Spring中的IoC(控制反转)和DI(依赖注入)

一、Spring IoC的基本概念

控制反转(IoC) 是一个比较抽象的概念，它主要用来消减计算机程序的耦合问题，是Spring框架的核心。
依赖注入(DI) 是IoC的另外一种说法，只是从不同的角度描述相同的概念。

IoC的背景

我们都知道，在采用面向对象方法设计的软件系统中，它的底层实现都是由N个对象组成的，所有的对象通过彼此的合作，最终实现系统的业务逻辑。

如果我们打开机械式手表的后盖，就会看到与上面图片类似的情形，各个齿轮分别带动时针、分针和秒针顺时针旋转，从而在表盘上产生正确的时间。上图中描述的就是这样的一个齿轮组，它拥有多个独立的齿轮，这些齿轮相互啮合在一起，协同工作，共同完成某项任务。我们可以看到，在这样的齿轮组中，如果有一个齿轮出了问题，就可能会影响到整个齿轮组的正常运转。

齿轮组中齿轮之间的啮合关系,与软件系统中对象之间的耦合关系非常相似。对象之间的耦合关系是无法避免的，也是必要的，这是协同工作的基础。现在，伴随着工业级应用的规模越来越庞大，对象之间的依赖关系也越来越复杂，经常会出现对象之间的多重依赖性关系，因此，架构师和设计师对于系统的分析和设计，将面临更大的挑战。对象之间耦合度过高的系统，必然会出现牵一发而动全身的情形。

耦合关系不仅会出现在对象与对象之间，也会出现在软件系统的各模块之间，以及软件系统和硬件系统之间。如何降低系统之间、模块之间和对象之间的耦合度，是软件工程永远追求的目标之一。为了解决对象之间的耦合度过高的问题，软件专家Michael Mattson提出了IoC理论，用来实现对象之间的“解耦”，目前这个理论已经被成功地应用到实践当中，很多的J2EE项目均采用了IoC框架产品Spring。

控制反转(IoC)到底是什么？

IoC是Inversion of Control的缩写，多数书籍翻译成“控制反转”，还有些书籍翻译成为“控制反向”或者“控制倒置”。
简单来说就是把复杂系统分解成相互合作的对象，这些对象类通过封装以后，内部实现对外部是透明的，从而降低了解决问题的复杂度，而且可以灵活地被重用和扩展。IoC理论提出的观点大体是这样的：借助于“第三方”实现具有依赖关系的对象之间的解耦，如下图：

大家看到了吧，由于引进了中间位置的“第三方”，也就是IOC容器，使得A、B、C、D这4个对象没有了耦合关系，齿轮之间的传动全部依靠“第三方”了，全部对象的控制权全部上缴给“第三方”IOC容器，所以，IOC容器成了整个系统的关键核心，它起到了一种类似“粘合剂”的作用，把系统中的所有对象粘合在一起发挥作用，如果没有这个“粘合剂”，对象与对象之间会彼此失去联系，这就是有人把IOC容器比喻成“粘合剂”的由来。
我们再来做个试验：把上图中间的IOC容器拿掉，然后再来看看这套系统：

我们现在看到的画面，就是我们要实现整个系统所需要完成的全部内容。这时候，A、B、C、D这4个对象之间已经没有了耦合关系，彼此毫无联系，这样的话，当你在实现A的时候，根本无须再去考虑B、C和D了，对象之间的依赖关系已经降低到了最低程度。所以，如果真能实现IOC容器，对于系统开发而言，这将是一件多么美好的事情，参与开发的每一成员只要实现自己的类就可以了，跟别人没有任何关系！

我们再来看看，控制反转(IOC)到底为什么要起这么个名字？我们来对比一下：
软件系统在没有引入IOC容器之前，如图1所示，对象A依赖于对象B，那么对象A在初始化或者运行到某一点的时候，自己必须主动去创建对象B或者使用已经创建的对象B。无论是创建还是使用对象B，控制权都在自己手上。

软件系统在引入IOC容器之后，这种情形就完全改变了，由于IOC容器的加入，对象A与对象B之间失去了直接联系，所以，当对象A运行到需要对象B的时候，IOC容器会主动创建一个对象B注入到对象A需要的地方。

通过前后的对比，我们不难看出来：对象A获得依赖对象B的过程,由主动行为变为了被动行为，控制权颠倒过来了，这就是“控制反转”这个名称的由来。

方便理解，我举个生活的例子：
我们都学了面向对象的编程思想，在生活中，当人们需要一件东西时，第一反应就是找东西，例如想吃面包，现在有两种情况，第一种是没有面包店，第二种是有面包店。

