【Spring】IoCDI详解

news2024/9/20 6:30:23

1. IoC详解

前面提到过IoC就是将对象的控制权交由Spring的IoC容器进行管理，由Spring的IoC容器创建和销毁bean，那么既然涉及到容器，就一定包含以下两方面功能：

  1. bean的存储
  2. bean的获取

1.1 类注解

Spring框架为了更好地服务应用程序，提供了非常丰富的注解用于存储bean，大致可以分为如下两类：

  1. 类注解：例如@Controller、@Service、@Repository、@Configuration、@Component
  2. 方法注解：例如：@Bean

接下来我们分别来看各类注解的使用：

1.1.1 @Controller（控制器存储）

1.1.1.1 bean的存储

使用@Controller存储bean的测试代码如下：

@Controller // 将bean存储到Spring容器中
public class TestController {
    public void testController() {
        System.out.println("test controller");
    }
}

那么我们如何才能够获取到Spring容器中的bean呢？

1.1.1.2 **bean的获取 **

我们可以在使用@SpringBootApplication的启动类中获取到ApplicationContext对象，该上下文对象就保存着程序启动时的一些信息，可以看做是IoC容器实例

@SpringBootApplication
public class IocDiDemoApplication {

    public static void main(String[] args) {
        // 1. 获取IoC容器
        ApplicationContext context = SpringApplication.run(IocDiDemoApplication.class, args);
        // 2. 获取bean
        TestController controllerBean = context.getBean(TestController.class);
        // 3. 测试bean的testController方法
        controllerBean.testController();
    }
}

此时运行结果如下：
image.png
如果再把@Controller注解去掉，观察结果：
image.png
此时就会抛出这样一个异常：No qualifying bean of type 'com.example.ioc_di_demo.controller.TestController' available表明没有找到类型为TestController的bean实例

1.1.1.3 获取bean对象的其他方式

上述方式我们使用了通过类型的方式获取Bean，但是如果Spring容器中有多个同一类型的bean呢，我们应该如何进行获取？ApplicationContext也提供了其他的方式获取bean，这些方式都是其父接口BeanFactory提供的
image.png
其中第一种、第二种、第四种方式是比较常用的！其中1、2两种方式都涉及到name即根据名称来获取，那么bean的名称是什么呢？实质上，Spring容器在管理bean的时候会为每一个bean分配不同的唯一的名称来标识该bean实例，bean的命令规则如下（可观察源码java.beans.Introspector的decapitalize方法求证）：

一般来说，如果程序员没有手动指定bean的名称，那么就会自动按照类名首字母小写，小驼峰形式，例如UserController => userController、AccountService => accountService

但是也会有特殊情况，当有多个字符，并且第一个和第二个字符都是大写字符是就保留原始的类名称

例如IService的bean名称就是IService

示例代码：

@SpringBootApplication
public class IocDiDemoApplication {

    public static void main(String[] args) {
        // 1. 获取IoC容器
        ApplicationContext context = SpringApplication.run(IocDiDemoApplication.class, args);
        // 2.1 获取bean（通过类型）
        TestController controllerBean1 = context.getBean(TestController.class);
        // 2.2 获取bean（通过名称）
        TestController controllerBean2 = (TestController) context.getBean("testController");
        // 2.3 获取bean（通过名称 + 类型）
        TestController controllerBean3 = context.getBean("testController", TestController.class);
        // 3.1 测试controllerBean1的testController方法
        controllerBean1.testController();
        // 3.2 测试controllerBean2的testController方法
        controllerBean2.testController();
        // 3.3 测试controllerBean3的testController方法
        controllerBean3.testController();
    }
}

1.1.2 @Service（业务逻辑存储）

1.1.2.1 bean的存储

我们也可以使用@Service注解将bean交由Spring容器进行管理

@Service // 将TestService作为bean交由Spring容器管理
public class TestService {
    public void testService() {
        System.out.println("test service");
    }
}
1.1.2.2 bean的获取

示例代码如下：

@SpringBootApplication
public class IocDiDemoApplication {

    public static void main(String[] args) {
        // 1. 获取IoC容器
        ApplicationContext context = SpringApplication.run(IocDiDemoApplication.class, args);
        // 2. 获取TestService的bean对象
        TestService beanService = (TestService) context.getBean("testService");
        // 3. 调用bean对象的testService方法
        beanService.testService();
    }
}

