依赖注入DI和面向切面编程AOP是Spring框架的核心概念，几乎后续使用到Spring框架的地方都有这两个概念的影子。今天我们将研究 Spring IOC容器机制与依赖注入的概念，并且结合实际的例子演示说明。我们知道 Spring Framework 的核心概念是“依赖注入”(Dependency Injection)和“面向切面编程”(Aspect Oriented Programming)。我之前再阿里云开发者学院直播课程中也讲过多次Java 依赖注入以及我们如何使用 Spring 框架在项目中实现DI依赖注入和AOP面向切面编程。

1、IOC与依赖注入

控制反转（Inversion of Control）是软件工程中的一项原则，目前也属于一种常见的设计模式，简称IOC。它将对对象或程序部分的控制职责转移到容器或框架中，比如创建MySQL数据库连接对象Connection的功能代码，单独封装为独立的工具方法，便于职责分离，功能内聚，方便统一使用和维护。

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我们最常在OOP面向对象编程的上下文中使用它。后面再开发Spring Boot网站后台API接口、Spring Cloud微服务等等经常会使用到依赖注入，对象的创建不再有调用方创建，而是有单独的工厂Factory实现。

与我们的自定义代码调用库的传统编程相比，IoC 使框架能够控制程序的流程并调用我们的自定义代码。为了实现这一点，框架使用内置附加行为的抽象。如果我们想添加自己的行为，我们需要扩展框架的类或插入我们自己的类。

这种架构的优点是：

将对象的创建、管理、执行与实现代码分离。
工厂模式，抽象创建对象，解耦，容易扩展。
维护更方便。
通过隔离组件或模拟其依赖关系并允许组件通过契约接口进行通信，从而更容易测试程序。

控制反转（Inversion of Control）很重要的一种实现方式就是“依赖注入”(Dependency Injection)，把对象注入到需要的地方。解决对象创建、管理、注入等工作的工具类库我们成为IOC容器。

我们可以通过各种机制来实现控制反转IOC，例如：策略设计模式、服务定位器模式、工厂模式和依赖注入（DI）。

为了更方便里实现Java编程中的控制反转（Inversion of Control），出现了很多优秀的工具框架，Spring 就有对应的实现。

2、Spring IOC 容器

Spring框架中解决IOC问题的类库统称为：Spring IoC Container 或者Spring IoC 容器。

Spring IoC Container 是 Spring 框架的核心部分，用于管理Java应用程序 bean的生命周期。它在创建 bean 时注入依赖项，并在执行期间管理 bean 生命周期。

Spring IoC 的基本任务就是：

实例化
配置
组装Bean

Spring IOC 容器从 Spring 配置文件中获取配置相关信息。这可以是 XML 或 Java配置文件。

IOC 容器使用依赖注入 (DI) 来管理组成Java应用程序的组件。

Spring 提供了两种类型的 IOC 容器：

BeanFactory ，Bean工厂
ApplicationContext ，应用程序上下文

3、BeanFactory 和 ApplicationContext 的区别

Spring框架提供了两个重要的接口org.springframework.beans.factory.BeanFactory 和 org.springframework.context.ApplicationContext ，这两个接口充当 IoC 容器，也有具体的实现类型。

3.1 BeanFactory 容器

BeanFactory 是一个 IoC 容器，负责维护 bean 及其依赖项。它基本上是一个提供基本功能的接口。

3.2 ApplicationContext 容器

ApplicationContext 接口建立在 BeanFactory 接口之上。

ApplicationContext 是 BeanFactory 的子接口，提供更多类似企业的功能。它为 Web 应用程序添加了应用程序层特定的上下文，例如 WebApplicationContext。

它比 BeanFactory 添加了一些额外的功能，例如与 Spring 的 AOP 的简单集成、消息资源处理（对于 I18N）、事件传播、Web 应用程序的应用层特定上下文（例如 WebApplicationContext）。

所以使用 ApplicationContext 比使用 BeanFactory 更好。

创建完Java项目或者Spring 项目，可以再POM里加入对Spring的依赖。

<dependency><groupId>org.springframework</groupId><artifactId>spring-core</artifactId><version>${spring.version}</version></dependency>

