Spring IoC

news/2024/10/19 15:49:28

一、Spring IoC的理解

　　IoC（Inversion of Control:控制反转） 是一种设计思想，而不是一个具体的技术实现。IoC 的思想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。不过， IoC 并非 Spring 特有，在其他语言中也有应用。

控制反转？

  • 控制：指的是对象创建（实例化、管理）的权力

  • 反转：控制权交到外部环境（Spring框架、IoC容器）

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　　将对象之间的相互依赖关系交给 IoC 容器来管理，并由 IoC 容器完成对象的注入。这样可以很大程度上简化应用的开发，把应用从复杂的依赖关系中解放出来。 IoC 容器就像是一个工厂一样，当我们需要创建一个对象的时候，只需要配置好配置文件/注解即可，完全不用考虑对象是如何被创建出来的。

　　在实际项目中一个 Service 类可能依赖了很多其他的类，假如我们需要实例化这个 Service，你可能要每次都要搞清这个 Service 所有底层类的构造函数，这可能会把人逼疯。如果利用 IoC 的话，你只需要配置好，然后在需要的地方引用就行了，这大大增加了项目的可维护性且降低了开发难度。

　　在 Spring 中， IoC 容器是 Spring 用来实现 IoC 的载体， IoC 容器实际上就是个 Map（key，value），Map 中存放的是各种对象。

　　Spring 时代我们一般通过 XML 文件来配置 Bean，后来开发人员觉得 XML 文件来配置不太好，于是 SpringBoot 注解配置就慢慢开始流行起来。

　　

这个地方可以看一下其他文档：

IoC源码阅读、IoC&AOP详解

二、什么是Spring Bean？

　简单来说，Bean 代指的就是那些被 IoC 容器所管理的对象。我们需要告诉 IoC 容器帮助我们管理哪些对象，这个是通过配置元数据来定义的。配置元数据可以是 XML 文件、注解或者 Java 配置类。

 <!-- Constructor-arg with 'value' attribute -->
 <bean id="..." class="...">
    <constructor-arg value="..."/>
 </bean>

下图简单地展示了 IoC 容器如何使用配置元数据来管理对象。

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org.springframework.beans和 org.springframework.context 这两个包是 IoC 实现的基础，如果想要研究 IoC 相关的源码的话，可以去看看

 

三、将一个类声明为Bean的注释有哪些

  • @Component：通用的注解，可标注任意类为 Spring 组件。如果一个 Bean 不知道属于哪个层，可以使用@Component 注解标注。

  • @Repository : 对应持久层即 Dao 层，主要用于数据库相关操作。

  • @Service : 对应服务层，主要涉及一些复杂的逻辑，需要用到 Dao 层。

  • @Controller : 对应 Spring MVC 控制层，主要用于接受用户请求并调用 Service 层返回数据给前端页面

四、@Component 和 @Bean 的区别是什么？

  • @Component 注解作用于类，而@Bean注解作用于方法。

  • @Component通常是通过类路径扫描来自动侦测以及自动装配到 Spring 容器中（我们可以使用 @ComponentScan 注解定义要扫描的路径从中找出标识了需要装配的类自动装配到 Spring 的 bean 容器中）。@Bean 注解通常是我们在标有该注解的方法中定义产生这个 bean,@Bean告诉了 Spring 这是某个类的实例，当我需要用它的时候还给我。

  • @Bean 注解比 @Component 注解的自定义性更强，而且很多地方我们只能通过 @Bean 注解来注册 bean。比如当我们引用第三方库中的类需要装配到 Spring容器时，则只能通过 @Bean来实现。

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五、注入Bean的注解有哪些？

img

 

六、@Autowired 和 @Resource 的区别是什么？

@Autowired属于 Spring 内置的注解，默认的注入方式为byType`（根据类型进行匹配），也就是说会优先根据接口类型去匹配并注入 Bean （接口的实现类）。

