Spring IoC实现原理（附思维导图）

本文适合初学者，也适合老手巩固以前的知识，针对IOC的知识点进行详细的讲解。

在刚开始接触IOC的时候，很多初学者回听到很多名词 IOC、DI、Spring IOC 等，往往听的一头雾水。所以在学习之前我们先梳理下这些概念，之后再去深入学习 IoC 的实现原理部分。

很多人都知道 IOC，都知道 IOC 是 Spring 容器的内核。

AOP、申明式事务等功能在此基础上开发的。甚至在一提到 IOC 这个概念的时候就很自然的想到 Spring 容器，并将它们混为一谈，认为 IoC 就是 Spring IoC。这样理解虽然并不妨碍我们使用 Spring 框架，但是两者却不是一回事。

IOC的概念和思想

IOC （Inversion Of Control 译为 反转控制），顾名思义，其一是控制，其二是反转。即某一个接口具体实现类的选择控制权从调用类中移除，转交给第三方决定，在 Spring 容器中是由 Bean 配置来进行控制的。

这段话比较绕口，简单来说就是有了 IoC 之后你需要什么对象，IoC 容器帮你解决，你在家等着，IoC 容器主动送货上门。没有 IoC 之前是自己亲手去创建管理对象，现在直接现成的送过来。

再回头看看，IoC 的 控制 和 反转 这个两个名词就很好理解了：

再未使用 IoC 之前，需要使用一个对象需要直接 new 一个。那么你所依赖的对象就需要你自己去控制。但是有了 IoC 之后，直接由 IoC 容器来控制依赖的对象，当你依赖一个对象的时候就由 IoC 容器创建后注入到被注入的对象中。

• 控制表示对对象的控制
• 反转表示依赖对象的获取反转了

而实现 IOC 概念的容器除了 Spring 还有 Guice，Jboss 等。

所以 IOC 和 Spring 中的 IOC 不能混为一谈。可以说，IOC 本身只是一种概念和设计思想，Spring 容器实现了 IOC 思想，是 IOC 的实践。

但由于 IOC 这种命名确实不够开门见山，因此业界曾进行了广泛的讨论，最终软件界的泰斗级人物 Martin Fowler 提出了 DI（Dependency Injection，依赖注入）的概念用来替代 IoC。即让调用类对某一接口实现类的依赖关系由第三方（容器或协作类）注入，以移除掉用类对某一接口实现类的依赖。

可以看出 DI 依赖注入的解释 比 IoC 反转控制 更直接明了，初学者更容易理解。

很多人将 IoC 和 DI 混为一谈，这样虽然也不影响使用，但至少要知道它由 IoC 变为 DI 的发展过程。

Spring IoC 的原理

Spring IoC 的底层实现是基于反射技术，不了解这块知识的同学可以看下这两篇文章学习一下：《反射一开，谁都不爱》，《工厂模式的三种实现，就这么简单！》。

前面说了 IoC 容器是一个大的工厂来管理所有对象和它们的依赖关系，Spring 再处理这些对象和依赖关系也很简单：

• 使用反射技术获取对象的信息包括：类信息、成员、方法等等
• 再通过 xml 配置 或者 注解 的方式，说明依赖关系
• 在调用类需要使用其他类的时候，不再通过调用类自己实现，而是通过 IoC 容器进行注入。

那 Spring 究竟是如何知道哪些对象是需要管理的呢？如何进行管理的呢？又是如何进行注入的呢？

Spring 通过一个配置文件或注解来描述 Bean 和 Bean 之间的依赖关系，根据 Bean 配置信息在容器内部创建Bean定义注册表，根据注册表加载、实例化 Bean、建立Bean与Bean之间的依赖关系，还提供了 Bean 实例缓存、生命周期管理、Bean 实例代理、事件发布、资源装载等高级服务。

Spring 框架和核心接口是 Bean 工厂，工厂分为两种：

• BeanFactory：这是最基础的，面向 Spring 的
• ApplicationContext：是面向 Spring 框架开发者的，几乎所有的应用场合都可以使用它。

