Spring IoC和DI详解以及装配Bean
Spring框架
Spring 框架是 Java 应用最广的框架，它的成功来源于理念，而不是技术本身，它的理念包括 IoC (Inversion of Control，控制反转) 和 AOP(Aspect Oriented Programming，面向切面编程)，它是一个轻量级的 DI / IoC 和 AOP 容器的开源框架，来源于 Rod Johnson 在其著作 《Expert one on one J2EE design and development》 中阐述的部分理念和原型衍生而来。
Spring的优势
- 低侵入 / 低耦合 （降低组件之间的耦合度，实现软件各层之间的解耦）
- 声明式事务管理（基于切面和惯例）
- 方便集成其他框架（如MyBatis、Hibernate）
- 降低 Java 开发难度
- Spring 框架中包括了 J2EE 三层的每一层的解决方案（一站式）
Spring的功能
- Spring 能帮我们根据配置文件创建及组装对象之间的依赖关系
- Spring 面向切面编程能帮助我们无耦合的实现日志记录，性能统计，安全控制。
- Spring 能非常简单的帮我们管理数据库事务。
- Spring 还提供了与第三方数据访问框架（如Hibernate、JPA）无缝集成，而且自己也提供了一套JDBC访问模板来方便数据库访问。
- Spring 还提供与第三方Web（如Struts1/2、JSF）框架无缝集成，而且自己也提供了一套Spring MVC框架，来方便web层搭建。
- Spring 能方便的与Java EE（如Java Mail、任务调度）整合，与更多技术整合（比如缓存框架）。
Spring框架结构
上面简短的介绍了一下Spring框架，下面正式开始讲述标题的内容
Spring Ioc简介
IOC：Inverse of Control（控制反转），控制反转不是什么技术，而是一种设计思想，在IOC之前，我们想获得一个对象，就通过new关键字，那在IOC就是将原本在程序中手动创建对象的控制权，交由Spring框架来管理。在xml文件中配置bean的信息或者配置自动扫描包等，把程序中的类装载到Spring容器中管理。
那么IOC有什么好处？（面试）
这个问题其实就是问我们与new相比，IOC的优点在哪里。
假设我们现在有一个Animal接口，我们需要获得一些动物的叫声，新建一个Cat实现类
//Animal接口
package dto;
public interface Animal {
void cry();
}
//Cat实现类
package dto;
public class Cat implements Animal {
public void cry() {
System.out.println("I am Cat!");
}
}
//测试类
import dto.Animal;
import dto.Cat;
import org.junit.Test;
public class testSpring {
@Test
public void test(){
Animal animal = new Cat();
animal.cry();
}
}那如果我们现在想获得狗的叫声怎么办，新建一个实现类Dog
package dto;
public class Dog implements Animal{
public void cry() {
System.out.println("I am Dog!");
}
}然后将测试代码改成Animal animal = new Dog()，其余代码不变。这是传统使用new实例化对象，如果程序大量使用的new来实例化对象，一但程序需要改动或者扩展应用，那开发者就太难受了。
下面我们来看看使用spring来实现上述例子
上面的Animal接口和Cat、Dog实现类不变，增加spring.xml文件
测试类如下
import dto.Animal;
import org.junit.Test;
import org.junit.runner.RunWith;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.test.context.ContextConfiguration;
import org.springframework.test.context.junit4.SpringJUnit4ClassRunner;
@RunWith(SpringJUnit4ClassRunner.class)
@ContextConfiguration(locations = {"classpath:spring.xml"})
public class testSpring {
@Autowired
private Animal animal;
@Test
public void test(){
animal.cry();
}
}运行结果
那现在我需要得到Dog的叫声，测试代码不需要任何修改，只需要修改spring.xml如下：
运行结果：
从上面的例子我们可以看出spring的强大，通过依赖注入的方式我们可以将实例化对象配置在xml文件，然后使用接口自动装配我们实例化对象，这样做的好处：一、松耦合 二、便于扩展
Spring DI简介
DI：Dependency Injection（依赖注入），上面的ioc是一种思想，那么具体的实现呢就是依赖注入。比如A对象需要一个B对象，那么我们可以通过在xml文件中配置或者通过注解等方式将其交给spring容器管理，这样当系统运行时，spring会在适当的时候将B注入给A对象，这样就完成了对象之间的依赖关系，至于B是怎么构造的，何时构造的，A不需要关心。
简单来说一句话，DI(依赖注入)其实就是IOC的另外一种说法，DI是由Martin Fowler 在2004年初的一篇论文中首次提出的。他总结：控制的什么被反转了？就是：获得依赖对象的方式反转了。
装配Bean
Spring容器负责创建应用程序中的bean并通过DI来协调这些对象之间的关系。作为开发人员，需要告诉spring要创建哪些bean并且如何将其装配在一起，spring中装配Bean的三种主要方式：
- 在XML中进行显示配置
- 在Java中进行显示配置
- 隐式的bean发现机制和自动装配
三种方法的优先性
spring提供了三种方式来装配Bean，但是我们优先使用自动配置机制。显式的配置越少越好。当你必须要显示配置Bean的时候（比如有些源码不是由你来维护的，当你需要为这些代码配置Bean的时候），推荐使用类型安全并且比XML更加强大的JavaConfig。最后，只有当你想要使用便利的XML空间，并且在JavaConfig中没有同样的实现时，才应该使用XML。
