【Spring】（一）Spring设计核心思想

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一、初识 Spring

1.1 什么是 Spring

Spring 是一个开源的轻量级 Java 框架，旨在简化 Java 应用程序的开发。它提供了一个全面的编程和配置模型，用于构建各种类型的应用，包括企业级应用和独立的 Java 应用。Spring 的设计理念是基于依赖注入（Dependency Injection）和面向切面编程（Aspect-Oriented Programming），使得应用开发更加模块化、灵活和易于维护。

用一句话概括 Spring 就是：Spring 是一个包含了众多工具的 IoC 容器。

1.2 什么是 容器

所谓容器就是能够盛放东西的器皿，就好像水杯一样。而 Spring 就是一个容器，它的功能就是负责存储和管理应用中的各个组件（Bean），然后在使用的时候从 Spring 中取出需要的 Bean 对象。

1.3 什么是 IoC

IoC，即控制反转（Inversion of Control），是 Spring 框架的核心理念之一。它将应用程序的控制权从开发人员的手中反转，由 Spring 容器负责管理对象的生命周期以及依赖关系。在传统的程序设计中，开发人员需要负责手动创建和管理对象，但是在 IoC 容器中，开发人员只需要定义组件（Bean）的配置元数据，由容器负责实例化、装配和管理这些组件。

二、对 IoC 的深入理解

如果初次理解 IoC，可能会觉得很困难，可以通过下面的例子帮助我们理解 IoC 的作用。

假如，现在需要使用程序来模拟一个简单制造汽车的过程，其实现思路如下：

• 如果要造汽车Car，首先需要有车身Framework；
• 如果需要造车身Framework，首先就需要有地盘Bottom；
• 如果需要造地盘Bottom，首先就需要有轮子Tire。

上述过程，不难发现存在一个依赖链的关系，首先通过传统程序的开发方式，来感受一下其存在的问题。

2.1 传统程序开发方式存在的问题

下面是用传统方式编写的代码：

class Tire {private Integer size = 17;public void init(){System.out.println("do tire: size = " + size);}
}class Bottom {private Tire tire;public Bottom(){this.tire = new Tire();}public void init(){tire.init();System.out.println("do bottom");}
}class Framework {private Bottom bottom;public Framework(){bottom = new Bottom();}public void init(){bottom.init();System.out.println("do framework");}
}class Car {private Framework framework;public Car(){framework = new Framework();}public void init(){framework.init();System.out.println("do car");}
}public class Tradition {public static void main(String[] args) {Car car = new Car();car.init();}
}

在上面的传统写法中，可以发现每个类之间的耦合度非常高，并且每个类都需要管理它所依赖的对象，即掌握着其依赖对象的控制权。此时如果用户的需求改变了，使用的轮子Tire不再是固定的尺寸，而是需要由用户自己输入尺寸的大小，此时Tire类的代码需要更改为：

class Tire {private Integer size = 17;public Tire(int size){this.size = size;}public void init(){System.out.println("do tire: size = " + size);}
}

此时发现，不改不要紧，但是一改问题就来了，由于各个类之间的高耦合性，使得后续所依赖前者的代码都需要进行修改。

class Bottom {private Tire tire;public Bottom(int size){this.tire = new Tire(size);}public void init(){tire.init();System.out.println("do bottom");}
}class Framework {private Bottom bottom;public Framework(int size){bottom = new Bottom(size);}public void init(){bottom.init();System.out.println("do framework");}
}class Car {private Framework framework;public Car(int size){framework = new Framework(size);}public void init(){framework.init();System.out.println("do car");}
}

如果要后续要继续增加 Tire 类的属性，例如color，此时就还要需要从头来进行修改。那么如何解决这个缺陷呢？

上次代码出现这个缺陷的根本原因就在于：当前类将自己所依赖的类的控制权掌握在了自己的手中，即在自己类的内部调用的所依赖类的构造方法。因此解决这个问题的方法也非常简单，那就是不在自己的内部代码中创建所依赖的对象，而是通过参数传递的方式获取这个依赖对象，这就是控制权转移的思想，即 IoC。

2.2 控制反转式程序的开发

下面是转移控制权的代码写法，即将当前类所依赖的对象通过参数的方式进行传入：

class Tire {private Integer size = 17;public Tire(int size) {this.size = size;}public void init() {System.out.println("do tire: size = " + size);}
}class Bottom {private Tire tire;public Bottom(Tire tire) {this.tire = tire;}public void init() {tire.init();System.out.println("do bottom");}
}class Framework {private Bottom bottom;public Framework(Bottom bottom) {this.bottom = bottom;}public void init() {bottom.init();System.out.println("do framework");}
}class Car {private Framework framework;public Car(Framework framework) {this.framework = framework;}public void init() {framework.init();System.out.println("do car");}
}public class IoC {public static void main(String[] args) {Tire tire = new Tire(18, "red");Bottom bottom = new Bottom(tire);Framework framework = new Framework(bottom);Car car = new Car(framework);car.init();}
}