第一种情况就是我们之前一直遇到的情况，在没有面包店的情况下，最直观的做法可能就是你按照自己的口味制作面包，也就是一个面包需要主动制作，谁想吃了就自己New。

而我主要说的是第二种情况，就是有面包店，你想吃面包的时候找到面包店，把自己的口味告诉店家，店家就可以给你做符合你口味的面包了。注意：你并没有制作面包，而是由店家制作，但是完全符合你的口味。

这是一个很生活的例子，大家都明白，但这里包含了Spring中很重要的思想——控制反转，就是把制作面包的主动权交给店家，面包就是对象，店家相当于一个大容器，你想要什么对象，就让大容器去给你生产，这就是控制反转思想。

主动行为(要什么资源自己创建即可)

再详细点，当某个Java对象（调用者，例如你）需要调用另一个Java对象（被调用者，即被依赖对象，例如面包）时，在传统编程模式下，调用者通常会采用“New 被调用者”的代码方式来创建对象（例如你自己制作面包）。这种方式会增加调用者与被调用者之间的耦合性，不利于后期代码的升级和维护。

被动行为(获取的资源不是我们自己创建，而是交给一个容器来创建和设置)

当Spring框架出现后，对象的实例不再由调用者来创建，而是由 Spring容器（例如面包店）来创建。Spring容器会负责控制程序之间的关系（例如面包店负责控制你与面包的关系），而不是由调用者的程序代码直接控制。这样，控制权由调用者转移到Spring容器，控制权发生了反转，这就是Spring的控制反转。

IoC的别名：依赖注入(DI)

2004年，Martin Fowler探讨了同一个问题，既然IOC是控制反转，那么到底是“哪些方面的控制被反转了呢？”，经过详细地分析和论证后，他得出了答案：“获得依赖对象的过程被反转了”。控制被反转之后，获得依赖对象的过程由自身管理变为了由IOC容器主动注入。于是，他给“控制反转”取了一个更合适的名字叫做“依赖注入）”。他的这个答案，实际上给出了实现IOC的方法：注入。

所谓依赖注入，就是由IOC容器在运行期间，动态地将某种依赖关系注入到对象之中。

所以，依赖注入(DI)和控制反转(IOC)是从不同的角度的描述的同一件事情，就是指通过引入IOC容器，利用依赖关系注入的方式，实现对象之间的解耦。

我再举一个生活中的例子，来帮助理解依赖注入的过程。大家对USB接口和USB设备应该都很熟悉吧，USB为我们使用电脑提供了很大的方便，现在有很多的外部设备都支持USB接口。

现在，我们利用电脑主机和USB接口来实现一个任务：从外部USB设备读取一个文件。
电脑主机读取文件的时候，它一点也不会关心USB接口上连接的是什么外部设备，而且它确实也无须知道。它的任务就是读取USB接口，挂接的外部设备只要符合USB接口标准即可。所以，如果我给电脑主机连接上一个U盘，那么主机就从U盘上读取文件；如果我给电脑主机连接上一个外置硬盘，那么电脑主机就从外置硬盘上读取文件。挂接外部设备的权力由我作主，即控制权归我，至于USB接口挂接的是什么设备，电脑主机是决定不了，它只能被动的接受。电脑主机需要外部设备的时候，根本不用它告诉我，我就会主动帮它挂上它想要的外部设备，你看我的服务是多么的到位。这就是我们生活中常见的一个依赖注入的例子。在这个过程中，我就起到了IOC容器的作用。

通过这个例子,依赖注入的思路已经非常清楚：当电脑主机读取文件的时候，我就把它所要依赖的外部设备，帮他挂接上。整个外部设备注入的过程和一个被依赖的对象在系统运行时被注入另外一个对象内部的过程完全一样。
我们把依赖注入应用到软件系统中，再来描述一下这个过程：
对象A依赖于对象B,当对象 A需要用到对象B的时候，IOC容器就会立即创建一个对象B送给对象A。IOC容器就是一个对象制造工厂，你需要什么，它会给你送去，你直接使用就行了，而再也不用去关心你所用的东西是如何制成的，也不用关心最后是怎么被销毁的，这一切全部由IOC容器包办。

在传统的实现中，由程序内部代码来控制组件之间的关系。我们经常使用new关键字来实现两个组件之间关系的组合，这种实现方式会造成组件之间耦合。IOC很好地解决了该问题，它将实现组件间关系从程序内部提到外部容器，也就是说由容器在运行期将组件间的某种依赖关系动态注入组件中。

在之前，我们需要用构造方法或者set()方法给一些成员变量赋值，从Spring容器角度来看，Spring容器负责将被依赖对象赋值给调用者的成员变量，相当于为调用者注入它所依赖的实例，容器能知道哪个组件(类)运行的时候，需要另外一个类(组件)，容器通过反射的形式，将容器中准备好的对象注入(利用反射给属性赋值)到另一个类中，这就是Spring的依赖注入。

综上所述，控制反转是一种通过描述（在Spring中可以是XML或注解）并通过第三方去产生或获取特定对象的方式。在Spring中实现控制反转的是IoC容器，其实现方法是依赖注入。

二、Spring IoC容器

IoC中最基本的技术就是“反射”，有关反射的概念和用法，大家应该都很清楚，通俗来讲就是根据给出的类名（字符串方式）来动态地生成对象。这种编程方式可以让对象在生成时才决定到底是哪一种对象。反射的应用是很广泛的，很多的成熟的框架，比如象Java中的Hibernate、Spring框架，都是把“反射”做为最基本的技术手段。

我们可以把IoC容器的工作模式看做是工厂模式的升华，可以把IoC容器看作是一个工厂，这个工厂里要生产的对象都在配置文件中给出定义，然后利用反射，根据配置文件中给出的类名生成相应的对象。从实现来看，IoC是把以前在工厂方法里写死的对象生成代码，改变为由配置文件来定义，也就是把工厂和对象生成这两者独立分隔开来，目的就是提高灵活性和可维护性。

以前都是自己new对象，现在所有的对象交给容器创建。Spring IoC容器的设计主要是基于BeanFactory和Application两个接口。

BeanFactory
BeanFactory由org.springframework.beans.factory.BeanFactory接口定义，它提供了完整的IoC服务支持，是一个管理Bean的工厂，主要负责初始化各种Bean。

BeanFactory接口有多个实现类，其中比较常用的是org.springframework.beans.factory.xml.XmlBeanFactory，该类会根据XML配置文件中的定义来装配Bean(有关Bean的知识我在后面的文章中会讲)。

创建项目及导入Maven模块过程看《使用IDEA开发Spring入门程序》，在这就不赘述了。在这继续前面的项目，按照下面的步骤补充：

创建entity包，创建Person类

package entity;public class Person {private String name;private String sex;public Person() {System.out.println("无参构造调用了...");}public Person(String name, String sex) {this.name = name;this.sex = sex;}public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public String getSex() {return sex;}public void setSex(String sex) {this.sex = sex;}}

在applicationContext.xml中配置Bean

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beanshttp://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd"><!--将指定类TestDaoImpl配置给Spring,即注册一个TestDaoImpl对象，让Spring创建其实例--><!--一个Bean标签可以注册一个组件(对象、类)class:写要注册的组件的全类名id:这个对象的唯一标识--><bean id="test" class="dao.TestDaoImpl"/><bean id="person1" class="entity.Person"/>
</beans>

在测试了TestDemo中测试
在创建BeanFactory实例时需要提供XML文件的绝对路径。

package test;import dao.TestDao;
import entity.Person;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.springframework.beans.factory.BeanFactory;
import org.springframework.beans.factory.xml.XmlBeanFactory;
import org.springframework.context.ApplicationContext;
import org.springframework.context.support.ClassPathXmlApplicationContext;
import org.springframework.core.io.FileSystemResource;public class TestDemo {@Testpublic void test1(){//初始化spring容器，加载配置文件BeanFactory beanFactory = new XmlBeanFactory(new FileSystemResource("D:\\MyNewWorld\\Study_JAVA\\newspringdemo\\src\\main\\resource\\applicationContext.xml"));Person person1 =(Person) beanFactory.getBean("person1");person1.setName("光头强");person1.setSex("男");System.out.println(person1.getName()+"是"+person1.getSex()+"人！！！");}
}

测试成功，使用BeanFactory实例加载Spring配置文件在实际开发中并不多见，读者了解即可。

ApplicationContext

ApplicationContext是BeanFactory的子接口，也称为应用上下文，由org.springframework.context.ApplicationContext接口定义。

ApplicationContext接口除了包含BeanFactory的所有功能以外，还添加了对国际化、资源访问、事件传播等内容的支持。

创建ApplicationContext接口实例通常有以下三种方法：

通过ClassPathXmlApplicationContext创建
ClassPathXmlApplicationContext将从类路径目录(src根目录)中寻找指定的XML配置文件，首先我们考虑一个问题：Person对象是什么时候创建好的？
为了方便查看，我在Person类的无参构造函数中加上如下图所示的语句：

先看下面这段代码：

package test;import dao.TestDao;
import entity.Person;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.springframework.beans.factory.BeanFactory;
import org.springframework.beans.factory.xml.XmlBeanFactory;
import org.springframework.context.ApplicationContext;
import org.springframework.context.support.ClassPathXmlApplicationContext;
import org.springframework.core.io.FileSystemResource;public class TestDemo {@Testpublic void test2(){//初始化spring容器ApplicationContext，加载配置文件ApplicationContext applicationContext = new ClassPathXmlApplicationContext("applicationContext.xml");}