Maven会获取对应的依赖项目，我们可以通过开发工具来查看依赖包，以及BeanFactory 在的包。

IOC容器位于Spring-beans包中。

4、Spring IOC依赖注入实战

我们可以通过三种方式来配置Spring IoC 容器。

基于 XML，比较原始
基于注解，目前使用的最多，比如@Autowired
基于 Java，比较原始

4.1使用BeanFactory依赖注入

BeanFactory是基本的容器接口，Spring框架中包括许多BeanFactory的子接口： ApplicationContext, AutowireCapableBeanFactory, ConfigurableApplicationContext, ConfigurableBeanFactory, ConfigurableListableBeanFactory, ConfigurableWebApplicationContext, HierarchicalBeanFactory, ListableBeanFactory, WebApplicationContext。

以下是BeanFactory的子类型：

BeanFactory接口是访问 Spring bean 容器的根接口。

这是Spring bean 容器的基本客户端工具视图；其他接口，如 ListableBeanFactory 和 ConfigurableBeanFactory 可用于特定需求。

该接口由包含许多 bean 定义的对象实现，每个定义由一个字符串名称唯一标识。根据 bean 定义，工厂将返回包含对象的独立实例（原型设计模式）或单个共享实例（单例设计模式的更好替代方案，其中实例是范围内的单例）工厂）。将返回哪种类型的实例取决于 bean 工厂配置。从 Spring 2.0 开始，根据具体的应用程序上下文（例如 Web 环境中的“请求”和“会话”范围），可以在更多范围中使用。

BeanFactory充当Spring应用程序组件的中央注册表，并读取并存储了应用程序组件的配置数据。这种方法优点的讨论，请参阅“Expert One-on-One J2EE Design and Development”的第 4 章和第 11 章。

通常，BeanFactory 会加载存储在配置源（例如 XML 文档）中的 bean 定义，并使用 org.springframework.beans 包来配置 bean。但是，实现可以简单地返回它根据需要直接在 Java 代码中创建的 Java 对象。对如何存储定义没有限制：LDAP、RDBMS、XML、属性文件等。鼓励实现支持 bean 之间的引用（依赖注入）。

4.2使用ApplicationContext依赖注入

Spring框架中 ApplicationContext 接口有多种实现，例如：

ClassPathXmlApplicationContext
XmlWebApplicationContext
FileSystemXmlApplicationContext

Spring 框架提供了 ApplicationContext 接口的几种实现：ClassPathXmlApplicationContext 和 FileSystemXmlApplicationContext 用于独立应用程序，以及 WebApplicationContext 用于 Web 应用程序。

为了组装 bean，容器使用配置元数据，它可以是 XML 配置或注解的形式。

这是手动实例化容器的一种方法：

ApplicationContextcontext=newClassPathXmlApplicationContext("AppContext.xml");
Orderorder= (Order) factory.getBean("order");
OrderServiceservice=newOrderService(order);
service.save();

这种方式比较原始，是早期使用Spring IOC容器加载配置文件，创建对象的过程。当然后续可以把order对象注入到需要的地方。比如业务逻辑层orderService。

5、依赖注入的方式

Spring 框架中的依赖注入可以通过构造函数、setter器或字段来完成。

5.1构造函数

Spring在基于构造函数的依赖注入DI的情况下，Spring IOC容器将调用带有参数的构造函数，每个参数代表我们要设置的依赖项，例如订单的价格，或者数据库连接Connection对象的地址、账号、密码等参数。

Spring IOC容器会按类型解析每个参数，然后是属性名称，以及用于唯一的索引。让我们使用注解查看 bean 的配置及其依赖项：

@ConfigurationpublicclassAppConfig {
@BeanpublicOrderorder() {
returnnewOrderImpl();
    }
@BeanpublicOrderServiceorderService() {
returnnewOrderService(order());
    }
}

@Configuration 注解表明该类是 bean 定义参数的配置数据来源。我们还可以将它添加到多个配置类中。我们在方法上使用@Bean 注解来定义一个 bean。如果我们不指定自定义名称，那么 bean 名称将默认为方法名称。

对于具有默认单例singleton作用域的 bean，Spring 首先检查 bean 的缓存实例是否已经存在，如果不存在则只创建一个新实例。如果我们使用原型prototype作用域，容器会为每个方法调用请求返回一个新的 bean 实例。

注解代码方式，也可以通过XML配置文件替换。创建 bean 配置的另一种方法是通过 XML 配置：

<beanid="order"class="org.alibaba.OrderImpl"/><beanid="orderService"class="org.alibaba.OrderService"><constructor-argtype="OrderImpl"index="0"name="order"ref="order"/></bean>

