Java 核心基础：深入理解 Spring IoC 容器与依赖注入

缺点：所有依赖都在类内部硬编码，缺乏灵活性难以修改组件的具体实现 (例如更换 Tire 的类型或参数)，组件之间耦合度高。

IoC 模式则通过构造函数注入依赖：

class Car {
    protected Framework framework;
    public Car(Framework framework) {
        this.framework = framework;
        System.out.println("car init");
    }
    public void run() {
        System.out.println("car run");
    }
}

class Framework {
    protected Bottom bottom;
    public Framework(Bottom bottom) {
        this.bottom = bottom;
        System.out.println("framework init");
    }
}

class Bottom {
    protected Tire tire;
    public Bottom(Tire tire) {
        this.tire = tire;
        System.out.println("bottom init");
    }
}

class Tire {
    protected int size;
    protected String color;
    public Tire(int size, String color) {
        this.size = size;
        this.color = color;
        System.out.println("tire init");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Tire tire = new Tire(10, "blue");
        Bottom bottom = new Bottom(tire);
        Framework framework = new Framework(bottom);
        Car car = new Car(framework);
        car.run();
    }
}

优点：依赖通过构造函数从外部注入 (依赖注入)，组件之间解耦，可以灵活定制组件的具体实现 (例如 Tire 的 size 和 color 可动态配置)。

1.2.2 IoC 容器管理

Spring IoC 容器保存了以下几类核心内容：

• Bean 定义 (Bean Definitions)：这是容器保存的最核心的元数据。它就像是对象的'蓝图'或'配方'，告诉容器如何创建一个 Bean。容器在启动时 (比如 ApplicationContext 被刷新时) 会加载并解析这些定义。
• Bean 实例 (Bean Instances)：Bean 定义创建出来的实际对象。
• Bean 之间的依赖关系 (Dependencies)：IoC 的核心是'控制反转'，即由容器来注入依赖。因此，容器内部维护着一个依赖关系图。
• Bean 生命周期 (Lifecycle State)：管理 Bean 的整个生命周期，包括已创建/未创建、依赖注入是否完成、初始化方法是否已执行、是否已被销毁等状态。

1.3 ApplicationContext

定义：ApplicationContext 是 Spring IoC 容器的核心接口，并有多种实现类。它实现了 BeanFactory 接口，因此可以通过 getBean() 方法获取 Bean 实例，但在实际开发中应优先使用依赖注入。

//标识该类为 Spring 项目的启动类
@SpringBootApplication
public class SpringIocApplication {
    public static void main(String[] args) {
        ApplicationContext context = SpringApplication.run(SpringIocApplication.class, args);
    }
}

1.4 类注解

在 Spring 中有五大类注解，主要用于类级别的声明。它们都源自 @Component，它们在功能上几乎一致，主要区别在于语义和用途，用于标识不同架构层次的组件，让代码结构更清晰。

• @Component - 组件：最基础的通用注解，用于标记任何一个需要被 Spring 管理的组件。当你不确定一个类属于 @Controller、@Service、@Repository 中的哪一类时，或者它就是一个通用的工具类、管理器等，就可以使用它。
• @Controller - 控制器：专门用于标记 MVC 模式中的控制器，用于接收 Web 请求、处理业务逻辑并返回视图或数据。派生注解包括 @RestController (@Controller + @ResponseBody)。
• @Service - 业务逻辑层：专门用于标记业务逻辑层的组件。它本身不提供额外功能，但通过这个名称，开发者可以清晰地知道这个类包含了核心业务规则。
• @Repository - 数据访问层：专门用于标记数据访问层的组件，用于封装对数据库等数据源进行增删改查的类。特殊功能包括自动将平台特定的异常 (如 SQLException) 转换为 Spring 统一的 DataAccessException 层次结构中的非受查异常，统一异常体系提供更有意义的异常信息，简化异常处理，由于转换后的异常都是非受查异常，不再需要写大量的 try-catch 块，可以选择在适当的层次统一处理。
• @Configuration - 配置类：用于标记配置类，其内部可以定义 Bean (通常使用 @Bean 注解)。特殊功能：它确保了其中使用 @Bean 注解的方法的单例性。Spring 会通过 CGLIB 代理来拦截对 @Bean 方法的调用，确保每次返回的是同一个实例 (单例作用域下)。

1.5 获取 Bean

1.5.1 通过 Bean 的类型获取

//将 HelloController 类交给 Spring 管理
@Controller
public class HelloController {
    public void demo() {
        System.out.println("Hello HelloController");
    }
}

@SpringBootApplication
public class SpringIocApplication {
    public static void main(String[] args) {
        ApplicationContext context = SpringApplication.run(SpringIocApplication.class, args);
        //通过 Bean 的类型获取
        HelloController helloController = context.getBean(HelloController.class);
        helloController.demo();
    }
}