优先性：自动装配->Java显示配置->XML配置
在XML中配置Bean
使用 XML 装配 Bean 需要定义对应的 XML，这里需要引入对应的 XML 模式（XSD）文件，这些文件定义了配置 Spring 的XML元素，使用idea创建XML文件：
一个简单的XML配置文件如下：
在上面的XML文件中，
装配简单属性值
下面是一个简单的例子
package dto;
public class Student {
private String name;
private int age;
/* setter and getter */
}
简单解释一下：
- bean元素是在XML文件声明Bean的属性，类似@Bean注解，下面会讲到这个注解
- id是这个bean的名字，id属性遵守 XML 语法的 ID 唯一性约束。必须以字母开头，可以使用字母、数字、连字符、下划线、句号、冒号，不能以
/开头。也可以使用name属性来代替id属性，甚至可以不写id属性，例如这个时候，Spring将会根据"全限定类名#{number}"来进行命名。在这里就是“dto.Student#0”。其中#0是一个计数的形式，用来区分相同类型的其他bean，当第二次声明一个没有id属性的bean时，就会是“dto.Student#1”，这种自动化命名很方便，但是如果你后续需要用到这个bean的引用，那还是通过id属性进行明确的命名。
class属性显然就是一个类的全限定名property元素是定义类的属性，其中的name属性定义的是属性的名称，而value是它的值。
装配集合类型
上述是装配简单的类型变量，下面来演示如何装配集合类型，新建一个CollectionType类。
package dto;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.Properties;
import java.util.Set;
public class CollectionType {
private Integer id;
private List list;
private Map map;
private Properties properties;
private Set set;
private String[] array;
/* setter and getter */
}
在XML中该如何装配它们
list-1
list-2
list-3
value-prop-1
value-prop-2
value-prop-3
set-1
set-2
set-3
array-1
array-2
array-3
复杂类型的装配大概就是这些，更复杂的类型都可以进行分解，例如list中的对象可以不是一个基本类型，而是一个自定义的类
例如List 属性使用
Map 属性使用 元素定义注入:
Set 属性使用
命名空间装配
除了上述的配置之外，spring还提供了对应的命名空间的定义，只是在使用命名空间的时候要先引入对应的命名空间和 XML 模式（XSD）文件。使用c-命名空间需要在XML的顶部声明其模式：如下所示
这里将c-命名空间和通过构造器注入初始化bean方在一起讲
上面其实就是Spring根据XML中的配置然后利用反射类的实例对象调用setter方法来实现属性注入，如果你将类中的setter方法去掉，运行时就会报错
下面通过构造器参数的方式实现属性注入：
具体到构造器注入，有两种选择：
继续以Student类为例
package dto;
public class Student {
private String name;
private int age;
public Student(String name, int age){
this.name = name;
this.age = age;
}
/* setter and getter */
}下面对比一下两种不同的方式实现
c-命名空间属性名以 “c:” 开头，也就是命名空间的前缀。接下来就是要装配的构造器参数名，在此之后如果需要注入对象的话则要跟上 -ref（如c:cd-ref="card"，则对cd这个构造器参数注入之前配置的名为 card 的 bean）
很显然，使用 c-命名空间属性要比使用
我们将参数的名称替换成了 “0” 和 “1” ，也就是参数的索引。因为在 XML 中不允许数字作为属性的第一个字符，因此必须要添加一个下划线来作为前缀。
p-命名空间
在构造器实现属性注入的方式有c-命名空间来替代
使用p命名空间的方式和c-命名空间很像，先以p:开头，后面是属性名和属性值，如果属性需要注入的是一个对象，则需要在属性名后面加上-ref表明要注入的是一个Bean的引用
util-命名空间
util-命名空间的出现是因为p-命名空间不能用来装配集合，因此在装配集合的时候就没有一种便利的方式，首先还是在头部声明其格式：
接下来看一下util-命名空间的使用：
首先在Student类中添加一个list对象
package dto;
import java.util.List;
public class Student {
private int id;
private String name;
private List list;
/* sttter and getter */
}
value-1
value-2
value-3
value-1
value-2
value-3
使用util-命名空间后可以将list移出到bean的外面，并将其声明到独特的bean之中
| 元素 | 描述 |
|---|---|
|
引用某个类型的 public static 域，并将其暴露为 bean |
|
创建一个 java.util.List 类型的 bean，其中包含值或引用 |
|
创建一个 java.util.map 类型的 bean，其中包含值或引用 |
|
创建一个 java.util.Properties 类型的 bean |
|
引用一个 bean 的属性（或内嵌属性），并将其暴露为 bean |
|
创建一个 java.util.Set 类型的 bean，其中包含值或引用 |
隐式的bean发现机制和自动装配
Spring从两个角度来实现自动化装配：
- 组件扫描（component scanning）：Spring会自动发现应用上下文中所创建的bean