BeanFactory 有着庞大的继承、实现体系，有众多的子接口、实现类。

来看一下 BeanFactory 的基本类体系：

BeanFactory 的基本类体系

ApplicationContext 的继承体系：

ApplicationContext 的继承体系

• BeanFactory 负责读取bean配置文档，管理bean的加载，实例化，维护bean之间的依赖关系，负责bean的声明周期。

• ApplicationContext 除了提供上述 BeanFactory 所能提供的功能之外，还提供了更完整的框架功能：

  1. 国际化支持
  2. 资源访问：Resource rs = ctx. getResource(“classpath:config.properties”), “file:c:/config.properties”
  3. 事件传递：通过实现ApplicationContextAware接口

介绍了 Bean 的工厂类，再来详细的解答下 Spring 是如何管理这些类的？这个问题。

Bean的生命周期

Bean 的生命周期可以说是面试的时候常问的问题之一，我们可以用下面两张图直观的感受下：

BeanFactory 中 Bean 的生命周期：

BeanFactory 中 Bean 的生命周期

ApplicationContext 中 Bean 的生命周期：

ApplicationContext 中 Bean 的生命周期

可以看到在进行实例化、设置属性值、通过 init-method 属性配置的初始化方法、放入 Spring 缓冲池 前后都有方法可以对 Bean 进行再次加工。

Bean 的生命周期从开始到最终销毁其中经历的方法可以分为四类：

• Bean自身的方法：如调用 Bean 构造函数实例化 Bean，调用 Setter 设置 Bean 的属性值以及通过的 init-method 和 destroy-method 所指定的方法；

• Bean级生命周期接口方法：如 BeanNameAware、 BeanFactoryAware、 InitializingBean 和 DisposableBean，这些接口方法由 Bean 类直接实现；
• 容器级生命周期接口方法： InstantiationAwareBean PostProcessor 和 BeanPostProcessor 这两个接口实现，一般称它们的实现类为“ 后处理器” 。这些后处理器的影响是全局性的。用户可以通过合理地编写后处理器，让其仅对感兴趣Bean 进行加工处理。
• 工厂后处理器接口方法

Bean 的装配过程

简单叙述下 Bean 的装配过程：

• BeanDefinitionReader 读取 Resource 所指向的配置文件资源，然后解析配置文件。配置文件中每一个解析成一个 BeanDefinition 对象，并保存到 BeanDefinitionRegistry 中；
• 容器扫描 BeanDefinitionRegistry 中的BeanDefinition；调用InstantiationStrategy 进行Bean实例化的工作；使用 BeanWrapper 完成Bean属性的设置工作；
• 单例Bean缓存池：Spring 在DefaultSingletonBeanRegistry类中提供了一个用于缓存单实例 Bean 的缓存器，它是一个用HashMap实现的缓存器，单实例的 Bean 以beanName为键保存在这个HashMap中。

ApplicationContext 和 BeanFactory 的区别

区别：

• BeanFactory 在启动的时候不会去实例化 Bean，中有从容器中拿 Bean 的时候才会去实例化，ApplicationContext 在启动的时候就把所有的 Bean 全部实例化了。它还可以为 Bean 配置 lazy-init=true 来让 Bean 延迟实例化；
• BeanFacotry 是 spring 中比较原始的 Factory，无法支持 spring 的许多插件，如 AOP 功能、Web 应用等。 ApplicationContext接口
  • MessageSource, 提供国际化的消息访问
  • 资源访问，如URL和文件
  • 事件传播
  • 载入多个（有继承关系）上下文 ，使得每一个上下文都专注于一个特定的层次，比如应用的web层

Bean的装配方式

Bean 的装配方式有四种：

• 基于 xml 的配置
• 注解方式
• java类的配置
• 基于Groovy DSL的配置（不太常见）

一般都是用 xml 和 注解 两种配置，其他的方式使用的不多。这里不多做叙述

依赖注入的方式

依赖注入的方式有三种方式：

• 属性注入：使用setter方法
• 构造函数注入
• 工厂方法注入

这其中属性注入的方式比较常用。

对象之间关系

对象之间有三种关系：

• 依赖：挺少用的（在 xml 中使用depends-on就是依赖关系了-->前置依赖【依赖的Bean需要初始化之后，当前Bean才会初始化】）
• 继承：
• 引用：最常见（使用ref就是引用关系了）

