Spring IoC 详解

一、引言

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。
为什么叫控制反转？

控制：指的是对象创建（实例化、管理）的权力
反转：控制权交给外部环境（Spring 框架、IoC 容器）

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。

二、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。
请添加图片描述
org.springframework.beans和 org.springframework.context 这两个包是 IoC 实现的基础。

三、将一个类声明为 Bean 所涉及的注解

@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

@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。

@Bean注解使用示例：

@Configuration
public class AppConfig {
    @Bean
    public TransferService transferService() {
        return new TransferServiceImpl();
    }

}

上面的代码相当于下面的 xml 配置

<beans>
    <bean id="transferService" class="com.acme.TransferServiceImpl"/>
</beans>

下面这个例子是通过 @Component 无法实现的。

@Bean
public OneService getService(status) {
    case (status)  {
        when 1:
                return new serviceImpl1();
        when 2:
                return new serviceImpl2();
        when 3:
                return new serviceImpl3();
    }
}

五、注入 Bean 的注解

Spring 内置的 @Autowired 以及 JDK 内置的 @Resource 和 @Inject 都可以用于注入 Bean。

Annotaion	Package	Source
@Autowired	org.springframework.bean.factory	Spring 2.5+
@Resource	javax.annotation	Java JSR-250
@Inject	javax.inject	Java JSR-330

@Autowired 和@Resource使用的比较多一些。

六、@Autowired 和 @Resource 的区别

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。

// smsService 就是我们上面所说的名称
@Autowired
private SmsService smsService;

举个例子，SmsService 接口有两个实现类: SmsServiceImpl1和 SmsServiceImpl2，且它们都已经被 Spring 容器所管理。

// 报错，byName 和 byType 都无法匹配到 bean
@Autowired
private SmsService smsService;
// 正确注入 SmsServiceImpl1 对象对应的 bean
@Autowired
private SmsService smsServiceImpl1;
// 正确注入  SmsServiceImpl1 对象对应的 bean
// smsServiceImpl1 就是我们上面所说的名称
@Autowired
@Qualifier(value = "smsServiceImpl1")
private SmsService smsService;

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）。

public @interface Resource {
    String name() default "";
    Class<?> type() default Object.class;
}

如果仅指定 name 属性则注入方式为byName，如果仅指定type属性则注入方式为byType，如果同时指定name 和type属性（不建议这么做）则注入方式为byType+byName。

// 报错，byName 和 byType 都无法匹配到 bean
@Resource
private SmsService smsService;
// 正确注入 SmsServiceImpl1 对象对应的 bean
@Resource
private SmsService smsServiceImpl1;
// 正确注入 SmsServiceImpl1 对象对应的 bean（比较推荐这种方式）
@Resource(name = "smsServiceImpl1")
private SmsService smsService;

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。

七、Bean

7.1 作用域

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。

配置 bean 的作用域
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();
}

7.2 线程安全

Spring 框架中的 Bean 是否线程安全，取决于其作用域和状态。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）。

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。
对于有状态单例 Bean 的线程安全问题，常见的有两种解决办法：

在 Bean 中尽量避免定义可变的成员变量。
在类中定义一个 ThreadLocal 成员变量，将需要的可变成员变量保存在 ThreadLocal 中（推荐的一种方式）。

7.3 生命周期

Bean 容器找到配置文件中 Spring Bean 的定义。
Bean 容器利用 Java Reflection API 创建一个 Bean 的实例。
如果涉及到一些属性值利用 set()方法设置一些属性值。
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
当要销毁 Bean 的时候，如果 Bean 实现了 DisposableBean 接口，执行 destroy() 方法。
当要销毁 Bean 的时候，如果 Bean 在配置文件中的定义包含 destroy-method 属性，执行指定的方法。

图示：请添加图片描述
与之比较类似的中文版本: