从六个方面读懂IoC(控制反转)和DI(依赖注入)

简介: 在一开始学习 Spring 的时候,我们就接触 IoC 了,作为 Spring 第一个最核心的概念,我们在解读它源码之前一定需要对其有深入的认识,对于初学Spring的人来说,总觉得IOC是模糊不清的,是很难理解的,今天和大家分享网上的一些技术大牛们对Spring框架的IOC的理解以及谈谈我对Spring IOC的理解。

前言

在一开始学习 Spring 的时候,我们就接触 IoC 了,作为 Spring 第一个最核心的概念,我们在解读它源码之前一定需要对其有深入的认识,对于初学Spring的人来说,总觉得IOC是模糊不清的,是很难理解的,今天和大家分享网上的一些技术大牛们对Spring框架的IOC的理解以及谈谈我对Spring IOC的理解。
“控制反转”,不是什么技术

Ioc—Inversion of Control,即“控制反转”,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控制,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:

我是这样理解IOC容器:以水桶为例,有大的,小的,有金的,银的,各种各样。IOC容器也如此,每种不同的容器有自己功能,但是他们有一个是不能改变的,那就是装水,我们所学习的IOC容器也一样。

IOC是Inversion of Control的缩写,由于引进了中间位置的第三方,也就是IOC容器使得没有关联关系的类有了一个共同的关系--被ICO容器所管理,所以说IOC容器起到了粘合剂的作用。
一、IOC的思想

首先想说说IoC(Inversion of Control,控制倒转)。这是spring的核心,贯穿始终。所谓IoC,对于spring框架来说,就是由spring来负责控制对象的生命周期和对象间的关系。这是什么意思呢,举个简单的例子,我们是如何找女朋友的?常见的情况是,我们到处去看哪里有长得漂亮身材又好的mm,然后打听她们的兴趣爱好、qq号、电话号、ip号、iq号………,想办法认识她们,投其所好送其所要,然后嘿嘿……这个过程是复杂深奥的,我们必须自己设计和面对每个环节。传统的程序开发也是如此,在一个对象中,如果要使用另外的对象,就必须得到它(自己new一个,或者从JNDI中查询一个),使用完之后还要将对象销毁(比如Connection等),对象始终会和其他的接口或类藕合起来。
1.1ioc的好处

IOC的好处,初始化的过程中就不可避免的会写大量的new,只需要维护XML或注解,不需要大量的修改代码,IOC容器是分层的,从最底层BeanFactory网上找(后面源码解读会详细讲解),实现类与类之间的解耦合,可以将代码分离,每个人只需要写自己的部分,利于团队协作。
1.2、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。
二、Spring IoC总览

Spring的IoC容器在实现控制反转和依赖注入的过程中,可以划分为两个阶段:

容器启动阶段
bean实例化阶段

这两个阶段中,IoC容器分别作了以下这些事情:

这里可能会完全搞不懂上面这些东西是什么,不过不要紧,这里只是给大家一个基本的印象,知道Spring的IoC容器在实现控制反转和依赖注入功能的时候不是一蹴而就的,也分了两个阶段,并且大致对两个阶段所做的事情有一个印象,下面我要对每一个阶段的每一项工作都进行深入的讲解,请大家耐心的看下去.
三、IoC和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)。
3.1IoC和DI由什么关系呢?

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”。

看过很多对Spring的Ioc理解的文章,好多人对Ioc和DI的解释都晦涩难懂,反正就是一种说不清,道不明的感觉,读完之后依然是一头雾水,感觉就是开涛这位技术牛人写得特别通俗易懂,他清楚地解释了IoC(控制反转) 和DI(依赖注入)中的每一个字,读完之后给人一种豁然开朗的感觉。我相信对于初学Spring框架的人对Ioc的理解应该是有很大帮助的。
四、分享Bromon的blog上对IoC与DI浅显易懂的讲解
4.1、IoC(控制反转)

首先想说说IoC(Inversion of Control,控制反转)。这是spring的核心,贯穿始终。所谓IoC,对于spring框架来说,就是由spring来负责控制对象的生命周期和对象间的关系。这是什么意思呢,举个简单的例子,我们是如何找女朋友的?常见的情况是,我们到处去看哪里有长得漂亮身材又好的mm,然后打听她们的兴趣爱好、qq号、电话号、ip号、iq号………,想办法认识她们,投其所好送其所要,然后嘿嘿……这个过程是复杂深奥的,我们必须自己设计和面对每个环节。传统的程序开发也是如此,在一个对象中,如果要使用另外的对象,就必须得到它(自己new一个,或者从JNDI中查询一个),使用完之后还要将对象销毁(比如Connection等),对象始终会和其他的接口或类藕合起来。