Bean的作用域

• singleton：单例，只有一个对象
• prototype：多例，每次都会创建一个新对象
• request：每次请求都会参数一个对象
• session：每个session都会产生一个对象
• global session：所有的session都用一个对象

默认Bean的作用域是单例的，其他需要使用不同类型的作用域，需要单独配置。

这里有个知识点 @lookup注解需要注意。如果我们需要在 singleton 的 Bean 中注入一个 prototype 的 Bean 并希望在每次调用 singleton 的 Bean 的时候获取的都是 prototype 的 Bean ？这就需要使用 @lookup注解。

IOC 的优缺点

• 优点：实现组件之间的解耦，提高程序的灵活性和可维护性。
• 缺点：生成一个对象的步骤变复杂了，生成因为是使用反射编程，在效率上有些损耗。但相对于IoC提高的维护性和灵活性来说，这点损耗是微不足道的，除非某对象的生成对效率要求特别高。

总结

这里，再次做一个知识点的总结：

• IoC 是一种概念和设计思想，Guice，Spring，Jboss都实现了这种理念，Spring将其发扬光大

• Spring IoC 容器实现基于反射技术

• IoC 的3种类型，Spring IOC 支持2种，构造函数注入和属性注入

• Spring 容器工厂分为两种：ApplicationContext、BeanFactory。异同点：1. BeanFactory 在启动的时候不会去实例化 Bean，ApplicationContext 在启动的时候会。2. BeanFacotry 是 spring 中比较原始的 Factory，无法支持 spring 的许多插件，如 AOP 功能、Web 应用等。 ApplicationContext 支持。

• Bean的生命周期的过程：

  • 四类方法：
    • Bean自身的方法：如Setter init-method 和 destroy-method 所指定的方法；
    • Bean级生命周期接口方法：如 BeanNameAware、 BeanFactoryAware、 InitializingBean 和 DisposableBean，这些接口方法由 Bean 类直接实现；
    • 容器级生命周期接口方法： InstantiationAwareBean PostProcessor 和 BeanPostProcessor 这两个接口实现，一般称它们的实现类为“ 后处理器” 。这些后处理器的影响是全局性的。用户可以通过合理地编写后处理器，让其仅对感兴趣Bean 进行加工处理。
    • 工厂后处理器接口方法

• Bean 的装配过程：

  • BeanDefinitionReader 读取 Resource 所指向的配置文件资源，然后解析配置文件。配置文件中每一个解析成一个 BeanDefinition 对象，并保存到 BeanDefinitionRegistry 中；
  • 容器扫描 BeanDefinitionRegistry 中的BeanDefinition；调用InstantiationStrategy 进行Bean实例化的工作；使用 BeanWrapper 完成Bean属性的设置工作；
  • 单例Bean缓存池：Spring 在DefaultSingletonBeanRegistry类中提供了一个用于缓存单实例 Bean 的缓存器，它是一个用HashMap实现的缓存器，单实例的 Bean 以beanName为键保存在这个HashMap中。

• bean的装配方式，四种：1. xml；2. 注解；3. java类的配置；4. 基于Groovy DSL的配置（不太常见）

• 依赖注入的方式，三种：1. 属性注入：通过setXxx()方法注入Bean的属性值；2. 构造器注入：通过构造函数注入；3. 工厂方法注入：用静态工厂或非静态工厂方法注入

• bean的五个作用域：1. singleton：单例，只有一个对象；2. prototype：多例，每次都会创建一个新对象；3. request：每次请求都会参数一个对象；4. session：每个session都会产生一个对象；5. global session：所有的session都用一个对象

• 高级主题：1. 国际化：多语言；2. 容器事件：监听对应的事件并做出反应，比如：RequestHandledEvent，当一个Http请求被处理后产生事件；3. 引用外部属性文件：数据库的用户名密码信息存储在properties文件中，可以使用${XX} 进行引用；4. 属性编辑器：转化为基本类型的利器

最后再附上Spring-Ioc的思维导图，建议点赞、关注、收藏，以便随时复习巩固知识：

Spring-Ioc的思维导图

我是帅帅，一个在互联网苟且偷生的工具人。