控制反转 依赖注入 基本概念 与 Spring IOC 源码学习

控制反转 依赖注入 基本概念 与 Spring IOC 源码学习

1. Background

1996年，Michael Mattson在一篇有关探讨面向对象框架的文章中，首先提出了IOC 这个概念。IOC是Inversion of Control的缩写，多数书籍翻译成“控制反转”，还有些书籍翻译成为“控制反向”或者“控制倒置”。IOC理论提出的观点大体是这样的：借助于“第三方”实现具有依赖关系的对象之间的解耦。

2004年，Martin Fowler探讨了同一个问题，既然IOC是控制反转，那么到底是“哪些方面的控制被反转了呢？”，经过详细地分析和论证后，他得出了答案：“获得依赖对象的过程被反转了”。控制被反转之后，获得依赖对象的过程由自身管理变为了由IOC容器主动注入。于是，他给“控制反转”取了一个更合适的名字叫做“依赖注入（Dependency Injection）”。他的这个答案，实际上给出了实现IOC的方法：注入。所谓依赖注入，就是由IOC容器在运行期间，动态地将某种依赖关系注入到对象之中。

所以，依赖注入(DI)和控制反转(IOC)是从不同的角度的描述的同一件事情，就是指通过引入IOC容器，利用依赖关系注入的方式，实现对象之间的解耦。

IOC中最基本的技术就是“反射(Reflection)”编程，通俗来讲就是根据给出的类名（字符串方式）来动态地生成对象。这种编程方式可以让对象在生成时才决定到底是哪一种对象。

举个简单例子：
Person(人)每天都要吃早餐（食物）。我们可以用如下程序表示

public class Person {
    public void eat() {
        Food food = new food();
        System.out.println("I eat food:{}", food.toString());
    }
}

在我们吃饭之前必须先new food()(做饭),要不然就吃不上。
Ioc 会怎么样做呢

public class Person {
    private Food food;
 public void eat() {
        System.out.println("I eat food:{}", food.toString());
 }
}

我们可以把IOC容器的工作模式看做是工厂模式的升华，可以把IOC容器看作是一个工厂，这个工厂里要生产的对象都在配置文件中给出定义，然后利用编程语言的的反射编程，根据配置文件中给出的类名生成相应的对象。从实现来看，IOC是把以前在工厂方法里写死的对象生成代码，改变为由配置文件来定义，也就是把工厂和对象生成这两者独立分隔开来，目的就是提高灵活性和可维护性。

2. IOC实现方式

接下来的问题是如何将依赖的对象准备好呢（依赖注入），常用的有两种方式：构造方法注入和setter注入

• 构造器注入

  public Person(Food food) {
      this.food = food;
  }
  

• setter注入

  public void setFood(Food food) {
      this.food = food;
  }
  

3. Spring IOC

Spring IOC的初始化过程：

IOC要实现却并不那么容易。它需要一系列技术要实现。首先它需要知道服务的对象是谁，以及需要为服务对象提供什么样的服务。提供的服务指：要完成对象的构建（即把饭做好），将其送到服务对象即完成对象的绑定（即把饭端到我面前）。

IOC需要实现两个技术：

• 对象的构建
• 对象的绑定

对于这两个方面技术的实现具有很多的方式：硬编码（Ioc 框架都支持），配置文件（重点），注解（简洁）。但无论哪种方式都是在Ioc容器里面实现的（我们可以理解为一个大池子，里面躺着各种各样的对象，并能通过一定的方式将它们联系起来）spring提供了两种类型的容器，一个是BeanFactory,一个是ApplicationContext(可以认为是BeanFactory的扩展)，下面我们将介绍这两种容器如何实现对对象的管理。

3.1 BeanFactory

如果没有特殊指定，默认采用延迟初始化策略(lazy-load)。只有当客户端对象需要访问容器中的某个受管对象的时候，才对该受管对象进行初始化以及依赖注入操作。所以，相对来说，容器启动初期速度较快，所需要的资源有限。对于资源有限，并且功能要求不是很严格的场景，BeanFactory是比较合适的 IoC容器选择。

