|| name.length()==0){return name;}//如果类名的前两个字母都是大写，那么Bean的名字就是类名if(name.length()>1&&Character.isUpperCase(name.charAt(1))&&Character.isUpperCase(name.charAt(0))){return name;}char[] chars = name.toCharArray();//将类名的第一个字母转为小写作为Bean的名称 chars[0]=Character.toLowerCase(chars[0]);returnnewString(chars);}示例1：
publicinterfaceFunc{voidinit();}@Service("dataBaseFunc")//设置Bean的名称为dataBaseFuncclassDataBaseFuncimplementsFunc{@Overridepublicvoidinit(){System.out.println("database init");}}@Service("fileFunc")//设置Bean的名称为fileFuncclassFileFuncimplementsFunc{@Overridepublicvoidinit(){System.out.println("file init");}}@SpringBootApplicationpublicclassSpringIocApplication{publicstaticvoidmain(String[] args){ApplicationContext context =SpringApplication.run(SpringIocApplication.class, args);Func dataBaseFunc =(Func)context.getBean("dataBaseFunc");Func fileFunc =(Func)context.getBean("fileFunc"); dataBaseFunc.init(); fileFunc.init();}}运行结果：
database init
file init
示例2：以上述HelloController为例
@SpringBootApplicationpublicclassSpringIocApplication{publicstaticvoidmain(String[] args){ApplicationContext context =SpringApplication.run(SpringIocApplication.class, args);HelloController helloController =(HelloController)context.getBean("helloController");}}运行结果：
Hello HelloController
1.6 方法注解 - @Bean
1.6.1 特性解析
作用：在五大类注解标记的类的方法上使用，告诉Spring该方法返回的对象应该被注册为Bean使用场景：配置类中定义第三方库的Bean或需要复杂初始化逻辑的Bean
packageorg.example.springioc.model;@DatapublicclassUserObject{privateString name;privateInteger age;privateInteger id;publicUserObject(){}publicUserObject(String name){this.name = name;}publicUserObject(String name,Integer age){this.name = name;this.age = age;}publicUserObject(String name,Integer age,Integer id){this.name = name;this.age = age;this.id = id;}}packageorg.example.springioc.configuration;@ConfigurationpublicclassUserConfiguration{@BeanpublicUserObjectgetUserObject1(){//你完全控制对象的创建过程returnnewUserObject();//无参构造}@BeanpublicUserObjectgetUserObject2(){//你可以传递任意参数returnnewUserObject("李四");//带参构造}}优点：完全控制对象创建，可以传递参数、调用方法、进行复杂初始化
@Component//或其他四大注解publicclassUserObject{privateString name;privateInteger age;//Spring只会调用无参构造方法publicUserObject(){//Spring通过反射创建对象时，只会调用这个构造方法//你无法传递"张三",18这样的参数}publicUserObject(String name,int age){this.name = name;this.age = age;}}问题：Spring通过反射创建Bean时，默认调用无参构造方法，你无法传递特定参数
1.6.2 通过Bean的类型获取
与五大类注解一致
1.6.3 通过Bean的名称(ID)获取
与五大注解不同，使用@Bean标注方法时方法名就是该Bean的名称
@SpringBootApplicationpublicclassSpringIocApplication{publicstaticvoidmain(String[] args){ApplicationContext context =SpringApplication.run(SpringIocApplication.class, args);UserObject getUserObject1 =(UserObject)context.getBean("getUserObject1");System.out.println(getUserObject1);UserObject getUserObject2 =(UserObject)context.getBean("getUserObject2");System.out.println(getUserObject2);}}运行结果：
UserObject(name=null, age=null, id=null)
UserObject(name=李四, age=null, id=null)
1.7 @ComponentScan - 扫描路径