- 自动装配（autowiring）:Spring 自动满足bean之间的依赖
首先我们来看看组件扫描，创建一个表示动物类型接口animal：
package dto;
public interface animal {
void cry();
}然后我们再新建一个cat类实现animal：
package dto;
import org.springframework.stereotype.Component;
@Component
public class Cat implements animal{
public void cry() {
System.out.println("我是cat");
}
}在cat中我们使用了@Component注解，这个简单的注解表明该类会作为组件类，并告知Spring要为这个类创建bean。这样就不要显示的配置Cat bean，因为你已经使用了@Component注解，Spring会为我们处理好。
但是组件扫描默认是不启用的，我们还需要显示配置一下Spring，命名它去寻找带有@Component注解，并为其创建bean,下面来创建一个配置类CatConfig
package dto;
import org.springframework.context.annotation.ComponentScan;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
@Configuration
@ComponentScan
public class CatConfig {
}简单解释一下：
上面@Configuration注解表示这是一个配置类，@ComponentScan注解，这个注解能够在Spring中启用组件扫描，如果没有其他配置的话，@ComponentScan注解默认会扫描与配置类相同的包，也就是dto包以及这个包下面所有的子包，查找带有@Component注解的类，并且会在Spring中自动为其创建一个bean。
我们也可以使用XML来启动组件扫描，来看一下配置
下面新建一个Test1来测试一下
import dto.Cat;
import dto.CatConfig;
import org.junit.Test;
import org.junit.runner.RunWith;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.test.context.ContextConfiguration;
import org.springframework.test.context.junit4.SpringJUnit4ClassRunner;
import static org.junit.Assert.assertNotNull;
@RunWith(SpringJUnit4ClassRunner.class)
@ContextConfiguration(classes= CatConfig.class)
public class test1 {
@Autowired
private Cat cat;
@Test
public void catShouldNotNull(){
assertNotNull(cat);
}
}代码运行是绿色表示通过，之前配置bean时都有指定id,我们使用 @Component注解类是并没有指定id，那么Spring将根据类名指定一个ID，那Cat类的id就是cat,也就是将类名的第一个字母变成小写，当然我们也可以去指定id名，列如：
package dto;
import org.springframework.stereotype.Component;
@Component("bigCat")
public class Cat implements animal{
public void cry() {
System.out.println();
}
}还有另外一种为bean命名的方式，不是使用@Component注解，而是使用Java依赖注解规范中提供的@Named注解，上面的@Component注解可以替换成@Named注解，两者有细微的差异，但是大多数情况下，二者可以互换。了解就好，开发的时候推荐使用@Component注解
设置组件扫描的基础包
@ComponenetScan有两个属性：basePackages和basePackageClasses
上述使用@Component注解没有指定包，那么Spring会默认以配置类所在的包作为基础包来扫描组件，当然我们也可以指定包名
package dto;
import org.springframework.context.annotation.ComponentScan;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
@Configuration
@ComponentScan("dto")
public class CatConfig {
}我们也可以使用basePackages明确指定设置基础包
package dto;
import org.springframework.context.annotation.ComponentScan;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
@Configuration
@ComponentScan(basePackages = "dto")
public class CatConfig {
}
basePackages是一个复数形式，它可以允许我们指定多个基础包，以逗号隔开
package dto;
import org.springframework.context.annotation.ComponentScan;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
@Configuration
@ComponentScan(basePackages = {"dto","Controller","Service"})
public class CatConfig {
}在上面的例子中，所设置的基础包是以String类型表示的，但是这种方法是类型不安全的，一但我们重构代码，包名改变了，那么指定的基础包可能就会出错。这是就可以使用@basePackageClasses属性，列如
package dto;
import Controller.baseController;
import Service.baseService;