我们先来看一下BeanFactory类的关系图（如下所示）

有三个很重要的部分：

• BeanDefinition 实现Bean的定义（即对象的定义）,且完成了对依赖的定义

• BeanDefinitionRegistry，将定义好的bean，注册到容器中（此时会生成一个注册码）

• BeanFactory 是一个bean工厂类，从中可以取到任意定义过的bean

最重要的部分就是BeanDefinition,它完成了Bean的生成过程。一般情况下我们都是通过配置文件（xml,properties）的方式对bean进行配置，每种文件都需要实现BeanDefinitionReader,因此是reader本身现了配置文字到bean对象的转换过程。

Bean 生命周期

Bean的生成大致可以分为两个阶段：容器启动阶段和bean实例化阶段

容器启动阶段：

• 加载配置文件（通常是xml文件）

• 通过reader生成beandefinition

• beanDefinition注册到beanDefinitionRegistry

bean实例化阶段：

当某个bean 被 getBean()调用时, bean需要完成初时化，以及其依赖对象的初始化如果bean本身有回调，还需要调用其相应的回调函数。从上面我们也可以知道，beanDefinition（容器启动阶段）只完成bean的定义，并未完成初始化。初始是通过beanFactory的getBean()时才进行的。

Spring IOC在初始化完成之后，给了我们提供一些方法，让我们来改变一些bean的定义

1. org.springframework.beans.factory.config.PropertyPlaceholderConfigurer：使我们可能通过配置文件的形式，配置一些参数
2. PropertyOverrideConfigurer ：则可以覆盖原本的bean参数
3. CustomEditorConfigurer：则提供类型转换支持（配置文件都是string,它需要知道转换成何种类型）

Bean的初始化过程：

如果你认为实例化的对象就是通过我们定义的类new出来的就错了，其实这里用到了AOP机制，生成了其代理对象（通过反射机制生成接口对象，或者是通过CGLIB生成子对象），具体可以参见在上一篇博客。

bean的具体装载过程是由beanWrapper实现的，它继承了PropertyAccessor （可以对属性进行访问）、PropertyEditorRegistry 和TypeConverter接口 （实现类型转换，就上前面说的）。

完成设置对象属性之后，则会检查是否实现了Aware类型的接口，如ApplicationContextAware;如果实现了，则主动加载。

BeanPostprocessor 可以帮助完成在初始化bean之前或之后 帮我们完成一些必要工作，比如我们在连接数据库之前将密码存放在一个加密文件，当我们连接数据库之前，需要将密码进行加载解密。只要实现相应的接口即可, 下面是BeanPostprocessor 接口定义：

public interface BeanPostProcessor {

   /**
    * Apply this BeanPostProcessor to the given new bean instance before any bean
    * initialization callbacks (like InitializingBean's {@code afterPropertiesSet}
    * or a custom init-method). The bean will already be populated with property values.
    * The returned bean instance may be a wrapper around the original.
    * @param bean the new bean instance
    * @param beanName the name of the bean
    * @return the bean instance to use, either the original or a wrapped one; if
    * {@code null}, no subsequent BeanPostProcessors will be invoked
    * @throws org.springframework.beans.BeansException in case of errors
    * @see org.springframework.beans.factory.InitializingBean#afterPropertiesSet
    */
   Object postProcessBeforeInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException;