运行结果：
image.png

1.1.3 @Repository（仓库存储）

1.1.3.1 bean的存储
@Repository // 将bean存储到Spring容器
public class TestMapper {
    public void testRepository() {
        System.out.println("test repository");
    }
}
1.1.3.2 bean的获取
@SpringBootApplication
public class IocDiDemoApplication {

    public static void main(String[] args) {
        // 1. 获取IoC容器
        ApplicationContext context = SpringApplication.run(IocDiDemoApplication.class, args);
        // 2. 获取TestMapper的bean对象
        TestMapper beanRepository = (TestMapper) context.getBean("testMapper");
        // 3. 调用bean对象的testRepository方法
        beanRepository.testRepository();
    }
}

1.1.4 @Component（组件存储）

1.1.4.1 bean的存储
@Component
public class TestComponent {
    public void testComponent() {
        System.out.println("test component");
    }
}
1.1.4.2 bean的获取
@SpringBootApplication
public class IocDiDemoApplication {

    public static void main(String[] args) {
        // 1. 获取IoC容器
        ApplicationContext context = SpringApplication.run(IocDiDemoApplication.class, args);
        // 2. 获取TestComponent的bean对象
        TestComponent beanComponent = (TestComponent) context.getBean("testComponent");
        // 3. 调用bean对象的testComponent方法
        beanComponent.testComponent();
    }
}

1.1.5 @Configuration（配置存储）

1.1.5.1 存储bean
@Configuration
public class TestConfiguration {
    public void testConfiguration() {
        System.out.println("test configuration");
    }
}
1.1.5.2 获取bean
@SpringBootApplication
public class IocDiDemoApplication {

    public static void main(String[] args) {
        // 1. 获取IoC容器
        ApplicationContext context = SpringApplication.run(IocDiDemoApplication.class, args);
        // 2. 获取TestConfiguration的bean对象
        TestConfiguration beanConfiguration = (TestConfiguration) context.getBean("testConfiguration");
        // 3. 调用bean对象的testConfiguration方法
        beanConfiguration.testConfiguration();
    }
}

1.1.6 为什么要使用那么多注解？

Spring为我们提供了各式各样的注解，其实与三层架构这样的应用分层思想不谋而合，可以让程序员方便的看到类的注解就明白该类的含义与作用：

  • @Controller：用户标识控制层（表现层），用于接收请求，返回处理完毕的响应结果
  • @Service：用于标识业务逻辑层，用于处理具体的业务逻辑
  • @Repository：用于标识数据层（持久层），负责数据访问操作即与数据库交互
  • @Configuration：用于标识配置层，管理程序中一些配置信息

各个注解之间的关系：
观察五大注解的详细信息如下：
image.pngimage.png
image.pngimage.png
可以发现他们都是@Component的衍生注解，而@Component是一个元注解，可以被其他注解所使用

常见面试题：五大注解是否可以相互替换？

  1. 从功能上来说，大部分注解可以相互替换，但是唯独@Controller注解不可以使用别的注解替换，因为该注解用于表现层进行路由映射，使用其他注解代替有极小概率发生意想不到的错误
  2. 从语义性来说，不可以相互替换，@Controller用于标识控制层，@Service注解用于标识业务逻辑层，@Repository用于标识这是一个持久层

1.2 方法注解

上述我们介绍了五大类注解的使用，但是如果面对以下情况就无法使用类注解：

  1. 使用第JDK原生类/第三方包中的类，无法在类上使用注解
  2. 一个类需要多个对象，比如需要多个数据源对象

1.2.1 方法注解的使用

1.2.1.1 bean的配置
public class BeanConfig {

    @Bean
    public LocalDateTime localDateTime() {
        return LocalDateTime.now();
    }
}
1.2.1.2 bean的获取

上述代码我们使用@Bean方法注解配置了一个对象，交由Spring容器进行管理，下面我们尝试获取该实例

@SpringBootApplication
public class IocDiDemoApplication {

    public static void main(String[] args) {
        // 1. 获取IoC容器
        ApplicationContext context = SpringApplication.run(IocDiDemoApplication.class, args);
        // 2. 获取LocalDateTime的bean对象
        LocalDateTime bean = context.getBean(LocalDateTime.class);
        // 3. 打印获取到的bean
        System.out.println(bean.format(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss")));
    }
}

image.png
但是此时却抛出了异常！这是因为 方法注解需要配合类注解使用！

1.2.1.3 方法注解需要配合类注解使用

将上述配置bean代码更改如下：

@Configuration
public class BeanConfig {

    @Bean
    public LocalDateTime localDateTime() {
        return LocalDateTime.now();
    }
}

