Spring框架底层原理-IoC

一、概述

  • Spring是一个轻量级的开源JavaEE框架
  • Spring可以解决企业应用开发的复杂性
  • Spring两大核心部分:IoC和AOP
  • 特点:
    • 方便解耦,简化开发
    • AOP编程支持
    • 方便程序测试
    • 方便和其他框架整合
    • 方便事务操作
    • 降低API开发难度

IoC和AOP是Spring的核心,咱们就从这两个俩分析其原理,入门案例这里就不写了,直接进入主题,先来讲述IoC,下篇文章将讲述AOP

二、IoC解耦推导

我们都知道,IoC是控制反转,通俗讲就是把对象创建和对象之间的调用交给Spring管理,通过简单的xml配置就可以创建和调用对象,其主要目的就是解耦,降低代码之间的耦合度,咱们就从传统方式到IoC来一步一步讲述怎样把耦合度降到最低。

所谓解耦就是降低类之间的依赖和方法之间的依赖

1. 传统直接调用对象

在我们传统的开发方式中,是直接采取new对象的方式创建对象,经常可以看到service调用dao这样的代码,如果是直接调用,我们来看看是怎么样子的,创建UserService和UserDao ,通过UserService调用UserDao:

// UserDao1类
public class UserDao1 {
    public void say(){
        System.out.println("I am userDao1");
    }
}

// UserService类,调用UserDao1类中的方法
public class UserService {
    public void getUser(UserDao1 userDao1){
        userDao1.say();
    }
}

在上面的代码中,是最传统的调用方式,通过service调用dao,可以得到我们想要的结果,打印出:“I am userDao1”,但是,突然,产品经理想要UserDao2一个新的类也可以在UserService中进行调用,这个时候,就需要将代码改为如下:

// UserDao1类
public class UserDao1 {
    public void say(){
        System.out.println("I am userDao1");
    }
}

// UserDao2类
public class UserDao2 {
    public void say(){
        System.out.println("I am userDao2");
    }
}


// UserService类,调用UserDao1和UserDao2类中的方法
public class UserService {
    public void getUser(UserDao1 userDao1){
        userDao1.say();
    }
    
    public void getUser(UserDao2 userDao2){
        userDao2.say();
    }
}

可以看到,我们不仅要新建一个UserDao2类,还需要修改UserService中的代码,万一,突然,产品经理想把UserDao3、UserDao4、UserDao5.....这样具有相同功能的类也在userService中作为参数进行调用,新建这些类倒还好,避免不了,问题是还要修改UserService类,简直头大....

其实,上面的代码中,UserService就和要调用的dao类具有一种很强的联系,我们把这种联系称为强耦合关系,这种强耦合关系是不利于开发的,因此我们需要解耦,首先想到的便是使用接口进行解耦,也就是面向接口编程。

2. 接口解耦

将上面的代码进行修改,将UserDao定义为接口,然后去实现这个接口,再进行调用,如下:

// UserDao接口
public interface UserDao {
    void say();
}

// 接口实现类UserDao1
public class UserDaoImpl1 implements UserDao {
    @Override
    public void say() {
        System.out.println("I am userDao1");
    }
}

// 接口实现类UserDao2
public class UserDaoImpl2 implements UserDao {
    @Override
    public void say() {
        System.out.println("I am userDao2");
    }
}


// UserService中进行调用
public class UserService {
    public void getUser(UserDao userDao){
        userDao.say();
    }
}

在上面的代码中,我们可以看到,UserService类中getUser方法参数可以是UserDao1类型的,也可以是UserDao2类型的,不像之前的代码,只能是指定的UserDao。这时,UserService和UserDao1、UserDao2联系的就没那么紧密了,这是一种弱耦合关系,通过接口来进行解耦。

但是仔细查看上面的代码,你会发现,接口和实现类之间还是存在强耦合关系,在面向接口编程中,我们常常会看到类似这样的代码:

UserDao userDao = new UserDaoImpl1();

假设现在不用这个UserDaoImpl1了,而改用UserDao的另一个实现类UserDaoImpl2,代码就要改为如下:

UserDao userDao = new UserDaoImpl2();

这样也就是接口和实现类出现了耦合,为了进一步解耦,我们就使用下面的工厂模式。

3. 工厂模式解耦

工厂的意思也就是一个批量制造同样规格(规格也就是接口类所提供好的规范)类的类,所谓的工厂模式也就是将所有的创建对象任务交给了一个“中间人”,也就是工厂类来实现,要想使用对象,直接找工厂类,实现类必须要从工厂中取出来。对工厂模式有疑问的可以参考我之前的文章:Java 中设计模式 之 工厂模式

而要使用工厂模式进行解耦,我们需要先将创建对象交给工厂类:

// 工厂类
public class BeanFactory {
    // 创建并返回UserDaoImpl1
    public static UserDao getUserDao1(){
        return new UserDaoImpl1();
    }

    // 创建并返回UserDaoImpl2
    public static UserDao getUserDao2(){
        return new UserDaoImpl2();
    }
}

将创建对象交给工厂类,调用关系就转变为如下:

UserDao userDao = new UserDaoImpl1();  ===>  UserDao userDao1 = BeanFactory.getUserDao1();
UserDao userDao = new UserDaoImpl2();  ===>  UserDao userDao2 = BeanFactory.getUserDao2();

这样一来,我们创建对象只需要调用工厂类BeanFactory中的方法即可,调用时不是直接通过接口,而是通过工厂类,将创建对象交给了工厂类,就降低了接口和实现类之间的耦合。

上面的方法虽然降低了接口和实现类之间的耦合度,但是,这样接口和工厂类之间就产生了耦合,为了再次解耦,我们引入了反射+xml配置文件的方式进行再次解耦。

4. xml 配置 + 反射 + 工厂解耦(IoC底层的实现)

使用xml配置文件

<bean id="userDao" class="**.UserDaoImpl">

工厂类

class BeanFactory {
    public static UserDao getUserDao(String id) {
        // String className = 解析配置文件xml 拿到id对应的class
        // 反射
        class clazz = class.forName(className);
        return clazz.newInstance();
    }
}

可以看到,在这个工厂类中,并没有直接像上面那样直接new对象,而是使用了xml解析和反射方式创建对象,分析如下:

  • 通过xml解析获取对象中属性的值
  • 通过反射得到字节码文件
  • 通过字节码文件创建对象

这样的话如果我们需要改UserDao的实现类的类型,我们可以直接在配置文件中修改,就不需要修改代码,这就是IoC的解耦。

三、IoC 原理理解

以下部分是开涛这位技术牛人对Spring框架的IOC的理解,写得非常通俗易懂,原文地址:http://jinnianshilongnian.iteye.com/blog/1413846

1. IoC是什么

IoC:Inversion of Control(控制反转),这不是什么技术,而是一种设计思想,在java开发中,IoC意味着将你设计好的对象交给容器,而不是传统的在你的对象内部直接控制,如何理解好Ioc呢?理解好IoC的关键是要明确“谁控制谁,控制什么,为何是反转(有反转就应该有正转了),哪些方面反转了”,那我们来深入分析一下:

  • 谁控制谁,控制什么:传统Java SE程序设计,我们直接在对象内部通过new进行创建对象,是程序主动去创建依赖对象;而IoC是有专门一个容器来创建这些对象,即由IoC容器来控制对 象的创建;谁控制谁?当然是IoC 容器控制了对象;控制什么?那就是主要控制了外部资源获取(不只是对象包括比如文件等)
  • 为何是反转,哪些方面反转了:有反转就有正转,传统应用程序是由我们自己在对象中主动控制去直接获取依赖对象,也就是正转;而反转则是由容器来帮忙创建及注入依赖对象;为何是反转?因为由容器帮我们查找及注入依赖对象,对象只是被动的接受依赖对象,所以是反转;哪些方面反转了?依赖对象的获取被反转了。