   /**
    * Apply this BeanPostProcessor to the given new bean instance after any bean
    * initialization callbacks (like InitializingBean's {@code afterPropertiesSet}
    * or a custom init-method). The bean will already be populated with property values.
    * The returned bean instance may be a wrapper around the original.
    * 
In case of a FactoryBean, this callback will be invoked for both the FactoryBean
    * instance and the objects created by the FactoryBean (as of Spring 2.0). The
    * post-processor can decide whether to apply to either the FactoryBean or created
    * objects or both through corresponding {@code bean instanceof FactoryBean} checks.
    * 
This callback will also be invoked after a short-circuiting triggered by a
    * {@link InstantiationAwareBeanPostProcessor#postProcessBeforeInstantiation} method,
    * in contrast to all other BeanPostProcessor callbacks.
    * @param bean the new bean instance
    * @param beanName the name of the bean
    * @return the bean instance to use, either the original or a wrapped one; if
    * {@code null}, no subsequent BeanPostProcessors will be invoked
    * @throws org.springframework.beans.BeansException in case of errors
    * @see org.springframework.beans.factory.InitializingBean#afterPropertiesSet
    * @see org.springframework.beans.factory.FactoryBean
    */
   Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException;

}

在完成postProcessor之后，则会看对象是否定义了InitializingBean 接口，如果是，则会调用其afterProper-tiesSet()方法进一步调整对象实例的状态，这种方式并不常见。spring还提供了另外一种指定初始化的方式，即在bean定义中指定init-method 。

当这一切完成之后，还可以指定对象销毁的一些回调，比如数据库的连接池的配置，则销毁前需要关闭连接等。相应的可以实现DisposableBean 接口或指定destroy-method

3.2 ApplicationContext

ApplicationContext 在 BeanFactory 的基础上构建，是相对比较高级的容器实现，除了拥有 BeanFactory的所有支持，ApplicationContext还提供了其他高级特性，比如事件发布、国际化信息支持等。

ApplicationContext 所管理 的对象，在该类型容器启动之后，默认全部初始化并绑定完成。所以，相对于 BeanFactory来说，ApplicationContext 要求更多的系统资源，同时，因为在启动时就完成所有初始化，容器启动时间较之 BeanFactory 也会长一些。在那些系统资源充足，并且要求更多功能的场景中，ApplicationContext 类型的容器是比较合适的选择。

具体差异：

1. bean的加载方式
   BeanFactory提供BeanReader来从配置文件中读取bean配置。相应的ApplicationContext也提供几个读取配置文件的方式：

   • FileSystemXmlApplicationContext：该容器从 XML 文件中加载已被定义的 bean。在这里，你需要提供给构造器 XML 文件的完整路径

   • ClassPathXmlApplicationContext：该容器从 XML 文件中加载已被定义的 bean。在这里，你不需要提供 XML 文件的完整路径，只需正确配置 CLASSPATH 环境变量即可，因为，容器会从 CLASSPATH 中搜索 bean 配置文件。

   • WebXmlApplicationContext：该容器会在一个 web 应用程序的范围内加载在 XML 文件中已被定义的 bean。

   • AnnotationConfigApplicationContext

   • ConfigurableWebApplicationContext

2. ApplicationContext采用的非懒加载方式。

   它会在启动阶段完成所有的初始化，并不会等到getBean()才执行。所以，相对于BeanFactory来说，ApplicationContext要求更多的系统资源，同时，因为在启动时就完成所有初始化，容器启动时间较之BeanFactory也会长一些。在那些系统资源充足，并且要求更多功能的场景中，ApplicationContext类型的容器是比较合适的选择。

3. ApplicationContext 还额外增加了三个功能：ApplicationEventPublisher, ResourceLoader, MessageResource，以下为具体解释：

3.2.1 ResourceLoader

ResourceLoader并不能将其看成是Spring独有的功能，spring IOC只是借助于ResourceLoader来实现资源加载。也提供了各种各样的资源加载方式：

• DefaultResourceLoader 首先检查资源路径是否以classpath:前缀打头，如果是，则尝试构造ClassPathResource类 型资源并返回。否则， 尝试通过URL，根据资源路径来定位资源

• FileSystemResourceLoader 它继承自Default-ResourceLoader，但覆写了getResourceByPath(String)方法，使之从文件系统加载资源并以 FileSystemResource类型返回