那么IoC是如何做的呢?有点像通过婚介找女朋友,在我和女朋友之间引入了一个第三者:婚姻介绍所。婚介管理了很多男男女女的资料,我可以向婚介提出一个列表,告诉它我想找个什么样的女朋友,比如长得像李嘉欣,身材像林熙雷,唱歌像周杰伦,速度像卡洛斯,技术像齐达内之类的,然后婚介就会按照我们的要求,提供一个mm,我们只需要去和她谈恋爱、结婚就行了。简单明了,如果婚介给我们的人选不符合要求,我们就会抛出异常。整个过程不再由我自己控制,而是有婚介这样一个类似容器的机构来控制。Spring所倡导的开发方式就是如此,所有的类都会在spring容器中登记,告诉spring你是个什么东西,你需要什么东西,然后spring会在系统运行到适当的时候,把你要的东西主动给你,同时也把你交给其他需要你的东西。所有的类的创建、销毁都由 spring来控制,也就是说控制对象生存周期的不再是引用它的对象,而是spring。对于某个具体的对象而言,以前是它控制其他对象,现在是所有对象都被spring控制,所以这叫控制反转。
4.2、DI(依赖注入)

IoC的一个重点是在系统运行中,动态的向某个对象提供它所需要的其他对象。这一点是通过DI(Dependency Injection,依赖注入)来实现的。比如对象A需要操作数据库,以前我们总是要在A中自己编写代码来获得一个Connection对象,有了 spring我们就只需要告诉spring,A中需要一个Connection,至于这个Connection怎么构造,何时构造,A不需要知道。在系统运行时,spring会在适当的时候制造一个Connection,然后像打针一样,注射到A当中,这样就完成了对各个对象之间关系的控制。A需要依赖 Connection才能正常运行,而这个Connection是由spring注入到A中的,依赖注入的名字就这么来的。那么DI是如何实现的呢? Java 1.3之后一个重要特征是反射(reflection),它允许程序在运行的时候动态的生成对象、执行对象的方法、改变对象的属性,spring就是通过反射来实现注入的。

理解了IoC和DI的概念后,一切都将变得简单明了,剩下的工作只是在spring的框架中堆积木而已。
五、我对IoC(控制反转)和DI(依赖注入)的理解

在平时的java应用开发中,我们要实现某一个功能或者说是完成某个业务逻辑时至少需要两个或以上的对象来协作完成,在没有使用Spring的时候,每个对象在需要使用他的合作对象时,自己均要使用像new object() 这样的语法来将合作对象创建出来,这个合作对象是由自己主动创建出来的,创建合作对象的主动权在自己手上,自己需要哪个合作对象,就主动去创建,创建合作对象的主动权和创建时机是由自己把控的,而这样就会使得对象间的耦合度高了,A对象需要使用合作对象B来共同完成一件事,A要使用B,那么A就对B产生了依赖,也就是A和B之间存在一种耦合关系,并且是紧密耦合在一起,而使用了Spring之后就不一样了,创建合作对象B的工作是由Spring来做的,Spring创建好B对象,然后存储到一个容器里面,当A对象需要使用B对象时,Spring就从存放对象的那个容器里面取出A要使用的那个B对象,然后交给A对象使用,至于Spring是如何创建那个对象,以及什么时候创建好对象的,A对象不需要关心这些细节问题(你是什么时候生的,怎么生出来的我可不关心,能帮我干活就行),A得到Spring给我们的对象之后,两个人一起协作完成要完成的工作即可。

所以控制反转IoC(Inversion of Control)是说创建对象的控制权进行转移,以前创建对象的主动权和创建时机是由自己把控的,而现在这种权力转移到第三方,比如转移交给了IoC容器,它就是一个专门用来创建对象的工厂,你要什么对象,它就给你什么对象,有了 IoC容器,依赖关系就变了,原先的依赖关系就没了,它们都依赖IoC容器了,通过IoC容器来建立它们之间的关系。

这是我对Spring的IoC(控制反转)的理解。DI(依赖注入)其实就是IOC的另外一种说法,DI是由Martin Fowler 在2004年初的一篇论文中首次提出的。他总结:控制的什么被反转了?就是:获得依赖对象的方式反转了。
六、容器启动阶段的讲解
6.1、IOC的技术实现方式

“伙计,来杯啤酒!”当你来到酒吧,想要喝杯啤酒的时候,通常会直接招呼服务生,让他为你 送来一杯清凉解渴的啤酒。同样地,作为被注入对象,要想让IoC容器为其提供服务,并 将所需要的被依赖对象送过来,也需要通过某种方式通知对方。

如果你是酒吧的常客,或许你刚坐好,服务生已经将你最常喝的啤酒放到了你面前
如果你是初次或偶尔光顾,也许你坐下之后还要招呼服务生,“Waiter,Tsingdao, please.”
还有一种可能,你根本就不知道哪个牌子是哪个牌子,这时,你只能打手势或干脆画出商标
图来告诉服务生你到底想要什么了吧!

不管怎样,你终究会找到一种方式来向服务生表达你的需求,以便他为你提供适当的服务。那么,在IoC模式中,被注入对象又是通过哪些方式来通知IoC容器为其提供适当服务的呢? 常用的有两种方式:构造方法注入和setter方法注入,还有一种已经退出历史舞台的接口注入方式,下面就比较一下三种注入方式:

接口注入。从注入方式的使用上来说,接口注入是现在不甚提倡的一种方式,基本处于“退役状态”。因为它强制被注入对象实现不必要的接口,带有侵入性。而构造方法注入和setter 方法注入则不需要如此。
构造方法注入。这种注入方式的优点就是,对象在构造完成之后,即已进入就绪状态,可以马上使用。缺点就是,当依赖对象比较多的时候,构造方法的参数列表会比较长。而通过反射构造对象的时候,对相同类型的参数的处理会比较困难,维护和使用上也比较麻烦。而且在Java中,构造方法无法被继承,无法设置默认值。对于非必须的依赖处理,可能需要引入多个构造方法,而参数数量的变动可能造成维护上的不便。
setter方法注入。因为方法可以命名,所以setter方法注入在描述性上要比构造方法注入好一些。 另外,setter方法可以被继承,允许设置默认值,而且有良好的IDE支持。缺点当然就是对象无法在构造完成后马上进入就绪状态。

其实,这些操作都是由IoC容器来做的,我们所要做的,就是调用IoC容器来获得对象而已。
6.2、IoC容器及IoC容器如何获取对象间的依赖关系

Spring中提供了两种IoC容器:

BeanFactory
ApplicationContext

这两个容器间的关系如下图:

我们可以看到,ApplicationContext是BeanFactory的子类,所以,ApplicationContext可以看做更强大的BeanFactory,他们两个之间的区别如下:

BeanFactory。基础类型IoC容器,提供完整的IoC服务支持。如果没有特殊指定,默认采用延迟初始化策略(lazy-load)。只有当客户端对象需要访问容器中的某个受管对象的时候,才对该受管对象进行初始化以及依赖注入操作。所以,相对来说,容器启动初期速度较快,所需要的资源有限。对于资源有限,并且功能要求不是很严格的场景,BeanFactory是比较合适的IoC容器选择。
ApplicationContext。ApplicationContext在BeanFactory的基础上构建,是相对比较高级的容器实现,除了拥有BeanFactory的所有支持,ApplicationContext还提供了其他高级特性,比如事件发布、国际化信息支持等,ApplicationContext所管理的对象,在该类型容器启动之后,默认全部初始化并绑定完成。所以,相对于BeanFactory来说,ApplicationContext要求更多的系统资源,同时,因为在启动时就完成所有初始化,容 器启动时间较之BeanFactory也会长一些。在那些系统资源充足,并且要求更多功能的场景中,ApplicationContext类型的容器是比较合适的选择。

但是我们无论使用哪个容器,我们都需要通过某种方法告诉容器关于对象依赖的信息,只有这样,容器才能合理的创造出对象,否则,容器自己也不知道哪个对象依赖哪个对象,如果胡乱注入,那不是创造出一个四不像。理论上将我们可以通过任何方式来告诉容器对象依赖的信息,比如我们可以通过语音告诉他,但是并没有人实现这样的代码,所以我们还是老老实实使用Spring提供的方法吧:

通过最基本的文本文件来记录被注入对象和其依赖对象之间的对应关系
通过描述性较强的XML文件格式来记录对应信息
通过编写代码的方式来注册这些对应信息
通过注解方式来注册这些对应信息

虽然提供了四种方式,但是我们一般只使用xml文件方式和注解方式,所以,就重点讲解这两种方式。

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