文章目录
- [一. 工厂模式和 DI 容器有何区别？](#一. 工厂模式和 DI 容器有何区别？)
- [二. DI 容器的核心功能有哪些？](#二. DI 容器的核心功能有哪些？)
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- [1. 配置解析：解耦对象创建](#1. 配置解析：解耦对象创建)
- [2. 对象创建](#2. 对象创建)
- [3. 对象的生命周期管理](#3. 对象的生命周期管理)
- [三. 如何实现一个简单的 DI 容器？](#三. 如何实现一个简单的 DI 容器？)
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- [1. 最小原型设计：流程梳理](#1. 最小原型设计：流程梳理)
- [2. 提供执行入口：入口的解耦](#2. 提供执行入口：入口的解耦)
- [3. 配置文件解析：加载配置到对象中](#3. 配置文件解析：加载配置到对象中)
- [4. 核心工厂类设计：利用反射动态创建对象](#4. 核心工厂类设计：利用反射动态创建对象)
设计模式小思考：
梳理清楚业务逻辑之后，比如主流程是什么，流程中第一步、第二步...等每一步都封装到方法、某些步骤需要根据业务有不同的实现，这时使用面向接口编程来解耦对象实现。
通过本文的学习你能够了解DI容器的设计思路，并通过学习它的抽象逻辑，进一步了解面向接口的编程思路
一. 工厂模式和 DI 容器有何区别？
设计思想
实际上，DI 容器底层最基本的设计思路就是基于工厂模式的。DI 容器相当于一个大的工厂类，负责在程序启动的时候，根据配置（要创建哪些类对象，每个类对象的创建需要依赖哪些其他类对象）事先创建好对象。当应用程序需要使用某个类对象的时候，直接从容器中获取即可。正是因为它持有一堆对象，所以这个框架才被称为"容器"。
对象规模
DI 容器相对于我们上节课讲的工厂模式的例子来说，它处理的是更大的对象创建工程。上节课讲的工厂模式中，一个工厂类只负责某个类对象或者某一组相关类对象（继承自同一抽象类或者接口的子类）的创建，而 DI 容器负责的是整个应用中所有类对象的创建。
负责的工作
除此之外，DI 容器负责的事情要比单纯的工厂模式要多。比如，它还包括配置的解析、对象生命周期的管理。接下来，我们就详细讲讲，一个简单的 DI 容器应该包含哪些核心功能。
二. DI 容器的核心功能有哪些？
总结一下，一个简单的 DI 容器的核心功能一般有三个：配置解析、对象创建和对象生命周期管理。
1. 配置解析：解耦对象创建
作为一个通用的框架来说，框架代码跟应用代码应该是高度解耦的，DI 容器事先并不知道应用会创建哪些对象，不可能把某个应用要创建的对象写死在框架代码中。
我们可以将需要由 DI 容器来创建的类对象和创建类对象的必要信息（使用哪个构造函数以及对应的构造函数参数都是什么等等），放到配置文件中。容器读取配置文件，根据配置文件提供的信息来创建对象。
下面是一个典型的 Spring 容器的配置文件。
Spring 容器读取这个配置文件，解析出要创建的两个对象：rateLimiter 和 redisCounter，并且得到两者的依赖关系：rateLimiter 依赖 redisCounter。
java
public class RateLimiter {
private RedisCounter redisCounter;
public RateLimiter(RedisCounter redisCounter) {
this.redisCounter = redisCounter;
}
public void test() {
System.out.println("Hello World!");
}
//...
}
public class RedisCounter {
private String ipAddress;
private int port;
public RedisCounter(String ipAddress, int port) {
this.ipAddress = ipAddress;
this.port = port;
}
//...
