Spring IoC的一些知识点
在日常开发中,接触得比较多的算是Spring生态了,Spring Ioc是Spring Framework重要的组成部分,下面整理了一些Spring Ioc的知识点。
1. 什么是IoC
IoC(Inversion of Control),翻译过来就是控制反转,它是一种设计思想,这个设计思想说明了 “由谁控制,控制了什么,为何反转,反转了什么”。
- 控制
Java通过new来创建对象,而IoC有专门的容器控制对象创建,即Ioc控制了对象的创建(实际还包含更多的外部资源,如配置等)
- 反转
使用IoC容器管理对象时,对象持有的依赖对象是由IoC注入的,即对象只是被动的接受了依赖对象,也即依赖对象的获取反转了。
如:需要对 UserService 这个类进行单元测试,其中 UserService 还依赖 UserAddressService:
public class UserServiceTests {
public void test() {
// ...
}
}
public class UserService {
public UserAddressService userAddressService;
}
public class UserAddressService {
}
那么在没有IoC的情况下,UserServiceTests.test() 测试流程为:
- 创建UserService对象
- 创建UserAddressService对象
- 将UserAddressService对象注入到UserService中
而在使用IoC的情况下,UserServiceTests.test() 测试流程则为:
- UserServiceTests获取UserService对象
- IoC控制:
- 创建UserService对象
- 创建UserAddressService对象
- IoC反转:
- 将UserAddressService对象注入到UserService中
可以用“别找我们,我们找你”来总结IoC的思想,即由IoC容器帮对象找相应的依赖对象注入,而不是由对象主动去找依赖对象注入。
2. IoC的另一个角度
DI(Dependency Injection),翻译过来就是依赖注入,可以理解为从另一个角度的IoC思想,这里的依赖注入是指:
- 依赖
应用程序依赖了IoC容器,应用程序需要IoC来提供对象需要的资源(包括依赖对象,配置等)
- 注入
IoC容器注入应用程序需要的某个对象以及应用程序依赖的对象(实际还包含更多的外部资源,如配置等)。
3. BeanFactory和ApplicationContext
Spring的 org.springframework.beans
和 org.springframework.context
包是IoC的基础,其中:
- BeanFactory 接口提供了IoC容器最基本功能
- ApplicationContext 是BeanFactory的子接口,提供了更多的功能,包含SpringAOP,i18n国际化,事件,以及不同层次的context实现(如WebApplicationContext)
下面举例两者构建IoC容器的方式,这里使用XML直接开启注解的方式声明Bean:
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<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
https://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd
http://www.springframework.org/schema/context
https://www.springframework.org/schema/context/spring-context.xsd">
<context:component-scan base-package="io.michong2022.spring.bean.demo"/>
</beans>
上面spring.xml的 <context:component-scan>
配置会启用 <context:annotation-config/>
,而<context:annotation-config/>
会注册下面的Bean:
- ConfigurationClassPostProcessor
- AutowiredAnnotationBeanPostProcessor
- CommonAnnotationBeanPostProcessor
- PersistenceAnnotationBeanPostProcessor
- EventListenerMethodProcessor
在 io.michong2022.spring.bean.demo
包中声明了两个Bean(UserService, UserAddressService):
/**
* @author 米虫2022
*/
@Service
public class UserService {
@Autowired
private UserAddressService userAddressService;
}
BeanFactory构建IoC容器:
@Test
public void testBeanFactory() {
DefaultListableBeanFactory beanFactory = new DefaultListableBeanFactory();
XmlBeanDefinitionReader reader = new XmlBeanDefinitionReader(beanFactory);
reader.loadBeanDefinitions("spring.xml");
beanFactory.addBeanPostProcessor(beanFactory.getBean(AutowiredAnnotationBeanPostProcessor.class));
UserService userService = beanFactory.getBean(UserService.class);
Assertions.assertNotNull(userService);
}
ApplicationContext构建IoC容器:
@Test
public void testApplicationContext() {
ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("spring.xml");
UserService userService = context.getBean(UserService.class);
Assertions.assertNotNull(userService);
}
这里会加载7个Bean,2个自定义的,以及5个context:annotation-config注册的:
Loaded 7 bean definitions from class path resource [spring.xml]
默认情况下自定义的Bean是单例的:
Creating shared instance of singleton bean 'userService'
4. IoC Bean的构建
针对Ioc Bean的构建,BeanFactory和ApplicationContext的行为有些许不同,以ClassPathXmlApplicationContext为例,它会在refresh()
的时候,
通过 finishBeanFactoryInitialization(beanFactory)
将Bean都初始化,而BeanFactory则在getBean()
的时候才真正的创建Bean。
以单例Bean的构建为例,Bean构建流程如下:
其中:Bean单例对象由DefaultSingletonBeanRegistry的singletonObjects管理,DefaultListableBeanFactory的父类继承了DefaultSingletonBeanRegistry。
5. Bean的循环依赖
Bean的循环依赖,指Bean直接或间接的依赖构成了环,如:A -> B, B -> C, C -> A
,下面是一个例子:
@Service
public class UserService {