这会有什么问题呢？ 当一个接口存在多个实现类的话，byType这种方式就无法正确注入对象了，因为这个时候 Spring 会同时找到多个满足条件的选择，默认情况下它自己不知道选择哪一个。

这种情况下，注入方式会变为 byName（根据名称进行匹配），这个名称通常就是类名（首字母小写）。就比如说下面代码中的 smsService 就是我这里所说的名称，这样应该比较好理解了吧。

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我们还是建议通过 @Qualifier 注解来显式指定名称而不是依赖变量的名称。 @Resource属于 JDK 提供的注解，默认注入方式为 byName。如果无法通过名称匹配到对应的 Bean 的话，注入方式会变为byType。 @Resource 有两个比较重要且日常开发常用的属性：name（名称）、type（类型）。

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简单总结一下：

  • @Autowired 是 Spring 提供的注解，@Resource 是 JDK 提供的注解。

  • Autowired 默认的注入方式为byType（根据类型进行匹配），@Resource默认注入方式为 byName（根据名称进行匹配）。

  • 当一个接口存在多个实现类的情况下，@Autowired 和@Resource都需要通过名称才能正确匹配到对应的 Bean。Autowired 可以通过 @Qualifier 注解来显式指定名称，@Resource可以通过 name 属性来显式指定名称。

  • @Autowired 支持在构造函数、方法、字段和参数上使用。@Resource 主要用于字段和方法上的注入，不支持在构造函数或参数上使用。

 

七、注入Bean的方式有哪些

依赖注入 (Dependency Injection, DI) 的常见方式：

  1. 构造函数注入：通过类的构造函数来注入依赖项。

  2. Setter 注入：通过类的 Setter 方法来注入依赖项。

  3. Field（字段） 注入：直接在类的字段上使用注解（如 @Autowired 或 @Resource）来注入依赖项。

构造函数注入示例：

 @Service
 public class UserService {
 ​
     private final UserRepository userRepository;
 ​
     public UserService(UserRepository userRepository) {
         this.userRepository = userRepository;
     }
 ​
     //...
 }

 

Setter 注入示例：

 @Service
 public class UserService {
 ​
     private UserRepository userRepository;
 ​
     // 在 Spring 4.3 及以后的版本，特定情况下 @Autowired 可以省略不写
     @Autowired
     public void setUserRepository(UserRepository userRepository) {
         this.userRepository = userRepository;
     }
 ​
     //...
 }

 

Field 注入示例：

 @Service
 public class UserService {
 ​
     @Autowired
     private UserRepository userRepository;
 ​
     //...
 }

 

构造函数注入还是 Setter 注入？

Spring 官方推荐构造函数注入，这种注入方式的优势如下：

  1. 依赖完整性：确保所有必需依赖在对象创建时就被注入，避免了空指针异常的风险。

  2. 不可变性：有助于创建不可变对象，提高了线程安全性。

  3. 初始化保证：组件在使用前已完全初始化，减少了潜在的错误。

  4. 测试便利性：在单元测试中，可以直接通过构造函数传入模拟的依赖项，而不必依赖 Spring 容器进行注入。

构造函数注入适合处理必需的依赖项，而 Setter 注入 则更适合可选的依赖项，这些依赖项可以有默认值或在对象生命周期中动态设置。虽然 @Autowired 可以用于 Setter 方法来处理必需的依赖项，但构造函数注入仍然是更好的选择。

在某些情况下（例如第三方类不提供 Setter 方法），构造函数注入可能是唯一的选择。

 

八、Bean的作用域有哪些

Spring 中 Bean 的作用域通常有下面几种：

  • singleton : IoC 容器中只有唯一的 bean 实例。Spring 中的 bean 默认都是单例的，是对单例设计模式的应用。

  • prototype : 每次获取都会创建一个新的 bean 实例。也就是说，连续 getBean() 两次，得到的是不同的 Bean 实例。

  • request （仅 Web 应用可用）: 每一次 HTTP 请求都会产生一个新的 bean（请求 bean），该 bean 仅在当前 HTTP request 内有效。