}
配置文件beans.xml：
<beans>
<bean id="rateLimiter" class="com.xzg.RateLimiter">
<constructor-arg ref="redisCounter"/>
</bean>
<bean id="redisCounter" class="com.xzg.redisCounter">
<constructor-arg type="String" value="127.0.0.1">
<constructor-arg type="int" value=1234>
</bean>
</beans>2. 对象创建
对于对象创建，我们提供一个工厂类，将所有对象的创建都放到这一个工厂类中，比如 BeansFactory。
代码线性膨胀问题：如果要创建的对象非常多，我们可以使用反射机制，在程序运行的过程中，动态的加载类、创建对象，不需要在代码中写死要创建哪些对象。所以，不管是创建一个对象还是十个对象，BeansFactory
工厂类代码都是一样的。
3. 对象的生命周期管理
生命周期大致我们可以做如下事情：
根据scope来确定每次返回新的对象还是事先建立好的（单例）对象。 scope=prototype 表示返回新创建的对象，scope=singleton 表示返回单例对象。
配置对象是否支持懒加载。如果 lazy-init=true，对象在真正被使用到的时候才被被创建。
创建后和销毁前。我们还可以配置对象的 init-method 和 destroy-method 方法，比如 init-method=loadProperties()，destroy-method=updateConfigFile()。
- DI 容器在创建好对象之后，会主动调用 init-method 属性指定的方法来初始化对象。
- 在对象被最终销毁之前，DI 容器会主动调用 destroy-method 属性指定的方法来做一些清理工作，比如释放数据库连接池、关闭文件。
三. 如何实现一个简单的 DI 容器？
核心逻辑只需要包括这样两个部分：配置文件解析、根据配置文件通过"反射"语法来创建对象。
1. 最小原型设计：流程梳理
java
配置文件beans.xml
<beans>
<bean id="rateLimiter" class="com.xzg.RateLimiter">
<constructor-arg ref="redisCounter"/>
</bean>
<bean id="redisCounter" class="com.xzg.redisCounter" scope="singleton" lazy-init="true">
<constructor-arg type="String" value="127.0.0.1">
<constructor-arg type="int" value=1234>
</bean>
</bean>最小原型的使用方式跟 Spring 框架非常类似，示例代码如下所示：
java
public class Demo {
public static void main(String[] args) {
ApplicationContext applicationContext = new ClassPathXmlApplicationContext(
"beans.xml");
RateLimiter rateLimiter = (RateLimiter) applicationContext.getBean("rateLimiter");
rateLimiter.test();
//...
}
}2. 提供执行入口：入口的解耦
通过刚刚的最小原型使用示例代码，我们可以看出，执行入口主要包含两部分：ApplicationContext 和 ClassPathXmlApplicationContext。其中，ApplicationContext 是接口，ClassPathXmlApplicationContext 是接口的实现类。两个类具体实现如下所示：
java
public interface ApplicationContext {
Object getBean(String beanId);
}
public class ClassPathXmlApplicationContext implements ApplicationContext {
private BeansFactory beansFactory;
private BeanConfigParser beanConfigParser;
public ClassPathXmlApplicationContext(String configLocation) {
this.beansFactory = new BeansFactory();
this.beanConfigParser = new XmlBeanConfigParser();
loadBeanDefinitions(configLocation);
}
private void loadBeanDefinitions(String configLocation) {
InputStream in = null;
try {
// 加载配置文件中涉及到的类，并解析
in = this.getClass().getResourceAsStream("/" + configLocation);
if (in == null) {
throw new RuntimeException("Can not find config file: " + configLocation);
}
List<BeanDefinition> beanDefinitions = beanConfigParser.parse(in);
// 添加类到beansFactory，以便调用gebean获取实例
beansFactory.addBeanDefinitions(beanDefinitions);
} finally {
if (in != null) {
try {
in.close();
} catch (IOException e) {
// TODO: log error
}
}
}
}
@Override
public Object getBean(String beanId) {
return beansFactory.getBean(beanId);
}
}代码流程：从 classpath 中加载 XML 格式的配置文件，通过 BeanConfigParser 解析为统一的 BeanDefinition 格式，然后，BeansFactory 根据 BeanDefinition 来创建对象。
3. 配置文件解析：加载配置到对象中
配置文件解析主要是 BeanConfigParser 接口负责将配置文件解析为 BeanDefinition 结构，以便 BeansFactory 根据这个结构来创建对象。
具体的代码框架如下所示：
java
public interface BeanConfigParser {
List<BeanDefinition> parse(InputStream inputStream);
List<BeanDefinition> parse(String configContent);
}
public class XmlBeanConfigParser implements BeanConfigParser {
@Override
public List<BeanDefinition> parse(InputStream inputStream) {
String content = null;
// TODO:...
