Spring理论基础-控制反转和依赖注入

第一次了解到控制反转（Inversion of Control）这个概念，是在学习Spring框架的时候。IOC和AOP作为Spring的两大特征，自然是要去好好学学的。而依赖注入（Dependency Injection，简称DI）却使得我困惑了挺久，一直想不明白他们之间的联系。

控制反转

控制反转顾名思义，就是要去反转控制权，那么到底是哪些控制被反转了？在2004年 Martin fowler 大神就提出了

“哪些方面的控制被反转了？”

这个问题，他总结出是依赖对象的获得被反转了。

在单一职责原则的设计下，很少有单独一个对象就能完成的任务。大多数任务都需要复数的对象来协作完成，这样对象与对象之间就有了依赖。一开始对象之间的依赖关系是自己解决的，需要什么对象了就New一个出来用，控制权是在对象本身。但是这样耦合度就非常高，可能某个对象的一点小修改就会引起连锁反应，需要把依赖的对象一路修改过去。

如果依赖对象的获得被反转，具体生成什么依赖对象和什么时候生成都由对象之外的IOC容器来决定。对象只要在用到依赖对象的时候能获取到就可以了，常用的方式有依赖注入和依赖查找（Dependency Lookup）。这样对象与对象之间的耦合就被移除到了对象之外，后续即使有依赖修改也不需要去修改原代码了。

总结一下，控制反转是指把对象的依赖管理从内部转移至外部。

依赖注入

控制反转是把对象之间的依赖关系提到外部去管理，可依赖是提到对象外面了，对象本身还是要用到依赖对象的，这时候就要用到依赖注入了。顾名思义，应用需要把对象所需要的依赖从外部注入进来。可以是通过对象的构造函数传参注入，这种叫做构造器注入（Constructor Injection）。如果是通过JavaBean的属性方法传参注入，就叫做设值方法注入(Setter Injection)。

不管是通过什么方式注入的，如果是我们手动注入的话还是显得太麻烦了。这时候就需要一个容器来帮我们实现这个功能，自动的将对象所需的依赖注入进去，这个容器就是前面提到的IOC容器了。

控制反转和依赖注入的关系也已经清晰了，它们本质上可以说是一样的，只是具体的关注点不同。控制反转的关注点是控制权的转移，而依赖注入则内含了控制反转的意义，明确的描述了依赖对象在外部被管理然后注入到对象中。实现了依赖注入，控制也就反转了。

例子

• 首先是传统的方式，耦合非常严重。

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        OrderService service = new OrderService();
        service.test();
    }

}

public class OrderService {

    private OrderDao dao = new OrderDao();

    public void test() {
        dao.doSomeThing();
    }

}

public class OrderDao {

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

}

• 接下来是没有使用容器的方式，松耦合了，但是手动注入非常的麻烦。

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        Dao dao = new OrderDao();
        OrderService service = new OrderService(dao);
        service.test();
    }

}

public interface Dao {

    void doSomeThing();

}

public class OrderDao implements Dao {

    @Override
    public void doSomeThing() {
        System.out.println("test");
    }

}

public class OrderService {

    private Dao dao;

    public OrderService(Dao dao) {
        this.dao = dao;
    }

    public void test() {
        dao.doSomeThing();
    }

}

• 接下来使用容器造福人类。

// 引导类要放在项目根目录下，也就是在 src 下面
public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        // 生成容器
        Container container = new Container(Main.class);
        // 获取Bean
        OrderService service = container.getBean(OrderService.class);
        // 调用
        service.test();
    }

}

@Component
public class OrderService {

    @Autowired
    private Dao dao;

    public void test() {
        dao.doSomeThing();
    }

    public Dao getDao() {
        return dao;
    }

    public void setDao(Dao dao) {
        this.dao = dao;
    }
}

@Component
public class OrderDao implements Dao {

    @Override
    public void doSomeThing() {
        System.out.println("test");
    }

}

public interface Dao {

    void doSomeThing();

}

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target({ElementType.TYPE})
public @interface Component {
}

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target({ElementType.FIELD,ElementType.METHOD})
public @interface Autowired {
}

public class Container {

    private List<String> classPaths = new ArrayList<>();

    private String separator;

    private Map<Class, Object> components = new HashMap<>();

    public Container(Class cls) {
        File file = new File(cls.getResource("").getFile());
        separator = file.getName();
        renderClassPaths(new File(this.getClass().getResource("").getFile()));
        make();
        di();
    }

    private void make() {
        classPaths.forEach(classPath -> {
            try {
                Class c = Class.forName(classPath);
                // 找到有 @ioc.Component 注解的类并实例化
                if (c.isAnnotationPresent(Component.class)) {
                    components.put(c, c.newInstance());
                }
            } catch (ClassNotFoundException | InstantiationException | IllegalAccessException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
    }

    /**
     * 注入依赖
     */
    private void di() {
        components.forEach((aClass, o) -> Arrays.stream(aClass.getDeclaredFields()).forEach(field -> {
            if (field.isAnnotationPresent(Autowired.class)) {
                try {
                    String methodName = "set" + field.getType().getName().substring(field.getType().getName().lastIndexOf(".") + 1);
                    Method method = aClass.getMethod(methodName, field.getType());
                    if (field.getType().isInterface()) {
                        components.keySet().forEach(aClass1 -> {
                            if (Arrays.stream(aClass1.getInterfaces()).anyMatch(aClass2 -> aClass2.equals(field.getType()))) {
                                try {
                                    method.invoke(o, components.get(aClass1));
                                } catch (IllegalAccessException | InvocationTargetException e) {
                                    e.printStackTrace();
                                }
                            }
                        });
                    } else {
                        method.invoke(o, components.get(field.getType()));
                    }
                } catch (NoSuchMethodException | IllegalAccessException | InvocationTargetException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }));
    }

    /**
     * 该方法会得到所有的类，将类的全类名写入到classPaths中
     *
     * @param file 包
     */
    private void renderClassPaths(File file) {
        if (file.isDirectory()) {
            File[] files = file.listFiles();
            Arrays.stream(Objects.requireNonNull(files)).forEach(this::renderClassPaths);
        } else {
            if (file.getName().endsWith(".class")) {
                String classPath = file.getPath()
                        .substring(file.getPath().lastIndexOf(separator) + separator.length() + 1)
                        .replace('\\', '.')
                        .replace(".class", "");
                classPaths.add(classPath);
            }
        }
    }

    public <T> T getBean(Class c) {
        return (T) components.get(c);
    }

}

后记

一些概念在脑海里总以为是清晰的，等实际用到或者是写成文字的时候就发现有很多不理解的地方。本文的目的就是梳理下概念，做些记录。这次自己尝试实现了下IOC容器，一开始写就知道自己之前的理解有问题了。好歹是写出了个能用的版本，用来应付文章中的例子。后面可以去参考下Spring的实现，估计能学到不少东西。

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参考资料

• 控制反转和依赖注入的理解
• 那些年搞不懂的高深术语——依赖倒置•控制反转•依赖注入•面向接口编程
• 控制反转(IOC)和依赖注入(DI)