2. IoC能做什么

IoC 不是一种技术,只是一种思想,一个重要的面向对象编程的法则,它能指导我们如何设计出松耦合、更优良的程序。传统应用程序都是由我们在类内部主动创建依赖对象,从而导致类与类之间高耦合,难于测试;有了IoC容器后,把创建和查找依赖对象的控制权交给了容器,由容器进行注入组合对象,所以对象与对象之间是 松散耦合,这样也方便测试,利于功能复用,更重要的是使得程序的整个体系结构变得非常灵活。

其实IoC对编程带来的最大改变不是从代码上,而是从思想上,发生了“主从换位”的变化。应用程序原本是老大,要获取什么资源都是主动出击,但是在IoC/DI思想中,应用程序就变成被动的了,被动的等待IoC容器来创建并注入它所需要的资源了。

  IoC很好的体现了面向对象设计法则之一—— 好莱坞法则:“别找我们,我们找你”;即由IoC容器帮对象找相应的依赖对象并注入,而不是由对象主动去找。

3. IoC和DI

DI:DI—Dependency Injection,即“依赖注入”组件之间依赖关系由容器在运行期决定,形象的说,即由容器动态的将某个依赖关系注入到组件之中。**依赖注入的目的并非为软件系统带来更多功能,而是为了提升组件重用的频率,并为系统搭建一个灵活、可扩展的平台。**通过依赖注入机制,我们只需要通过简单的配置,而无需任何代码就可指定目标需要的资源,完成自身的业务逻辑,而不需要关心具体的资源来自何处,由谁实现。

  理解DI的关键是:“谁依赖谁,为什么需要依赖,谁注入谁,注入了什么”,那我们来深入分析一下:

  • 谁依赖于谁:当然是应用程序依赖于IoC容器

  • 为什么需要依赖:应用程序需要IoC容器来提供对象需要的外部资源

  • 谁注入谁:很明显是IoC容器注入应用程序某个对象,应用程序依赖的对象

  • 注入了什么:就是注入某个对象所需要的外部资源(包括对象、资源、常量数据)

  IoC和DI由什么关系呢?其实它们是同一个概念的不同角度描述,由于控制反转概念比较含糊(可能只是理解为容器控制对象这一个层面,很难让人想到谁来维护对象关系),所以2004年大师级人物Martin Fowler又给出了一个新的名字:“依赖注入”,相对IoC 而言,“依赖注入”明确描述了“被注入对象依赖IoC容器配置依赖对象”。

为了更好的理解,我找了一个例子:

一个人(Java实例,调用者)需要一把斧子(Java实例,被调用者)

在原始社会里,几乎没有社会分工;需要斧子的人(调用者)只能自己去磨一把斧子(被调用者);对应情形为:Java程序里的调用者自己创建被调用者,通常采用new关键字调用构造器创建一个被调用者

进入工业社会,工厂出现了,斧子不再由普通人完成,而在工厂里被生产出来,此时需要斧子的人(调用者)找到工厂,购买斧子,无须关心斧子的制造过程;对应简单工厂设计模式,调用者只需定位工厂,无须管理被调用者的具体实现

进入“共产主义”社会,需要斧子的人甚至无须定位工厂,“坐等”社会提供即可;调用者无须关心被调用者的实现,无须理会工厂,等待Spring依赖注入

总之依赖注入的意思是你需要的东西不是由你创建的,而是第三方,或者说容器提供给你的。这样的设计符合正交性,即所谓的松耦合。

IoC的底层原理就到这里,下一篇将讲述AOP的底层原理

end
  • 作者:ONESTAR(联系作者)
  • 更新时间:2021-01-05 09:42
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