  • session （仅 Web 应用可用） : 每一次来自新 session 的 HTTP 请求都会产生一个新的 bean（会话 bean），该 bean 仅在当前 HTTP session 内有效。

  • application/global-session （仅 Web 应用可用）：每个 Web 应用在启动时创建一个 Bean（应用 Bean），该 bean 仅在当前应用启动时间内有效。

  • websocket （仅 Web 应用可用）：每一次 WebSocket 会话产生一个新的 bean。

 

如何配置 bean 的作用域呢？

xml 方式：

 <bean id="..." class="..." scope="singleton"></bean>

注解方式：

 @Bean
 @Scope(value = ConfigurableBeanFactory.SCOPE_PROTOTYPE)
 public Person personPrototype() {
     return new Person();
 }

 

九、Bean 是线程安全的吗？

Spring 框架中的 Bean 是否线程安全，取决于其作用域和状态。

我们这里以最常用的两种作用域 prototype 和 singleton 为例介绍。几乎所有场景的 Bean 作用域都是使用默认的 singleton ，重点关注 singleton 作用域即可。

prototype 作用域下，每次获取都会创建一个新的 bean 实例，不存在资源竞争问题，所以不存在线程安全问题。singleton 作用域下，IoC 容器中只有唯一的 bean 实例，可能会存在资源竞争问题（取决于 Bean 是否有状态）。如果这个 bean 是有状态的话，那就存在线程安全问题（有状态 Bean 是指包含可变的成员变量的对象）。

 

有状态 Bean 示例：

 // 定义了一个购物车类，其中包含一个保存用户的购物车里商品的 List
 @Component
 public class ShoppingCart {
     private List<String> items = new ArrayList<>();
 ​
     public void addItem(String item) {
         items.add(item);
     }
 ​
     public List<String> getItems() {
         return items;
     }
 }

不过，大部分 Bean 实际都是无状态（没有定义可变的成员变量）的（比如 Dao、Service），这种情况下， Bean 是线程安全的。

无状态 Bean 示例：

// 定义了一个用户服务，它仅包含业务逻辑而不保存任何状态。 @Component public class UserService {

 // 定义了一个用户服务，它仅包含业务逻辑而不保存任何状态。
 @Component
 public class UserService {
 ​
     public User findUserById(Long id) {
         //...
     }
     //...
 }

对于有状态单例 Bean 的线程安全问题，常见的三种解决办法是：

  1. 避免可变成员变量: 尽量设计 Bean 为无状态。

  2. 使用ThreadLocal: 将可变成员变量保存在 ThreadLocal 中，确保线程独立。

  3. 使用同步机制: 利用 synchronized 或 ReentrantLock 来进行同步控制，确保线程安全。

这里以 ThreadLocal为例，演示一下ThreadLocal 保存用户登录信息的场景：

public class UserThreadLocal {private UserThreadLocal() {}private static final ThreadLocal<SysUser> LOCAL = ThreadLocal.withInitial(() -> null);public static void put(SysUser sysUser) {LOCAL.set(sysUser);}public static SysUser get() {return LOCAL.get();}public static void remove() {LOCAL.remove();}
}

 

十、Bean的生命周期？

  1. 创建 Bean 的实例：Bean 容器首先会找到配置文件中的 Bean 定义，然后使用 Java 反射 API 来创建 Bean 的实例。

  2. Bean 属性赋值/填充：为 Bean 设置相关属性和依赖，例如@Autowired 等注解注入的对象、@Value 注入的值、setter方法或构造函数注入依赖和值、@Resource注入的各种资源。

  3. Bean 初始化：

    • 如果 Bean 实现了 BeanNameAware 接口，调用 setBeanName()方法，传入 Bean 的名字。

    • 如果 Bean 实现了 BeanClassLoaderAware 接口，调用 setBeanClassLoader()方法，传入 ClassLoader对象的实例。