import org.springframework.context.annotation.ComponentScan;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
@Configuration
@ComponentScan(basePackageClasses = {Cat.class, baseController.class, baseService.class})
public class CatConfig {
}我们不在使用String类型名称来指定包，俄日basePackageClasses属性设置的数组中包含了类，这些类所在的包将会作为组件扫描的基础包。
如何在应用程序中所有的对象都是相互独立的，彼此之间没有依赖，那组件扫描就足够满足要求了，但是很多对象会依赖其他对象才能完成任务，这样我们就需要有一种方法将组件扫描得到的bean和它们的依赖装配在一起，所以来了解一下自动装配
自动装配———@Autowired
简单来说，自动装配就是让Spring自动满足bean依赖的一种方法，在满足依赖的过程中，会在Spring应用的上下文中寻找匹配某个bean需求的其他bean。为了声明要进行自动装配，我们需要借助Spring的@Autowired注解
首先在Service中新建一个接口：
package Service;
public interface CatService {
public void printInfo();
}然后为上面接口编写一个实现类：
package Service;
import dto.Cat;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Component;
@Component("catService")
public class CatServiceImp implements CatService{
@Autowired
private Cat cat;
@Override
public void printInfo() {
cat.cry();
}
}上面要实现的就是将cat对象实现自动装配
//第一步：修改CatConfig文件，将Service包也加入到组件扫描中去
package dto;
import org.springframework.context.annotation.ComponentScan;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
@Configuration
@ComponentScan(basePackages = {"dto","Service"})
public class CatConfig {
}
//第二步：编写测试类
import Service.CatService;
import dto.CatConfig;
import org.junit.Test;
import org.junit.runner.RunWith;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.test.context.ContextConfiguration;
import org.springframework.test.context.junit4.SpringJUnit4ClassRunner;
@RunWith(SpringJUnit4ClassRunner.class)
@ContextConfiguration(classes= CatConfig.class)
public class test1 {
@Autowired
private CatService catService;
@Test
public void test(){
catService.printInfo();
}
}运行结果：
- 在Spring初始化bean之后，它会尽可能得去满足bean的依赖，在本例中，依赖是通过带有@Autowired注解进行声明的
- 但是如何没有匹配的bean，那么在应用上下文创建的时候，Spring会抛出一个异常，为了避免异常的出现，可以将@Autowired的required属性设置成false，比如@Autowired（required=false）,Spring尝试进行自动配置没有发现匹配的bean，就会让这个bean处于未装配状态，但是代码中如果未进行判空处理可能出现NullPointerException
@Autowired注解不仅仅能配置在属性之上，还允许用在构造器，Setter方法或者任何方法上：
//第一种，作用在属性上
@Autowired
private Cat cat;
//第二种，作用在构造器上
private Cat cat;
@Autowired
public CatServiceImp(Cat cat){
this.cat = cat;
}
//第三种，作用在属性的setter方法上
private Cat cat;
@Autowired
public void setCat(Cat cat){
this.cat = cat;
}
//第四种，作用在一个普通方法上
private Cat cat;
@Autowired
public void insertCat(Cat cat){
this.cat = cat;
}只要任何能注入这个cat对象的方法都可以使用@Autowired，推荐使用这种自动装配来完成依赖注入，这样会使得配置文件大幅度减少，满足约定优于配置的原则，增强程序的健壮性。
- 上述的自动装配有一个问题，如果有多个bean都能满足依赖关系，Spring将会抛出异常，因为它不知道该装配哪一个bean
自动装配的歧义性（@Primary和@Qualifier）
我们在上面的例子中新建一个Animal接口的实现类dog，
//Animal接口
package dto;
public interface Animal {
void cry();
}
//Dog实现类
package dto;
import org.springframework.stereotype.Component;
@Component("dog")
public class Dog implements Animal {
public void cry() {
System.out.println("I am dog");
}
}
//Cat实现
package dto;
import org.springframework.stereotype.Component;