return parse(content);
}
@Override
public List<BeanDefinition> parse(String configContent) {
List<BeanDefinition> beanDefinitions = new ArrayList<>();
// TODO:...
return beanDefinitions;
}
}
public class BeanDefinition {
private String id;
private String className;
private List<ConstructorArg> constructorArgs = new ArrayList<>();
private Scope scope = Scope.SINGLETON;
private boolean lazyInit = false;
// 省略必要的getter/setter/constructors
public boolean isSingleton() {
return scope.equals(Scope.SINGLETON);
}
public static enum Scope {
SINGLETON,
PROTOTYPE
}
public static class ConstructorArg {
private boolean isRef;
private Class type;
private Object arg;
// 省略必要的getter/setter/constructors
}
}4. 核心工厂类设计：利用反射动态创建对象
BeansFactory负责根据从配置文件解析得到的 BeanDefinition 来创建对象。
- 如果对象的 scope 属性是 singleton，那对象创建之后会缓存 map 中，下次再请求此对象的时候，直接从 map 中取出返回。
- 如果对象的 scope 属性是 prototype，那每次请求对象，BeansFactory 都会创建一个新的对象返回。
BeansFactory 创建对象用到的主要技术点就是 Java 中的反射语法：一种动态加载类和创建对象的机制。
因为此时对象的创建是放到配置文件中，我们需要在程序运行期间，动态地根据配置文件来加载类、创建对象，所以我们可以利用 Java 提供的反射语法自己去编写代码。
具体代码实现如下所示：
java
public class BeansFactory {
private ConcurrentHashMap<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>();
private ConcurrentHashMap<String, BeanDefinition> beanDefinitions = new ConcurrentHashMap<>();
public void addBeanDefinitions(List<BeanDefinition> beanDefinitionList) {
for (BeanDefinition beanDefinition : beanDefinitionList) {
this.beanDefinitions.putIfAbsent(beanDefinition.getId(), beanDefinition);
}
for (BeanDefinition beanDefinition : beanDefinitionList) {
if (beanDefinition.isLazyInit() == false && beanDefinition.isSingleton()) {
createBean(beanDefinition);
}
}
}
public Object getBean(String beanId) {
BeanDefinition beanDefinition = beanDefinitions.get(beanId);
if (beanDefinition == null) {
throw new NoSuchBeanDefinitionException("Bean is not defined: " + beanId);
}
return createBean(beanDefinition);
}
//根据从xml文件中解析到的beanDefinition，利用反射创建对象。
@VisibleForTesting
protected Object createBean(BeanDefinition beanDefinition) {
//1. 单例并且包含则直接返回
if (beanDefinition.isSingleton() && singletonObjects.contains(beanDefinition.getId())) {
return singletonObjects.get(beanDefinition.getId());
}
//2. 利用反射创建对象
Object bean = null;
try {
Class beanClass = Class.forName(beanDefinition.getClassName());
List<BeanDefinition.ConstructorArg> args = beanDefinition.getConstructorArgs();
if (args.isEmpty()) {
bean = beanClass.newInstance();
} else {
Class[] argClasses = new Class[args.size()];
Object[] argObjects = new Object[args.size()];
for (int i = 0; i < args.size(); ++i) {
BeanDefinition.ConstructorArg arg = args.get(i);
if (!arg.getIsRef()) {
argClasses[i] = arg.getType();
argObjects[i] = arg.getArg();
} else {
BeanDefinition refBeanDefinition = beanDefinitions.get(arg.getArg());
if (refBeanDefinition == null) {
throw new NoSuchBeanDefinitionException("Bean is not defined: " + arg.getArg());
}
argClasses[i] = Class.forName(refBeanDefinition.getClassName());
argObjects[i] = createBean(refBeanDefinition);
}
}
bean = beanClass.getConstructor(argClasses).newInstance(argObjects);
}
} catch (ClassNotFoundException | IllegalAccessException
| InstantiationException | NoSuchMethodException | InvocationTargetException e) {
throw new BeanCreationFailureException("", e);
}
//3. 再次判断是否是单例，并始终从map中获取实例
if (bean != null && beanDefinition.isSingleton()) {
singletonObjects.putIfAbsent(beanDefinition.getId(), bean);
return singletonObjects.get(beanDefinition.getId());
}
return bean;
}
}参考：王争--《设计模式之美》