如果 HelloController 类没有交给 Spring 管理，会抛出异常。如果某接口 (类) 有多个实现类，此时根据类型来获取 Bean 也会抛出异常。

1.5.2 通过 Bean 的名称 (ID) 获取

在 Java 中，Bean 的命名规范如下： Bean 命名约定：约定是在命名 bean 时使用标准的 Java 约定作为实例字段名。也就是说，bean 名称以小写字母开头，然后使用驼峰式大小写。此类名称的示例包括 accountManager，accountService，userDao，loginController。

以 JDK17 为例，在 java.beans.Introspector 类中提供了如下方法用于 Bean 的命名：

public static String decapitalize(String name) {
    if (name == null || name.length() == 0) {
        return name;
    }
    //如果类名的前两个字母都是大写，那么 Bean 的名字就是类名
    if (name.length() > 1 && Character.isUpperCase(name.charAt(1)) && Character.isUpperCase(name.charAt(0))) {
        return name;
    }
    char[] chars = name.toCharArray();
    //将类名的第一个字母转为小写作为 Bean 的名称
    chars[0] = Character.toLowerCase(chars[0]);
    return new String(chars);
}

示例 1：

public interface Func {
    void init();
}

@Service("dataBaseFunc") //设置 Bean 的名称为 dataBaseFunc
class DataBaseFunc implements Func {
    @Override
    public void init() {
        System.out.println("database init");
    }
}

@Service("fileFunc") //设置 Bean 的名称为 fileFunc
class FileFunc implements Func {
    @Override
    public void init() {
        System.out.println("file init");
    }
}

@SpringBootApplication
public class SpringIocApplication {
    public static void main(String[] args) {
        ApplicationContext context = SpringApplication.run(SpringIocApplication.class, args);
        Func dataBaseFunc = (Func) context.getBean("dataBaseFunc");
        Func fileFunc = (Func) context.getBean("fileFunc");
        dataBaseFunc.init();
        fileFunc.init();
    }
}

运行结果： database init file init

示例 2：以上述 HelloController 为例

@SpringBootApplication
public class SpringIocApplication {
    public static void main(String[] args) {
        ApplicationContext context = SpringApplication.run(SpringIocApplication.class, args);
        HelloController helloController = (HelloController) context.getBean("helloController");
    }
}

运行结果： Hello HelloController

1.6 方法注解 - @Bean

1.6.1 特性解析

作用：在五大类注解标记的类的方法上使用，告诉 Spring 该方法返回的对象应该被注册为 Bean。 使用场景：配置类中定义第三方库的 Bean或需要复杂初始化逻辑的 Bean。

package org.example.springioc.model;

@Data
public class UserObject {
    private String name;
    private Integer age;
    private Integer id;

    public UserObject() {}

    public UserObject(String name) {
        this.name = name;
    }

    public UserObject(String name, Integer age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public UserObject(String name, Integer age, Integer id) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.id = id;
    }
}

package org.example.springioc.configuration;

@Configuration
public class UserConfiguration {
    @Bean
    public UserObject getUserObject1() {
        //你完全控制对象的创建过程
        return new UserObject(); //无参构造
    }

    @Bean
    public UserObject getUserObject2() {
        //你可以传递任意参数
        return new UserObject("李四"); //带参构造
    }
}

优点：完全控制对象创建，可以传递参数、调用方法、进行复杂初始化。

@Component //或其他四大注解
public class UserObject {
    private String name;
    private Integer age;

    //Spring 只会调用无参构造方法
    public UserObject() {
        //Spring 通过反射创建对象时，只会调用这个构造方法
        //你无法传递"张三",18 这样的参数
    }

    public UserObject(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
}

问题：Spring 通过反射创建 Bean 时，默认调用无参构造方法，你无法传递特定参数。

1.6.2 通过 Bean 的类型获取

与五大类注解一致。

1.6.3 通过 Bean 的名称 (ID) 获取

与五大注解不同，使用 @Bean 标注方法时方法名就是该 Bean 的名称。

@SpringBootApplication
public class SpringIocApplication {
    public static void main(String[] args) {
        ApplicationContext context = SpringApplication.run(SpringIocApplication.class, args);
        UserObject getUserObject1 = (UserObject) context.getBean("getUserObject1");
        System.out.println(getUserObject1);
        UserObject getUserObject2 = (UserObject) context.getBean("getUserObject2");
        System.out.println(getUserObject2);
    }
}

运行结果： UserObject(name=null, age=null, id=null) UserObject(name=李四，age=null, id=null)

1.7 @ComponentScan - 扫描路径

概念：@ComponentScan是 Spring 框架中一个非常核心的注解，它负责告诉 Spring 容器去哪里扫描那些被@Component、@Service、@Repository、@Controller 等注解标记的类，并将它们自动注册为 Bean。如果一个类没有添加 Spring 的五大注解，那么即使它位于扫描路径下，它也不会被注册为 Spring 容器中的 Bean。