此时程序正常运行：
image.png

1.2.1.4 定义多个对象

比如在多数据源的场景下，我们需要使用多个@Bean注解，如果依旧按照之前通过类型的方式获取，会出现什么问题呢？

@Configuration
public class BeanConfig {

    @Bean
    public LocalDateTime localDateTime() {
        return LocalDateTime.now();
    }

    @Bean LocalDateTime localDateTime2() {
        return LocalDateTime.of(2024, 4, 1, 12, 0, 0);
    }

    @Bean LocalDateTime localDateTime3() {
        return LocalDateTime.of(2024, 5, 1, 8, 0, 0);
    }
}

image.png
此时出现该异常，表示如果按照类型匹配，期望只得到一个实例，但是却匹配到了三个！这个时候我们就需要使用名称来获取bean了！

使用@Bean方法注解声明的bean的名称默认就是方法名称！

@SpringBootApplication
public class IocDiDemoApplication {

    public static void main(String[] args) {
        // 1. 获取IoC容器
        ApplicationContext context = SpringApplication.run(IocDiDemoApplication.class, args);
        // 2. 获取TestConfiguration的bean对象
        LocalDateTime bean = (LocalDateTime) context.getBean("localDateTime");
        LocalDateTime bean2 = (LocalDateTime) context.getBean("localDateTime2");
        LocalDateTime bean3 = (LocalDateTime) context.getBean("localDateTime3");
        // 3. 打印获取到的bean
        System.out.println(bean.format(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss")));
        System.out.println(bean2.format(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss")));
        System.out.println(bean3.format(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss")));
    }
}

此时就可以正确获取结果！
image.png

1.3 配置扫描路径

Q：假设我们按照规则正确地使用注解配置bean，那么一定会被Spring容器进行管理吗？
A：不一定，我们还需要配置bean的扫描路径
image.pngimage.png
我们修改启动类的路径，再次运行程序！
image.png
此时程序运行错误了！其实原因就在于启动类中包含了注解@ComponentScan默认会扫描启动类所在的包及其子包，只有在指定路径下的bean才会被Spring容器管理，解决方式就是使用注解@ComponentScan配置扫描路径！

@ComponentScan(basePackages = {"com.example.ioc_di_demo"})
@SpringBootApplication
public class IocDiDemoApplication {

    public static void main(String[] args) {
        // 1. 获取IoC容器
        ApplicationContext context = SpringApplication.run(IocDiDemoApplication.class, args);
        // 2. 获取TestConfiguration的bean对象
        LocalDateTime bean = (LocalDateTime) context.getBean("localDateTime");
        LocalDateTime bean2 = (LocalDateTime) context.getBean("localDateTime2");
        LocalDateTime bean3 = (LocalDateTime) context.getBean("localDateTime3");
        // 3. 打印获取到的bean
        System.out.println(bean.format(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss")));
        System.out.println(bean2.format(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss")));
        System.out.println(bean3.format(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss")));
    }
}

2. DI详解

下面我们就来详细介绍下DI（Dependency Injection），中文翻译就是依赖注入，它是一种设计模式，用来实现IoC编程思想，它的核心思想就是将对象之间的依赖关系进行解耦合。通过依赖注入，可以为类的属性、构造方法、setter方法中提供所依赖的对象和值，是一种可重用、低耦合的思想
关于依赖注入，Spring提供了三种方式：

  1. 属性注入（Field Injection）
  2. 构造方法注入（Constructor Injection）
  3. setter注入（Setter Injection）

2.1 属性注入

Controller层代码如下：

@Controller // 将bean存储到Spring容器中
public class TestController {

    @Autowired
    private TestService testService; // 属性注入

    public void testDI() {
        // 调用属性方法
        testService.testService();
    }
}

此时在启动类中获取bean实例并调用testDI方法

@SpringBootApplication
public class IocDiDemoApplication {

    public static void main(String[] args) {
        // 1. 获取IoC容器
        ApplicationContext context = SpringApplication.run(IocDiDemoApplication.class, args);
        // 2. 获取TestController的bean对象
        TestController bean = (TestController) context.getBean("testController");
        // 3. 调用testDI方法
        bean.testDI();
    }
}

image.png
此时程序正常运行！说明Spring容器通过@Autowired注解已经自动使用 属性注入 的方式给TestService进行赋值了

2.2 构造方法注入

2.2.1 构造注入示例

此时如果我们不使用属性注入的方式，而是使用构造方法进行注入！代码示例如下：

@Controller // 将bean存储到Spring容器中
public class TestController {
    private TestService testService;

    public TestController(TestService testService) {
        this.testService = testService;
    }

    public void testDI() {
        // 调用属性方法
        testService.testService();
    }


    public void testController() {
        System.out.println("test controller");
    }
}