两种方式各有优劣，目前为了灵活性普遍选择XML方式配置容器参数。

5.2Setter器

简单理解，被注入的对象提供Setter器，Spring IOC容器把创建的对象通过Setter器注入进去。对于基于 setter 的 DI，Spring IOC 容器会在调用无参数构造函数或无参数静态工厂方法实例化 bean 后,再调用我们类的 setter 方法。让我们使用Java注解创建这个配置，然后注入对象：

@ServicepublicBooleansaveOrder( Orderorder) {
Orderorder=newOrder();
orderDAO.setOrder(order);
returntrue;
}

这种方式目前使用的也比较少，这几作为对比例子告诉大家IOC的不同之处。我们可以为同一个 bean 组合Spring基于构造函数和基于 setter 的注入类型。每种注入方式都有自己的利弊。 Spring 官方建议对强制依赖项使用基于构造函数的注入，对可选依赖项使用基于 setter 的注入。当然两种方式都可以使用，

5.3字段注入

Spring IOC目前提供了更为简单的IOC方式@Autowired。我们可以直接使用基于字段的 DI，我们可以通过使用 @Autowired 注解标记依赖项来注入依赖项。这种方法目前最流行的方式。例子代码如下：

@Controller@RequestMapping("/Users")
publicclassUsersController {
@AutowiredprivateIUserServiceuserService;//UserService, UserServiceImpl@RequestMapping("/index")
publicModelAndViewindex() {
List<User>listUsers=userService.getAllUsers();
ModelAndViewmv=newModelAndView("/Users/index");
mv.addObject("listUsers", listUsers);
returnmv;
    }
 }

@Autowired允许 Spring IOC容器通过检查已定义的 bean 来自动解决协作 bean 之间的依赖关系。

使用 XML 配置自动装配 bean 有4种模式：

no：默认值——这意味着 bean 不使用自动装配，我们必须显式命名依赖项。
byName：自动装配是根据属性的name名称完成的，因此 Spring IOC容器会寻找与需要设置的属性name名称相同的 bean。
byType：类似于 byName 自动装配，仅基于属性的type类型。这意味着 Spring 将寻找具有相同类型属性的 bean 来设置。如果该类型的 bean 不止一个，框架会抛出异常。
构造函数：自动装配是基于构造函数参数完成的，这意味着 Spring 将寻找与构造函数参数类型相同的 bean。

例如，让我们将上面定义的 order bean 按类型自动装配到 OrderService bean 中：

@Bean(autowire=Autowire.BY_NAME)
publicBooleansaveOrder( Orderorder) {
Orderorder=newOrder();
orderDAO.setOrder(order);
returntrue;
}

当然IOC的代码配置也可以通过XML来实现：

<beanid="orderService"class="org.alibaba.OrderService"autowire="byType"><beanid="order"class="org.alibaba.Order"autowire="byName"></bean>

5.4 延迟实例化

默认情况下，Spring IOC容器在初始化期间创建和配置所有单例 bean，可能会影响程序的启动性能。为了避免这种情况，我们可以在 bean 配置中使用值为 true 的延迟初始化属性对象：

<beanid="orderService"class="org.alibaba.OrderService"lazy-init="true"><beanid="order"class="org.alibaba.Order"lazy-init="true"></bean>

因此， order bean 只会在第一次被请求时被初始化创建对象，而不是在java程序启动时被初始化。这样做的好处是更快的Java程序启动初始化时间，但代价是我们在请求 bean 之前不会发现任何配置错误，这可能是应用程序已经运行后的几个小时甚至几天。如果有XML配置错误，不能再第一时间发现改正，需要发送一次请求进行检查。

6、总结

在本文中，我们介绍了Spring 框架中最重要的IOC控制反转和DI依赖注入的概念，Spring IOC容器机制，和关键的容器类型。并进行了Spring IOC例子代码的说明。

此外，我们可以在 Spring Framework 参考文档中了解 IoC 和 DI 的 Spring代码实现，https://docs.spring.io/spring/docs/current/spring-framework-reference/htmlsingle/#beans-dependencies。

后续开发主要是Spring Boot为主，Spring Boot又大量使用@Autowired注解，来简化IOC的实现代码，本文作为后续课程的学习基石，必不可少，必须掌握Spring IOC的工作原理和底层机制。这个也是Java高级职位面试考察的重要知识点。

Java Spring IOC容器与依赖注入DI实现原理