// UserService依赖UserAddressService
@Autowired
private UserAddressService userAddressService;
}
@Service
public class UserAddressService {
// UserAddressService也依赖UserService
@Autowired
private UserService userService;
}
- Spring解决了单例Bean的Setter的循环依赖,对于构造函数循环依赖和非单例的Bean循环依赖会抛出异常。
DefaultSingletonBeanRegistry中有一些容器管理着Bean创建过程的状态:
- singletonObjects: 创建成功的单例Bean对象缓存池
- singletonFactories: 提前暴露的Bean对象工厂缓存池,工厂提供Bean完成了实例化,并没有完成依赖注入
- earlySingletonObjects: 提前暴露的Bean对象缓存池
- registeredSingletons: 已经注册的Bean名称
- singletonsCurrentlyInCreation: 正在创建的Bean
Bean的依赖注入流程如下:
在流程图的黄色部分,Spring会根据下面的顺序获取依赖的Bean对象:
- 尝试从
singletonObjects
获取已经成功创建的Bean - 如果(1)获取不到,判断需要获取的Bean是否处理构建中,即是否登记在
singletonsCurrentlyInCreation
中 - 如果需要获取的Bean登记在
singletonsCurrentlyInCreation
中,那么尝试从earlySingletonObjects
获取Bean - 如果(3)获取不到,那么从singletonFactories获取Bean的工厂,获取Bean对象,将Bean对象放入
earlySingletonObjects
中,且将工厂从singletonFactories
移除
注意:从Bean工厂获取的Bean,并不是完成注入的Bean对象。
按上面的流程,例子中,测试用例 beanFactory.getBean(UserService.class);
获取Bean执行的流程如下:
- 构建UserService,登记
singletonsCurrentlyInCreation
和singletonFactories
- 为UserService注入UserAddressService对象(UserAddressService此时没有创建,暂停执行步骤3.)
- 构建UserAddressService,登记
singletonsCurrentlyInCreation
和singletonFactories
- 为UserAddressService注入UserService对象,从singletonFactories获取UserService工厂,从而获取UserService对象(UserAddressService属性为空)放入earlySingletonObjects中,并将UserService的工厂从singletonFactories移除,将获取的UserService对象注入
- UserAddressService对象构建完成,将放入singletonObjects中,并将UserAddressService工厂从singletonFactories移除
- 完成Bean的构建流程,在
afterSingletonCreation
中从singletonsCurrentlyInCreation移除 - 继续步骤2.
下面是流程图黄色部分的源码实现:
@Nullable
protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
// Quick check for existing instance without full singleton lock
Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
synchronized (this.singletonObjects) {
// Consistent creation of early reference within full singleton lock
singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
if (singletonObject == null) {
singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
if (singletonObject == null) {
ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
if (singletonFactory != null) {
singletonObject = singletonFactory.getObject();
this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
this.singletonFactories.remove(beanName);
}
}
}
}
}
}
return singletonObject;
}
不支持循环依赖的Bean构建:
- 构造函数注入循环依赖,抛
org.springframework.beans.factory.UnsatisfiedDependencyException
异常 - 非单例对象注入循环依赖,抛
org.springframework.beans.factory.UnsatisfiedDependencyException
异常
7. 自动装配
自动装配是指Spring自动的注入对象,Spring可以通过注解@Autowired
来完成自动装配,默认情况下,@Autowired优先通过属性名称注入,即byName
注入优先。
下面这个例子,自动装配会发生异常:
public interface Address {
}
@Service("provinceAddress")
public class ProvinceAddress implements Address {
}
@Service("cityAddress")
public class CityAddress implements Address {
}
@Service
public class UserService {
@Autowired
private Address address;
}
出现如下异常:
No qualifying bean of type 'io.michong2022.spring.bean.demo.Address' available: expected single matching bean but found 2: cityAddress,provinceAddress
可以通过如下方式解决:
- 修改变量名
address
为想要注入的Bean名称,如cityAddress或provinceAddress - 为CityAddress或ProvinceAddress加上
@Primary
注解,标注为默认的注入对象 - 给变量
address
加上@Qualifier("cityAddress")
注解,指定注入的对象
8. Bean的生命周期
Spring Bean的声明周期如下:
- 构造函数
- BeanPostProcessor.postProcessBeforeInitialization()
- @PostConstruct (CommonAnnotationBeanPostProcessor)
- afterPropertiesSet (InitializingBean)
- init-method (Bean配置指定)
- BeanPostProcessor.postProcessAfterInitialization()
- @PreDestroy (CommonAnnotationBeanPostProcessor)
- destroy (DisposableBean)
- destroy-method (Bean配置指定)
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