从 0 开始理解 Spring 的核心思想 —— IoC 和 DI(2)

callJJ2025-09-27 2:05

前言

大家好,距离我上次更新已经过去了3个多月,很抱歉拖更了三个月. 这几个月我因为一些琐事缺少更新的动力, 但是我并没有停止学习, 我依然花时间在锻炼自己的技术栈, 这次更新希望还有读者能支持我

这次我将接着讨论 IoC 和 DI,希望对大家有帮助.

上篇博客我们讨论了一些传统开发的痛点和Spring框架带来的革命性变化------从繁琐的手动对象创建到优雅的自动依赖注入。相信你已经对Spring的魅力有了初步的认识。

今天，我们将揭开Spring"魔法"背后的神秘面纱，深入探讨IoC（控制反转）和DI（依赖注入）这两个核心概念。理解了它们，你就真正掌握了Spring的灵魂！

本博客参考了 小林coding 和一些大佬的博客, 附上我自己的思考.

什么是IoC（控制反转）？

从"买菜做饭"说起

想象一下你要做一顿丰盛的晚餐：

传统方式（主动控制）：

java 复制代码 
// 就像你亲自买菜做饭
public class Chef {
    private Vegetable vegetable;
    private Meat meat;
    private Rice rice;
    
    public Chef() {
        // 自己去买菜（创建依赖）
        this.vegetable = new Vegetable("白菜");
        this.meat = new Meat("猪肉");
        this.rice = new Rice("大米");
    }
    
    public void cookDinner() {
        // 自己做饭
        System.out.println("用" + vegetable.getName() + "、" + 
                          meat.getName() + "、" + rice.getName() + "做晚餐");
    }
}

IoC方式（被动接收）：

java 复制代码 
// 就像有人把食材直接送到你手上
@Component
public class Chef {
    @Autowired
    private Vegetable vegetable;  // 有人帮你准备好
    @Autowired
    private Meat meat;
    @Autowired
    private Rice rice;
    
    public void cookDinner() {
        // 专心做饭就行了
        System.out.println("用" + vegetable.getName() + "、" + 
                          meat.getName() + "、" + rice.getName() + "做晚餐");
    }
}

IoC的本质理解

控制反转的"控制"指的是什么？

  • 对象的创建控制权
  • 对象的生命周期管理控制权
  • 对象之间的依赖关系控制权

"反转"又体现在哪里？

传统方式 IoC方式
对象主动创建依赖 容器主动注入依赖
程序员控制对象生命周期 Spring容器控制对象生命周期
硬编码依赖关系 配置化依赖关系

一个生动的类比

把IoC想象成一个高级餐厅的服务模式：

java 复制代码 
// 传统方式：像快餐店，什么都要自己来
public class FastFoodCustomer {
    public void eat() {
        // 自己排队点餐
        Food food = new Hamburger();
        // 自己找座位
        Seat seat = new Seat();
        // 自己倒水
        Drink drink = new Coke();
        
        // 终于可以吃了...
    }
}

// IoC方式：像高级餐厅，专人服务
@Component
public class RestaurantCustomer {
    @Autowired
    private Food food;        // 服务员帮你点餐
    @Autowired  
    private Seat seat;        // 服务员安排座位
    @Autowired
    private Drink drink;      // 服务员倒水
    
    public void eat() {
        // 专心享用美食就行了！
    }
}

什么是DI（依赖注入）？

DI是IoC的具体实现

如果说IoC是一种设计思想，那么DI就是这种思想的具体实现方式。

依赖注入的三种方式：

1. 构造器注入（Constructor Injection）
java 复制代码 
@Service
public class OrderService {
    private final PaymentService paymentService;
    private final InventoryService inventoryService;
    
    // 构造器注入：在对象创建时就注入依赖
    public OrderService(PaymentService paymentService, 
                       InventoryService inventoryService) {
        this.paymentService = paymentService;
        this.inventoryService = inventoryService;
    }
}

优点：

  • 保证依赖不为null
  • 支持final字段
  • 便于单元测试
2. Setter注入（Setter Injection）
java 复制代码 
@Service
public class OrderService {
    private PaymentService paymentService;
    private InventoryService inventoryService;
    
    // Setter注入：通过setter方法注入依赖
    @Autowired
    public void setPaymentService(PaymentService paymentService) {
        this.paymentService = paymentService;
    }
    
    @Autowired
    public void setInventoryService(InventoryService inventoryService) {
        this.inventoryService = inventoryService;
    }
}
3. 字段注入（Field Injection）
java 复制代码 
@Service
public class OrderService {
    // 字段注入：直接在字段上注入（最常用）
    @Autowired
    private PaymentService paymentService;
    