@Component("cat")
public class Cat implements Animal {
public void cry() {
System.out.println("I am Cat");
}
}
//测试类
import dto.Animal;
import dto.CatConfig;
import org.junit.Test;
import org.junit.runner.RunWith;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.test.context.ContextConfiguration;
import org.springframework.test.context.junit4.SpringJUnit4ClassRunner;
@RunWith(SpringJUnit4ClassRunner.class)
@ContextConfiguration(classes= CatConfig.class)
public class test1 {
@Autowired
private Animal animal;
@Test
public void test(){
animal.cry();
}
}idea直接就提示报错，说有两个bean
- @Primary 注解：
代表首要的，当 Spring IoC 检测到有多个相同类型的 Bean 资源的时候，会优先注入使用该注解的类。 - 问题：该注解只是解决了首要的问题，但是并没有选择性的问题
- @Qualifier 注解：
上面所谈及的歧义性，一个重要的原因是 Spring 在寻找依赖注入的时候是按照类型注入引起的。除了按类型查找 Bean，Spring IoC 容器最底层的接口 BeanFactory 还提供了按名字查找的方法，如果按照名字来查找和注入不就能消除歧义性了吗？ - 使用方法： 指定注入名称为 "cat" 的 Bean 资源
//使用Qualifier注解
public class test1 {
@Autowired
@Qualifier("cat")
private Animal animal;
@Test
public void test(){
animal.cry();
}
}
//使用@Primary注解
@Component("cat")
@Primary
public class Cat implements Animal {
public void cry() {
System.out.println("I am Cat");
}
}在Java中进行显示配置
使用组件扫描和自动化配置是推荐使用的方式，但是有时候自动化方案行不通，比如说，你想将第三方库中的组件装配到你的应用中，在种情况下，是没有办法在它的类中添加@Component和@Autowired注解的。因此必须使用显示的配置，XML配置我们上面已经讲过了，下面来通过@Bean装配bean
首先新建一个配置类并且使用@Bean注解
package dto;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
@Configuration
public class StudentConfig {
@Bean
public Student createStudent(){
return new Student();
}
}@Configuration注解表明这个一个配置类，可以用来代替XML文件，然后在createStudent方法上使用bean注解，@Bean注解会告诉Spring这个方法会返回一个对象，这个对象要注册为Spring应用上下文中Bean。默认情况下，bean的ID就是带有@Bean注解的方法名，在本例中，bean的方法名是createStudent。
测试类
import dto.Student;
import org.junit.Test;
import org.springframework.context.ApplicationContext;
import org.springframework.context.annotation.AnnotationConfigApplicationContext;
import static org.junit.Assert.assertNotNull;
public class testSpring {
@Test
public void test(){
//从Java配置中加载应用上下文，并扫描dto包
ApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext("dto");
Student s = (Student) context.getBean("createStudent");
assertNotNull(s) ;
}
}
运行结果是绿色，证明s对象已经被创建。当然也可以使用@Bean（name="student"）指定bean的名字
Bean的作用域
在默认的情况下，Spring IoC 容器只会对一个 Bean 创建一个实例，但有时候，我们希望能够通过 Spring IoC 容器获取多个实例，我们可以通过 @Scope 注解或者 scope 属性来设置，例如：
// XML 中设置作用域
Spring 提供了 5 种作用域，它会根据情况来决定是否生成新的对象：
| 作用域类别 | 描述 |
|---|---|
| singleton(单例) | 在Spring IoC容器中仅存在一个Bean实例 （默认的scope） |
| prototype(多例) | 每次从容器中调用Bean时，都返回一个新的实例，即每次调用getBean()时 ，相当于执行new XxxBean()：不会在容器启动时创建对象 |
| request(请求) | 用于web开发，将Bean放入request范围 ，request.setAttribute("xxx") ， 在同一个request 获得同一个Bean |
| session(会话) | 用于web开发，将Bean 放入Session范围，在同一个Session 获得同一个Bean |
| globalSession(全局会话) | 一般用于 Porlet 应用环境 , 分布式系统存在全局 session 概念（单点登录），如果不是 porlet 环境，globalSession 等同于 Session |
参考资料
- 《Spring实战（第四版）》
- 网上的博客