看下图中的运行结果，我们不难知道容器中对象的创建在容器创建完成的时候就已经创建好了。

好了，我把代码补充完整吧:

package test;import dao.TestDao;
import entity.Person;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.springframework.beans.factory.BeanFactory;
import org.springframework.beans.factory.xml.XmlBeanFactory;
import org.springframework.context.ApplicationContext;
import org.springframework.context.support.ClassPathXmlApplicationContext;
import org.springframework.core.io.FileSystemResource;public class TestDemo {@Testpublic void test2(){//初始化spring容器ApplicationContext，加载配置文件ApplicationContext applicationContext = new ClassPathXmlApplicationContext("applicationContext.xml");//通过容器获取test实例Person person1 =(Person) applicationContext.getBean("person1");person1.setName("程光强");person1.setSex("男");System.out.println(person1.getName()+"是"+person1.getSex()+"人！！！");}}

测试结果：

通过FileSystemXmlApplicationContext创建
FileSystemXmlApplicationContext将从指定文件的绝对路径中寻找XML配置文件，找到并装载完成ApplicationContext的实例化工作，看下面代码：

package test;import dao.TestDao;
import entity.Person;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.springframework.beans.factory.BeanFactory;
import org.springframework.beans.factory.xml.XmlBeanFactory;
import org.springframework.context.ApplicationContext;
import org.springframework.context.support.ClassPathXmlApplicationContext;
import org.springframework.context.support.FileSystemXmlApplicationContext;
import org.springframework.core.io.FileSystemResource;public class TestDemo {@Testpublic void test3(){//初始化spring容器ApplicationContext，加载配置文件ApplicationContext applicationContext = new FileSystemXmlApplicationContext("D:\\MyNewWorld\\Study_JAVA\\newspringdemo\\src\\main\\resource\\applicationContext.xml");Person person1 = (Person) applicationContext.getBean("person1");person1.setName("张三");person1.setSex("男");System.out.println(person1.getName()+"是"+person1.getSex()+"人！！！");}}

测试结果：

通过Web服务器实例化ApplicationContext容器
在Web服务器实化ApplicationContext容器时，一般使用基于org.springframework.web.context.ContextLoaderListener的实现方式(需要将spring-web模块导入项目中)，此方法只需在web.xml中添加如下代码：
(1) spring-web模块导入

<!-- spring-web --><dependency><groupId>org.springframework</groupId><artifactId>spring-web</artifactId><version>5.0.2.RELEASE</version></dependency>

(2) 配置WebApplicationContext的两种方法：
a. 利用Listener接口来实现

<web-app><!--加载src目录下的applicationContext.xml文件-->
<context-param><param-name>contextConfigLocation</param-name><param-value>classpath:applicationContext.xml</param-value>
</context-param><listener><listener-class>org.springframework.web.context.ContextCleanupListener</listener-class></listener>
</web-app>

b. 利用Servlet接口来实现

<web-app><!--加载src目录下的applicationContext.xml文件-->
<context-param><param-name>contextConfigLocation</param-name><param-value>classpath:applicationContext.xml</param-value>
</context-param>
<servlet><servlet-name>context</servlet-name><servlet-class>org.springframework.web.context.ContextLoaderServlet</servlet-class>
</servlet><servlet-mapping><servlet-name>context</servlet-name><!--处理所有URL--><url-pattern>/</url-pattern></servlet-mapping><!--处理中文乱码--><filter><filter-name>encodingFilter</filter-name><filter-class>org.springframework.web.filter.CharacterEncodingFilter</filter-class><init-param><param-name>encoding</param-name><param-value>UTF-8</param-value></init-param><init-param><param-name>forceEncoding</param-name><param-value>true</param-value></init-param></filter><filter-mapping><filter-name>encodingFilter</filter-name><url-pattern>/*</url-pattern></filter-mapping><!--设置访问静态资源--><servlet-mapping><servlet-name>default</servlet-name><url-pattern>*.css</url-pattern></servlet-mapping><servlet-mapping><servlet-name>default</servlet-name><url-pattern>*.js</url-pattern></servlet-mapping><servlet-mapping><servlet-name>default</servlet-name><url-pattern>*.jpg</url-pattern></servlet-mapping><servlet-mapping><servlet-name>default</servlet-name><url-pattern>*.png</url-pattern></servlet-mapping><servlet-mapping><servlet-name>default</servlet-name><url-pattern>*.gif</url-pattern></servlet-mapping><servlet-mapping><servlet-name>default</servlet-name><url-pattern>*.mp3</url-pattern></servlet-mapping><servlet-mapping><servlet-name>default</servlet-name><url-pattern>*.mp4</url-pattern></servlet-mapping>
</web-app>