• ResourcePatternResolver
  批量查找的ResourceLoader

spring与ResourceLoader之间的关系

所有ApplicationContext的具体实现类都会直接或者间接地实现AbstractApplicationContext, AbstactApplicationContext 依赖了DeffaultResourceLoader, ApplicationContext继承了ResourcePatternResolver,所到头来ApplicationContext的具体实现类都会具有DefaultResourceLoader 和PathMatchingResourcePatterResolver的功能。这也就是会什么ApplicationContext可以实现统一资源定位。

3.2.2 ApplicationEventPublisher Spring事件

Spring的文档对Event的支持翻译之后描述如下：

ApplicationContext通过ApplicationEvent类和ApplicationListener接口进行事件处理。 如果将实现ApplicationListener接口的bean注入到上下文中，则每次使用ApplicationContext发布ApplicationEvent时，都会通知该bean。 本质上，这是标准的观察者设计模式。

1. ApplicationEvent：继承自EventObject，同时是spring的application中事件的父类，需要被自定义的事件继承。

2. ApplicationListener：继承自EventListener，spring的application中的监听器必须实现的接口，需要被自定义的监听器实现其onApplicationEvent方法

3. ApplicationEventPublisherAware：在spring的context中希望能发布事件的类必须实现的接口，该接口中定义了设置ApplicationEventPublisher的方法，由ApplicationContext调用并设置。在自己实现的ApplicationEventPublisherAware子类中，需要有ApplicationEventPublisher属性的定义。

4. ApplicationEventPublisher：spring的事件发布者接口，定义了发布事件的接口方法publishEvent。因为ApplicationContext实现了该接口，因此spring的ApplicationContext实例具有发布事件的功能(publishEvent方法在AbstractApplicationContext中有实现)。在使用的时候，只需要把ApplicationEventPublisher的引用定义到ApplicationEventPublisherAware的实现中，spring容器会完成对ApplicationEventPublisher的注入。

3.2.3 MessageSource

ApplicationContext接口扩展了MessageSource接口，因而提供了消息处理的功能（i18n或者国际化）。与HierarchicalMessageSource一起使用，它还能够处理嵌套的消息。

当一个ApplicationContext被加载时，它会自动在context中查找已定义为MessageSource类型的bean。此bean的名称须为messageSource。如果找到，那么所有对上述方法的调用将被委托给该bean。否则ApplicationContext会在其父类中查找是否含有同名的bean。如果有，就把它作为MessageSource。如果它最终没有找到任何的消息源，一个空的StaticMessageSource将会被实例化，使它能够接受上述方法的调用。

Spring目前提供了两个MessageSource的实现:ResourceBundleMessageSource和StaticMessageSource。它们都继承NestingMessageSource以便能够处理嵌套的消息。StaticMessageSource很少被使用，但能以编程的方式向消息源添加消息。ResourceBundleMessageSource会用得更多一些.

4. 举个栗子

4.1 注解扫描

<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
xmlns:context="http://www.springframework.org/schema/context"
xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans
http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans-2.5.xsd
http://www.springframework.org/schema/context
http://www.springframework.org/schema/context/spring-context-2.5.xsd">
<context:component-scan base-package="org.spring21"/>
beans>

4.2 component/service/controller注解

@Component
public class Person {
    @Resource
    private Food food;

    public void setFood(Food food) {
        this.food = food;
    }
}

4.3 bean的前置后置

@Component
public class Person {
    @Resource
    private Food food;

    public setFood(Food food) {
        this.food = food;
    }

    @PostConstruct
    public void wash() {
        System.out.println("饭前洗手");
    }

    @PreDestroy
    public void brush() {
        System.out.println("饭后刷牙");
    }
}

Ref

1. https://www.cnblogs.com/wang-meng/p/5597490.html
2. https://javadoop.com/post/spring-ioc
3. https://yikun.github.io/2015/05/29/Spring-IOC核心源码学习/
4. https://juejin.im/post/593386ca2f301e00584f8036
5. http://blog.sina.com.cn/s/blog_85d71fb70101cyp5.html MessageSource
6. https://www.cnkirito.moe/event-1/ Spring事件