    @Autowired
    private InventoryService inventoryService;
}

DI的工作原理图解

复制代码 
┌─────────────────────────────────────────────────┐
│                Spring容器                        │
│  ┌─────────────┐    ┌─────────────┐            │
│  │OrderService │    │PaymentService│            │
│  │             │    │             │            │
│  └─────────────┘    └─────────────┘            │
│         │                   │                  │
│         └─────── 自动注入 ────┘                  │
│                                                 │
│  ┌─────────────┐    ┌─────────────┐            │
│  │UserService  │    │EmailService │            │
│  │             │    │             │            │
│  └─────────────┘    └─────────────┘            │
└─────────────────────────────────────────────────┘

深入理解：Spring容器是如何工作的？

Spring容器的启动过程

java 复制代码 
// 模拟Spring容器的简化版本
public class SimpleSpringContainer {
    private Map<String, Object> beans = new HashMap<>();
    
    public void start() {
        // 1. 扫描所有带@Component注解的类
        scanComponents();
        
        // 2. 创建对象实例
        createInstances();
        
        // 3. 注入依赖关系
        injectDependencies();
        
        // 4. 初始化回调
        callInitMethods();
    }
    
    private void scanComponents() {
        // 扫描classpath下的所有类
        // 找到带有@Service, @Component等注解的类
    }
    
    private void createInstances() {
        // 使用反射创建对象实例
        // Class.forName().newInstance()
    }
    
    private void injectDependencies() {
        // 分析依赖关系
        // 将依赖的对象注入到目标对象中
    }
}

一个完整的实战例子

让我们用一个完整的电商系统来演示IoC和DI的威力：

java 复制代码 
// 用户服务
@Service
public class UserService {
    @Autowired
    private UserRepository userRepository;
    
    public User findUser(Long userId) {
        return userRepository.findById(userId);
    }
}

// 商品服务
@Service  
public class ProductService {
    @Autowired
    private ProductRepository productRepository;
    
    public Product findProduct(Long productId) {
        return productRepository.findById(productId);
    }
}

// 库存服务
@Service
public class InventoryService {
    public boolean checkStock(Long productId, int quantity) {
        // 检查库存逻辑
        return true;
    }
    
    public void deductStock(Long productId, int quantity) {
        System.out.println("扣减商品" + productId + "库存" + quantity);
    }
}

// 支付服务
@Service
public class PaymentService {
    public void processPayment(Order order) {
        System.out.println("处理订单支付：" + order.getTotalAmount());
    }
}

// 邮件服务
@Service
public class EmailService {
    public void sendOrderConfirmation(Order order) {
        System.out.println("发送订单确认邮件给：" + order.getUserEmail());
    }
}

// 核心的订单服务
@Service
public class OrderService {
    // 看！多么简洁！没有任何对象创建代码
    @Autowired
    private UserService userService;
    
    @Autowired
    private ProductService productService;
    
    @Autowired
    private InventoryService inventoryService;
    
    @Autowired
    private PaymentService paymentService;
    
    @Autowired
    private EmailService emailService;
    
    public void createOrder(Long userId, Long productId, int quantity) {
        // 1. 验证用户
        User user = userService.findUser(userId);
        if (user == null) {
            throw new RuntimeException("用户不存在");
        }
        
        // 2. 验证商品
        Product product = productService.findProduct(productId);
        if (product == null) {
            throw new RuntimeException("商品不存在");
        }
        
        // 3. 检查库存
        if (!inventoryService.checkStock(productId, quantity)) {
            throw new RuntimeException("库存不足");
        }
        
        // 4. 创建订单
        Order order = new Order();
        order.setUserId(userId);
        order.setProductId(productId);
        order.setQuantity(quantity);
        order.setTotalAmount(product.getPrice() * quantity);
        order.setUserEmail(user.getEmail());
        
        // 5. 扣减库存
        inventoryService.deductStock(productId, quantity);
        
        // 6. 处理支付
        paymentService.processPayment(order);
        
        // 7. 发送确认邮件
        emailService.sendOrderConfirmation(order);
        
        System.out.println("订单创建成功！订单号：" + order.getOrderId());
    }
}

// 启动类
@SpringBootApplication
public class ECommerceApplication {
    public static void main(String[] args) {
        ApplicationContext context = SpringApplication.run(ECommerceApplication.class, args);
        
        // 从容器中获取OrderService
        OrderService orderService = context.getBean(OrderService.class);
        