概念：@ComponentScan是Spring框架中一个非常核心的注解，它负责告诉Spring容器去哪里扫描那些被@Component、@Service、@Repository、@Controller等注解标记的类，并将它们自动注册为Bean如果一个类没有添加Spring的五大注解，那么即使它位于扫描路径下，它也不会被注册为Spring容器中的Bean在启动类中，@SpringBootApplication注解包含了@ComponentScan注解，默认扫描路径是启动类所在的包及其子包(可以显式配置来指定扫描路径，如@ComponentScan(basePackages = {“org.example.springioc”}))
2.DI(依赖注入)
2.1 概述
依赖注入是一种设计模式，它将对象的依赖关系(即它所需要的其他对象)从外部注入，而不是由对象自己在内部创建2.2 构造方法注入(Constructor Injection)
@ControllerpublicclassHelloController{privateHelloService helloService;privateHelloComponent helloComponent;//如果只有一个构造方法,只能使用该构造方法//当存在多个构造方法时,如果有无参构造方法,默认调用无参构造方法//当存在多个构造方法时,如果没有无参构造方法,Spring就不知道该用哪个构造方法,需要使用@Autowired指定一个默认的构造方法publicHelloController(){}publicHelloController(HelloService helloService){this.helloService = helloService;}@AutowiredpublicHelloController(HelloService helloService,HelloComponent helloComponent){this.helloService = helloService;this.helloComponent = helloComponent;}publicvoiddemo(){ helloService.demo(); helloComponent.demo();System.out.println("Hello HelloController");}}构造方法使用规范：当添加有参构造方法时,显式添加无参构造方法如果存在多个构造方法,使用@Autowired指定一个默认的构造方法2.3 Setter方法注入(Setter Injection)
@ControllerpublicclassHelloController{privateHelloService helloService;privateHelloComponent helloComponent;//搭配@Autowired使用@AutowiredpublicvoidsetHelloService(HelloService helloService){this.helloService = helloService;}@AutowiredpublicvoidsetHelloComponent(HelloComponent helloComponent){this.helloComponent = helloComponent;}publicvoiddemo(){ helloService.demo(); helloComponent.demo();System.out.println("Hello HelloController");}}2.4 字段/属性注入(Field Injection)
@ControllerpublicclassHelloController{@AutowiredprivateHelloService helloService;@AutowiredprivateHelloComponent helloComponent;publicvoiddemo(){ helloService.demo(); helloComponent.demo();System.out.println("Hello HelloController");}}默认行为：按类型匹配(byType)
- 查找候选Bean：Spring会首先在IoC容器中查找类型匹配的Bean
- 判断并注入：
- 找到0个：如果required属性为true(默认)，则会抛出NoSuchBeanDefinitionException异常
- 找到1个：直接注入，这是最理想的情况
- 找到多个：此时按类型匹配失败，Spring 会尝试后备策略，即按名称匹配 (byName)。它会将变量名(或属性名)作为Bean的ID去容器中查找
2.5 优缺点对比
构造方法注入：优点：可以注入final修饰的属性注入的依赖在调用前一定会完全初始化，因为构造方法在类加载阶段执行在Spring以外的其他框架中同样支持，构造方法由JDK提供缺点：注入多个依赖时代码量庞大Setter方法注入：优点：Setter方法可以被多次调用，这意味着该依赖可以多次注入缺点：不能注入final修饰的属性多次注入可能导致依赖被修改字段/属性注入：优点：代码简洁，使用方便缺点：不能注入final修饰的属性在非IoC容器中不可用
2.6 候选Bean问题
在使用@Autowired注入时，优先按照类型匹配，如果匹配到多个Bean，会将变量名(或属性名)作为Bean的ID去容器中查找。当变量名(或属性名)匹配失败时，程序无法运行成功
在上述代码中，UserController类需要注入一个单例Bean，却发现多个候选Bean，这叫做候选Bean问题
2.6.1 @Primary注解
作用：指定当存在多个相同类型的 Bean 时，优先使用被标记的Bean
运行结果：UserObject(name=李四, age=null, id=null)
2.6.2 @Qualifier注解
作用：是Spring框架中用于精确指定要注入哪个Bean的注解，它解决了当存在多个相同类型Bean时的依赖注入歧义问题
运行结果：UserObject(name=王五, age=18, id=102)
2.6.3 @Resource注解
作用：@Resource注解是Java标准注解，Spring框架提供了对它的支持。它是@Autowired的一个替代方案，但在匹配机制上有重要区别也可以明确指定名称，按名称精确匹配
优先按照Bean的名称匹配
2.6.4 优先级
当@Primary、@Qualifier、@Resource、@Autowired同时存在时，优先级如下： Resource > Qualifier > Primary > Autowired