在启动类中，@SpringBootApplication 注解包含了 @ComponentScan 注解，默认扫描路径是启动类所在的包及其子包(可以显式配置来指定扫描路径，如 @ComponentScan(basePackages = {"org.example.springioc"}))。

[图示：ComponentScan 扫描范围]

2. DI(依赖注入)

2.1 概述

依赖注入是一种设计模式，它将对象的依赖关系 (即它所需要的其他对象) 从外部注入，而不是由对象自己在内部创建。

2.2 构造方法注入 (Constructor Injection)

@Controller
public class HelloController {
    private HelloService helloService;
    private HelloComponent helloComponent;

    //如果只有一个构造方法，只能使用该构造方法
    //当存在多个构造方法时，如果有无参构造方法，默认调用无参构造方法
    //当存在多个构造方法时，如果没有无参构造方法，Spring 就不知道该用哪个构造方法，需要使用@Autowired 指定一个默认的构造方法
    public HelloController() {}

    public HelloController(HelloService helloService) {
        this.helloService = helloService;
    }

    @Autowired
    public HelloController(HelloService helloService, HelloComponent helloComponent) {
        this.helloService = helloService;
        this.helloComponent = helloComponent;
    }

    public void demo() {
        helloService.demo();
        helloComponent.demo();
        System.out.println("Hello HelloController");
    }
}

构造方法使用规范：当添加有参构造方法时，显式添加无参构造方法。如果存在多个构造方法，使用 @Autowired 指定一个默认的构造方法。

2.3 Setter 方法注入 (Setter Injection)

@Controller
public class HelloController {
    private HelloService helloService;
    private HelloComponent helloComponent;

    //搭配@Autowired 使用
    @Autowired
    public void setHelloService(HelloService helloService) {
        this.helloService = helloService;
    }

    @Autowired
    public void setHelloComponent(HelloComponent helloComponent) {
        this.helloComponent = helloComponent;
    }

    public void demo() {
        helloService.demo();
        helloComponent.demo();
        System.out.println("Hello HelloController");
    }
}

2.4 字段/属性注入 (Field Injection)

@Controller
public class HelloController {
    @Autowired
    private HelloService helloService;

    @Autowired
    private HelloComponent helloComponent;

    public void demo() {
        helloService.demo();
        helloComponent.demo();
        System.out.println("Hello HelloController");
    }
}

默认行为：按类型匹配 (byType)

• 查找候选 Bean：Spring 会首先在 IoC 容器中查找类型匹配的 Bean。
• 判断并注入：
  • 找到 0 个：如果 required 属性为 true(默认)，则会抛出 NoSuchBeanDefinitionException 异常。
  • 找到 1 个：直接注入，这是最理想的情况。
  • 找到多个：此时按类型匹配失败，Spring 会尝试后备策略，即按名称匹配 (byName)。它会将变量名 (或属性名) 作为 Bean 的 ID 去容器中查找。

2.5 优缺点对比

构造方法注入：

• 优点：可以注入 final 修饰的属性，注入的依赖在调用前一定会完全初始化，因为构造方法在类加载阶段执行，在 Spring 以外的其他框架中同样支持，构造方法由 JDK 提供。
• 缺点：注入多个依赖时代码量庞大。

Setter 方法注入：

• 优点：Setter 方法可以被多次调用，这意味着该依赖可以多次注入。
• 缺点：不能注入 final 修饰的属性，多次注入可能导致依赖被修改。

字段/属性注入：

• 优点：代码简洁，使用方便。
• 缺点：不能注入 final 修饰的属性，在非 IoC 容器中不可用。

2.6 候选 Bean 问题

在使用 @Autowired 注入时，优先按照类型匹配，如果匹配到多个 Bean，会将变量名 (或属性名) 作为 Bean 的 ID 去容器中查找。当变量名 (或属性名) 匹配失败时，程序无法运行成功。 在上述代码中，UserController 类需要注入一个单例 Bean，却发现多个候选 Bean，这叫做候选 Bean 问题。

2.6.1 @Primary 注解

作用：指定当存在多个相同类型的 Bean 时，优先使用被标记的 Bean。

2.6.2 @Qualifier 注解

作用：是 Spring 框架中用于精确指定要注入哪个 Bean的注解，它解决了当存在多个相同类型 Bean 时的依赖注入歧义问题。

2.6.3 @Resource 注解

作用：@Resource 注解是 Java 标准注解，Spring 框架提供了对它的支持。它是 @Autowired 的一个替代方案，但在匹配机制上有重要区别。

也可以明确指定名称，按名称精确匹配。

优先按照 Bean 的名称匹配。

2.6.4 优先级

当 @Primary、@Qualifier、@Resource、@Autowired 同时存在时，优先级如下：@Resource > @Qualifier > @Primary > @Autowired。