Spring IoC 详解

IoC 简介

IoC 是什么

IoC 即控制反转（Inversion of Control），也被称为依赖倒置原则，是设计模式六大原则之一。其核心思想是程序应依赖抽象接口，而非具体实现，从而降低代码间的耦合度。

IoC 的实现方式包括两种：

• 依赖注入（DI）：不通过类内部直接创建依赖对象，而是将外部创建好的依赖对象通过构造函数或参数传递给类使用。
• 依赖查找：受控对象通过容器 API 查找所需资源和协作对象。

理解 IoC 的关键在于两点：

1. 谁控制谁，控制什么：传统编程中，对象由程序主动创建；而 IoC 中，对象由容器控制创建，容器负责管理外部资源获取。
2. 为何反转，哪些方面反转：传统方式是程序主动获取依赖对象（正转），而 IoC 中容器负责创建并注入依赖对象（反转），依赖对象的获取方式发生了反转。

IoC 的作用

IoC 是一种编程思想，而非具体技术，作为面向对象编程的重要法则，它指导设计松耦合的程序。传统方式中，类内部主动创建依赖对象导致高耦合，难以测试；IoC 将对象的创建和查找交由容器管理，使对象间松散耦合，便于测试和复用，提升程序体系结构的灵活性。IoC 体现了“主从换位”思想，应用程序从主动获取资源变为被动接受容器注入，符合“好莱坞法则”：别找我们，我们找你。

IoC 与 DI

IoC 和依赖注入（DI）是从不同角度描述同一概念。IoC 强调控制权的反转，而 DI 更明确地指出依赖对象由容器注入。2004 年，Martin Fowler 提出“依赖注入”这一术语，以更清晰地表达这一过程。

IoC 容器

IoC 容器是具备依赖注入功能的容器，负责实例化、定位、配置应用程序中的对象并管理其依赖关系。在 Spring 中，BeanFactory 是 IoC 容器的基础实现，通过配置文件（如 XML、注解或 Java 代码）定义对象的元数据，容器据此完成对象的组装。

Bean

由 IoC 容器管理的对象称为 Bean。Bean 是容器初始化、装配和管理的对象，其定义通过配置元数据（如 BeanDefinition）指定，描述如何实例化和组装。

Spring IoC

Spring IoC 容器通过构造函数参数、工厂方法参数或属性设置定义 Bean 的依赖关系，创建时由容器注入这些依赖。这一过程是对象主动控制依赖的反转，因此称为控制反转。核心包 org.springframework.beans 和 org.springframework.context 提供了 IoC 容器的基础支持。

IoC 容器

Spring 提供两种 IoC 容器：

• BeanFactory：基础 IoC 容器，提供配置框架和基本功能。
• ApplicationContext：BeanFactory 的子接口，扩展了国际化、资源访问、事件机制等功能，适用于大多数场景。

实际开发中，推荐使用 ApplicationContext，因其功能更丰富。ApplicationContext 接口负责实例化、配置和组装 Bean，通过配置元数据（XML、注解或 Java 代码）获取指令。

常见实现包括：

• ClassPathXmlApplicationContext：从类路径加载配置。
• FileSystemXmlApplicationContext：从文件系统加载配置。

使用 IoC 容器的步骤包括：

1. 配置元数据：定义容器如何初始化和管理 Bean。
2. 实例化容器：容器解析元数据，生成 BeanDefinition 并完成 Bean 的实例化与组装。
3. 使用容器：客户端通过容器获取所需 Bean。

配置元数据

配置元数据描述 Bean 的属性和依赖，可通过以下方式实现：

• XML 配置：传统方式，使用 <bean> 元素定义。
• 注解配置：Spring 2.5 引入，通过注解简化配置。
• Java 配置：Spring 3.0 引入，使用 Java 代码定义。

实例化容器

通过指定资源路径（如 XML 文件）实例化 ApplicationContext，例如：

ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("services.xml", "daos.xml");

支持通过多个 XML 文件分层定义 Bean，使用 <import/> 元素组合：

<beans>
    <import resource="services.xml"/>
    <bean id="bean1" class="..."/>
</beans>

使用容器

通过 getBean 方法获取 Bean 实例：

ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("services.xml");
PetStoreService service = context.getBean("petStore", PetStoreService.class);

IoC 配置元数据

XML 配置

XML 配置是 Spring 的传统方式，基本结构如下：

<beans>
    <bean id="bean1" class="..."/>
    <alias alias="bean3" name="bean2"/>
    <import resource="resource.xml"/>
</beans>

• <bean> 定义 Bean，id 为唯一标识，class 指定类名。
• <alias> 设置别名。
• <import> 导入其他配置文件。

实例化方式：

ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext(new String[]{"services.xml", "daos.xml"});

注解配置

Spring 2.5 引入注解配置，需在 XML 中启用：

<context:annotation-config/>

常用注解包括：

• @Required：修饰 setter 方法，确保属性在 XML 中配置。
• @Autowired：修饰属性、setter 或构造函数，按类型自动注入。
• @Qualifier：与 @Autowired 配合，按名称指定 Bean。
• @Resource：按名称注入，支持 JSP 250 标准。
• @PostConstruct 和 @PreDestroy：定义生命周期方法。
• @Inject：Spring 3.0 支持的 JSR 330 注解，功能类似 @Autowired。

Java 配置

Spring 3.0 引入 Java 配置，使用 @Configuration 和 @Bean 注解：

@Configuration
public class AppConfig {
    @Bean
    public MyService myService() {
        return new MyServiceImpl();
    }
}

• @Configuration 标记配置类。
• @Bean 定义 Bean，等价于 XML 中的 <bean>。

实例化：

AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);

依赖解决过程

容器解析 Bean 依赖的步骤：

1. 使用配置元数据创建和初始化 ApplicationContext。
2. 为每个 Bean 提供依赖（属性或构造函数参数）。
3. 将值或引用转换为实际类型。

Spring 在容器加载时验证配置，延迟设置属性以避免循环依赖问题。单例 Bean 默认预实例化，可通过配置改为延迟初始化。