    • 如果 Bean 实现了 BeanFactoryAware 接口，调用 setBeanFactory()方法，传入 BeanFactory对象的实例。

    • 与上面的类似，如果实现了其他 *.Aware接口，就调用相应的方法。

    • 如果有和加载这个 Bean 的 Spring 容器相关的 BeanPostProcessor 对象，执行postProcessBeforeInitialization() 方法

    • 如果 Bean 实现了InitializingBean接口，执行afterPropertiesSet()方法。

    • 如果 Bean 在配置文件中的定义包含 init-method 属性，执行指定的方法。

    • 如果有和加载这个 Bean 的 Spring 容器相关的 BeanPostProcessor 对象，执行postProcessAfterInitialization() 方法。

    4.销毁 Bean：销毁并不是说要立马把 Bean 给销毁掉，而是把 Bean 的销毁方法先记录下来，将来需要销毁 Bean 或者销毁容器的时候，就调用这些方法去释放 Bean 所持有的资源。

    • 如果 Bean 实现了 DisposableBean 接口，执行 destroy() 方法。

    • 如果 Bean 在配置文件中的定义包含 destroy-method 属性，执行指定的 Bean 销毁方法。或者，也可以直接通过@PreDestroy 注解标记 Bean 销毁之前执行的方法。

     

AbstractAutowireCapableBeanFactory 的 doCreateBean() 方法中能看到依次执行了这 4 个阶段：

protected Object doCreateBean(final String beanName, final RootBeanDefinition mbd, final @Nullable Object[] args)throws BeanCreationException {// 1. 创建 Bean 的实例BeanWrapper instanceWrapper = null;if (instanceWrapper == null) {instanceWrapper = createBeanInstance(beanName, mbd, args);}Object exposedObject = bean;try {// 2. Bean 属性赋值/填充populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);// 3. Bean 初始化exposedObject = initializeBean(beanName, exposedObject, mbd);}// 4. 销毁 Bean-注册回调接口try {registerDisposableBeanIfNecessary(beanName, bean, mbd);}return exposedObject;
}

Aware 接口能让 Bean 能拿到 Spring 容器资源。

Spring 中提供的 Aware 接口主要有：

  1. BeanNameAware：注入当前 bean 对应 beanName；

  2. BeanClassLoaderAware：注入加载当前 bean 的 ClassLoader；

  3. BeanFactoryAware：注入当前 BeanFactory 容器的引用。

BeanPostProcessor 接口是 Spring 为修改 Bean 提供的强大扩展点。

public interface BeanPostProcessor {// 初始化前置处理default Object postProcessBeforeInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {return bean;}// 初始化后置处理default Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {return bean;}}

  • postProcessBeforeInitialization：Bean 实例化、属性注入完成后，InitializingBean#afterPropertiesSet方法以及自定义的 init-method 方法之前执行；

  • postProcessAfterInitialization：类似于上面，不过是在 InitializingBean#afterPropertiesSet方法以及自定义的 init-method 方法之后执行。

InitializingBean 和 init-method 是 Spring 为 Bean 初始化提供的扩展点。

public interface InitializingBean {// 初始化逻辑void afterPropertiesSet() throws Exception;
}

指定 init-method 方法，指定初始化方法：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd"><bean id="demo" class="com.chaycao.Demo" init-method="init()"/></beans>
如何记忆呢？

  1. 整体上可以简单分为四步：实例化 —> 属性赋值 —> 初始化 —> 销毁。

  2. 初始化这一步涉及到的步骤比较多，包含 Aware 接口的依赖注入、BeanPostProcessor 在初始化前后的处理以及 InitializingBean 和 init-method 的初始化操作。

  3. 销毁这一步会注册相关销毁回调接口，最后通过DisposableBean 和 destory-method 进行销毁。

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