此时，如果用户需求又发生了改变，要求轮子 Tire 的颜色也要自己来挑选，此时更改的代码如下：

class Tire {private Integer size = 17;private String color;public Tire(int size, String color) {this.size = size;this.color = color;}public void init() {System.out.println("do tire: size = " + size + ", color = " + color);}
}

此时，只需要修改 Tire 类和创建 Tire 对象的代码，而不需要对其他代码进行修改。可以发现，即使底层类的改变也不会影响到整个调用链的改变，这样就实现了代码的解耦，从而实现了更加灵活、通用的程序设计方式。

2.3 对比总结

以下是传统代码和 IoC 形式代码的调用过程：

通过对比两种代码的实现方式不难发现：

1. 两种代码中类的创建顺序是相反的：
   • 传统代码的创建顺序是由顶层 Car 类创建到底层 Tire 类，即：Car -> Framework -> Bottom -> Tire；
   • 而 IoC 形式代码的创建顺序则是由底层 Tire 类创建到顶层 Car 类，即：Tire -> Bottom -> Frame -> Car。
2. 传统代码中，当前类掌握着自己所依赖对象的控制权，耦合度非常高，一旦底层代码修改了，整个调用链的代码都会修改。
3. IoC 形式的代码中，当前类通过参数传递的方式，将对所依赖对象的控制权进行反转，即不再有自己掌控，此时无论底层代码如何修改，也不会对整个调用链上的代码造成影响。

三、对 Spring IoC 的理解

“Spring 是一个 包含众多工具的 IoC 容器” 这句话的理解非常重要，因为它揭示了 Spring 框架最核心的功能和优势。在这里，我们可以把 Spring IoC 容器比喻成一个大大的容器，用来存放应用程序中的各种对象（Bean）。这个容器不仅负责对象生命周期的管理，还实现了对象之间的依赖注入（DI），从而实现了控制反转。

既然 Spring 是容器，那么它的核心功能就可以分为两个：

1. 将对象存入容器

• 程序员首先需要创建应用程序中的各种对象（Bean），这些对象代表应用程序中的不同组件和功能模块。
• 然后通过配置文件（如XML、注解或者 Java 配置类）告诉 Spring IoC 容器如何创建这些对象，以及它们之间的依赖关系。
• Spring IoC 容器会根据配置信息，在应用程序启动的时候负责实例化这些对象并存放到容器中，从而完成对象的创建和组装过程。

2. 从容器中取出对象

• 一旦对象被存入了 Spring IoC 容器中，它们就可以在应用程序的其他部分被获取和使用。程序员不需要显示地创建对象，而是从 Spring 容器中直接获取已经创建好的对象来使用。
• 通过依赖注入的方式，Spring IoC 容器会在合适的时候将依赖的对象自动注入到需要它们的地方。

总的来说，Spring IoC 容器负责管理对象的创建、组装和依赖关系，开发人员只需关注对象的定义和配置。通过将对象存入容器并从容器中获取对象，Spring 实现了对象的控制反转，使得应用程序的开发更加简洁、灵活和易于维护。这也是 Spring 框架的核心之一，为开发者提供了一个强大且高度可定制的开发平台。

四、DI 的概念

4.1 什么是 DI

依赖注入（Dependency Injection，DI）是一种实现 IoC 的具体技术，它是 IoC 容器的一种表现形式。在 DI 中，对象之间的依赖关系不再有类自己创建和管理，而是有外部容器（如 Spring）来负责注入依赖的对象。简单来说，DI 就是将一个对象的依赖关系交给外部容器来处理，从而实现对象之间的解耦。

在 DI 中，通常由三种注入方式：

1. 构造方法注入（Constructor Injection）:通过构造函数接收依赖对象，这是最常见的注入方式。
2. Setter 方法注入（Setter Injection）：通过Setter方法设置依赖对象。
3. 属性注入（Field Injection）：通过属性的方式注入依赖对象。

DI 使得对象的依赖关系从代码中移出，变得可配置和灵活。通过使用DI，我们可以在应用程序的不同部分之间实现松耦合，提高代码的可测试性、可维护性和可扩展性。

4.2 DI 与 IoC的关系

DI（依赖注入）和 IoC（控制反转）是紧密相关的概念，通常同时被提及，它们之间的关系可以概括为：

• IoC 是一种设计思想，它将应用程序的控制权从代码内部转移到外部容器。通过 IoC，对象的创建和依赖关系的管理被反转，交由容器来负责管理，而不是由代码显示的控制。
• DI 是实现 IoC 的一种具体技术手段，它是 IoC 的一种表现形式。通过 DI，对象之间的依赖关系由外部容器来注入，而不是由对象自己来创建和管理依赖。

因此，DI 是 IoC 的一部分，它是实现 IoC 的重要手段。Spring 框架正是以 IoC 和 DI 为核心，提供了强大的 IoC 容器和依赖注入机制，从而实现了各种功能，如依赖管理、AOP、事务管理等。通过 IoC 和 DI，Spring 框架实现了松耦合、可配置和可扩展的应用程序开发。