再次执行启动类代码，发现程序正常运行！

2.2.2 多个构造方法

此时我们将代码进行修改，提供多个构造方法：

@Controller // 将bean存储到Spring容器中
public class TestController {

    private TestService testService;

    private TestMapper testMapper;

    public TestController(TestService testService) {
        this.testService = testService;
    }

    public TestController(TestService testService, TestMapper testMapper) {
        this.testService = testService;
    }

    public void testDI() {
        // 调用属性方法
        testService.testService();
    }
}

image.png
此时就会发现程序报错了！

这是因为如果提供了多个构造器，那么Spring容器无法确定使用哪个构造器，因此默认会注入到无参构造器中，如果想要自己指定构造器，可以在构造方法上加上@Autowired注解

解决方式如下：

@Controller // 将bean存储到Spring容器中
public class TestController {
    
    private TestService testService;

    private TestMapper testMapper;

    @Autowired
    public TestController(TestService testService) {
        this.testService = testService;
    }

    public TestController(TestService testService, TestMapper testMapper) {
        this.testService = testService;
    }

    public void testDI() {
        // 调用属性方法
        testService.testService();
    }
}

2.3 setter注入

我们还可以提供setter方法注入类所需要的依赖对象

@Controller // 将bean存储到Spring容器中
public class TestController {

    private TestService testService;

    @Autowired
    public void setTestService(TestService testService) {
        this.testService = testService;
    }

    public void testDI() {
        // 调用属性方法
        testService.testService();
    }
}

启动程序后，正常打印结果，说明setter方法同样可以进行依赖注入

2.4 三种注入方式优缺点分析

  • 属性注入：
    • 优点：比较简单，使用方便
    • 缺点：只能在IoC容器中进行使用；有可能出现NPE（空指针异常）；而且不能注入Final修饰的属性
  • 构造注入：
    • 优点：可以注入Final修饰的属性；注入的对象不会被改变较为安全；依赖对象在使用之前一定会被完全初始化；通用性好（是JDK支持的）
    • 缺点：如果需要注入多个对象，代码比较冗长
  • setter注入：
    • 优点：方便在类实例创建完后，重新赋值或者注入
    • 缺点：不能注入Final修饰的属性；对象有可能被外部类访问调用，不安全

2.5 @Autowired存在的问题

下面来演示@Autowired注解存在的问题！
Config/BeanConfig.java

@Configuration
public class BeanConfig {

    @Bean
    public LocalDateTime localDateTime() {
        return LocalDateTime.now();
    }

    @Bean
    LocalDateTime localDateTime2() {
        return LocalDateTime.of(2024, 4, 1, 12, 0, 0);
    }

    @Bean
    LocalDateTime localDateTime3() {
        return LocalDateTime.of(2024, 5, 1, 8, 0, 0);
    }
}

我们将三个相同类型的LocalDateTime对象交由Spring容器进行管理！此时在TestConrtoller中尝试使用@Autowired注解就会发现编译失败！
image.png
这是因为@Autowired注解按照bean的类型进行自动装配，此时Spring容器内部有三个同一类型的bean，因此无法进行注入，解决方式有如下三种：

  1. 使用@Primary注解，告知Spring容器在获取该类型bean时优先选择该对象

image.png

  1. 使用@Autowired + @Qualifier搭配使用，配置value属性为bean的名称

image.png

  1. 使用@Resource注解声明bean的名称

image.png

常见面试题：@Autowired和@Resource注解的区别

  • @Autowired是Spring框架提供的注解，而@Resource是JDK提供的注解
  • @Autowired默认按照类型进行依赖注入，而@Resource是按照名称进行注入，相比较于@Autowired，@Resource提供了更多的注解参数设置

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快乐的流畅&#xff1a;个人主页 个人专栏&#xff1a;《C语言》《数据结构世界》《进击的C》 远方有一堆篝火&#xff0c;在为久候之人燃烧&#xff01; 文章目录 引言一、红黑树的概念二、红黑树的模拟实现2.1 结点2.2 成员变量2.3 插入情况一&#xff1a;uncle在左&#xff…
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