        // 执行业务逻辑
        orderService.createOrder(1L, 100L, 2);
    }
}

IoC和DI带来的巨大优势

1. 代码简洁性对比

传统方式：

java 复制代码 
public class OrderService {
    public OrderService() {
        // 20行对象创建代码
        this.userService = new UserService();
        this.productService = new ProductService();
        // ... 更多依赖创建
    }
    
    public void createOrder() {
        // 5行业务逻辑
    }
}

Spring方式：

java 复制代码 
@Service
public class OrderService {
    @Autowired private UserService userService;
    @Autowired private ProductService productService;
    
    public void createOrder() {
        // 5行业务逻辑（专注核心）
    }
}

2. 可测试性飞跃

传统方式测试：

java 复制代码 
// 测试代码比业务代码还复杂
public class OrderServiceTest {
    @Test
    public void testCreateOrder() {
        // 需要创建所有依赖的真实对象
        UserService userService = new UserService();
        ProductService productService = new ProductService();
        // ... 创建一堆依赖
        
        OrderService orderService = new OrderService();
        // 测试逻辑...
    }
}

Spring方式测试：

java 复制代码 
@ExtendWith(SpringExtension.class)
class OrderServiceTest {
    @Mock
    private UserService userService;
    
    @Mock  
    private ProductService productService;
    
    @InjectMocks
    private OrderService orderService;
    
    @Test
    void testCreateOrder() {
        // 轻松mock，专注测试逻辑
        when(userService.findUser(1L)).thenReturn(mockUser);
        when(productService.findProduct(100L)).thenReturn(mockProduct);
        
        orderService.createOrder(1L, 100L, 2);
        
        verify(userService).findUser(1L);
        verify(productService).findProduct(100L);
    }
}

3. 配置的灵活性

java 复制代码 
// 开发环境配置
@Configuration
@Profile("dev")
public class DevConfig {
    @Bean
    public PaymentService paymentService() {
        return new MockPaymentService(); // 使用模拟支付
    }
}

// 生产环境配置
@Configuration
@Profile("prod")
public class ProdConfig {
    @Bean
    public PaymentService paymentService() {
        return new RealPaymentService(); // 使用真实支付
    }
}

常见面试题深度解析

Q1: IoC和DI的区别是什么？

标准答案：

  • **IoC（控制反转）**是一种设计思想，强调将对象的创建和管理权交给外部容器
  • **DI（依赖注入）**是IoC的具体实现方式，通过注入的方式来提供依赖对象

深入理解：

java 复制代码 
// IoC思想：我不创建依赖，由容器提供
public interface PaymentService {
    void pay(Order order);
}

// DI实现：具体怎么注入依赖
@Service
public class OrderService {
    @Autowired // DI的具体实现方式
    private PaymentService paymentService;
}

Q2: Spring是怎么解决循环依赖的？

这是一个高频面试题，涉及Spring的三级缓存机制：

java 复制代码 
// 假设A依赖B，B依赖A
@Service
public class ServiceA {
    @Autowired
    private ServiceB serviceB;
}

@Service  
public class ServiceB {
    @Autowired
    private ServiceA serviceA;
}

Spring的解决方案：

  1. 一级缓存（singletonObjects）：存放完全初始化好的单例对象
  2. 二级缓存（earlySingletonObjects）：存放原始的bean对象（未填充属性）
  3. 三级缓存（singletonFactories）：存放bean工厂对象

总结：IoC和DI的精髓

通过今天的深入学习，我们可以总结出IoC和DI的核心价值：

核心思想

  • 控制反转：让Spring容器来管理对象，而不是程序员手动管理
  • 依赖注入：让Spring自动注入依赖，而不是硬编码创建

带来的好处

  1. 代码更简洁：专注业务逻辑，而非基础设施
  2. 耦合度更低：依赖于接口而非具体实现
  3. 可测试性更强：轻松mock依赖进行单元测试
  4. 可维护性更好：配置化管理依赖关系
  5. 可扩展性更强：轻松替换不同的实现

记住这个类比

把IoC容器想象成一个智能管家：

  • 你告诉管家你需要什么（通过注解）
  • 管家帮你准备好一切（对象创建和依赖注入）
  • 你专心做你的事情（编写业务逻辑）

Spring的魔法其实不是魔法

Spring的"魔法"背后是深刻的设计思想和精妙的技术实现：

  • 反射机制：动态创建对象
  • 注解处理：标识需要管理的组件
  • 依赖分析：构建对象间的依赖关系图
  • 生命周期管理：统一管理对象的创建、初始化、销毁

写在结尾

笔者将不定期更新,谢谢大家

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