Spring框架入门：深入理解Spring DI的注入方式

引言

在现代 Java 企业级开发中，Spring 框架 几乎已成为事实上的标准。其核心思想之一------控制反转（Inversion of Control, IoC） ，通过依赖注入（Dependency Injection, DI） 的方式得以实现。DI 不仅降低了组件之间的耦合度，还极大地提升了代码的可测试性、可维护性和可扩展性。

然而，对于初学者而言，Spring 提供了多种 DI 注入方式（如构造器注入、Setter 注入、字段注入等），每种方式都有其适用场景、优缺点和最佳实践。若选择不当，可能导致代码难以维护、测试困难，甚至引发运行时错误。

本文将系统性地讲解 Spring DI 的各种注入方式，涵盖以下内容：

1. 什么是依赖注入？为什么需要它？
2. Spring 支持的三种主要注入方式详解
   • 构造器注入（Constructor Injection）
   • Setter 方法注入（Setter Injection）
   • 字段注入（Field Injection）
3. 基于注解与 XML 配置的实现对比
4. @Autowired、@Resource、@Inject 的区别
5. 循环依赖问题及其解决方案
6. Spring 官方推荐的最佳实践
7. 实战案例分析
8. Spring Boot 中的 DI 使用差异

无论你是刚接触 Spring 的新手，还是希望深入理解 DI 机制的中级开发者，本文都将为你提供清晰、全面且实用的指导。

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第一章：依赖注入（DI）的基本概念

1.1 什么是依赖注入？

依赖注入（Dependency Injection） 是控制反转（IoC）的一种实现方式。它的核心思想是：对象的依赖关系不由对象自身创建或查找，而是由外部容器（如 Spring）在运行时动态注入。

传统方式（高耦合）：

public class OrderService {
    private PaymentService paymentService = new AlipayPaymentService(); // 紧耦合
}

使用 DI（低耦合）：

public class OrderService {
    private PaymentService paymentService;

    public OrderService(PaymentService paymentService) {
        this.paymentService = paymentService; // 由外部传入
    }
}

此时，OrderService 不再关心 PaymentService 的具体实现，只需定义接口契约。Spring 容器负责在运行时提供具体的实现类（如 AlipayPaymentService 或 WechatPaymentService）。

1.2 为什么需要 DI？

• 解耦：组件之间不再硬编码依赖，便于替换实现。
• 可测试性：单元测试时可轻松注入 Mock 对象。
• 配置灵活性：通过配置文件或注解即可切换不同实现，无需修改代码。
• 生命周期管理：Spring 统一管理 Bean 的创建、初始化和销毁。

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第二章：Spring 支持的三种主要注入方式

Spring 支持三种主流的依赖注入方式：构造器注入 、Setter 注入 和 字段注入。它们在语义、安全性、可测试性等方面存在显著差异。

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2.1 构造器注入（Constructor Injection）

2.1.1 定义

通过类的构造函数传递依赖项。Spring 在创建 Bean 时调用该构造函数完成注入。

2.1.2 注解实现（推荐）

@Service
public class OrderService {

    private final PaymentService paymentService;
    private final InventoryService inventoryService;

    public OrderService(PaymentService paymentService, 
                        InventoryService inventoryService) {
        this.paymentService = paymentService;
        this.inventoryService = inventoryService;
    }

    // 业务方法...
}

注意 ：从 Spring 4.3 开始，若类只有一个构造函数，@Autowired 可省略。

2.1.3 XML 实现

<bean id="orderService" class="com.example.OrderService">
    <constructor-arg ref="paymentService"/>
    <constructor-arg ref="inventoryService"/>
</bean>

2.1.4 优点

• 强制依赖 ：确保所有必需依赖在对象创建时即被注入，避免 NullPointerException。
• 不可变性 ：依赖项可声明为 final，保证线程安全。
• 易于测试 ：直接通过 new OrderService(mockPayment, mockInventory) 即可构造对象。
• 符合单一职责原则：若构造函数参数过多（>3），说明类职责过重，需重构。

2.1.5 缺点

• 对于可选依赖，需提供多个构造函数（不推荐）。
• 在存在循环依赖时可能报错（见第五章）。

2.1.6 Spring 官方态度

Spring 官方文档明确推荐：优先使用构造器注入 。

原因：它能保证组件在完全初始化后才被使用。

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2.2 Setter 方法注入（Setter Injection）

2.2.1 定义

通过公共的 setter 方法注入依赖。Spring 在 Bean 实例化后调用这些方法。

2.2.2 注解实现

@Service
public class OrderService {

    private PaymentService paymentService;
    private NotificationService notificationService;

    @Autowired
    public void setPaymentService(PaymentService paymentService) {
        this.paymentService = paymentService;
    }

    @Autowired
    public void setNotificationService(NotificationService notificationService) {
        this.notificationService = notificationService;
    }
}

2.2.3 XML 实现

<bean id="orderService" class="com.example.OrderService">
    <property name="paymentService" ref="paymentService"/>
    <property name="notificationService" ref="notificationService"/>
</bean>

2.2.4 优点

• 支持可选依赖：某些依赖可在运行时动态设置或更改。
• 适用于循环依赖：Spring 能通过"提前暴露引用"解决部分循环依赖问题。
• 兼容旧代码：许多遗留系统采用此方式。

2.2.5 缺点

• 对象可能处于不完整状态：若 setter 未被调用，依赖为 null。
• 无法保证不可变性 ：依赖项不能设为 final。
• 测试稍复杂：需先构造对象，再逐个调用 setter。

2.2.6 适用场景

• 可选依赖（如日志服务、监控插件）。
• 需要在运行时重新配置依赖的场景（罕见）。

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2.3 字段注入（Field Injection）

2.3.1 定义

直接在字段上使用 @Autowired 注解，由 Spring 反射注入。

2.3.2 实现方式

@Service
public class OrderService {

    @Autowired
    private PaymentService paymentService;

    @Autowired
    private InventoryService inventoryService;
}

这是目前最常见但也最具争议的方式。

2.3.3 优点

• 代码简洁：无需构造函数或 setter，减少样板代码。
• 开发速度快：IDE 自动生成字段注入非常方便。

2.3.4 缺点（严重！）

• 违反封装原则：私有字段被外部强制修改。
• 无法用于 final 字段：失去不可变性保障。
• 单元测试困难：必须依赖 Spring 容器或使用反射才能注入 Mock。
• 隐藏依赖关系：从类签名无法看出其依赖项，降低可读性。
• 无法在非 Spring 环境中使用：如普通 Java 应用、静态工具类。

2.3.5 官方与社区态度

• Spring 官方不推荐字段注入，仅作为"便捷选项"。
• Google、阿里巴巴等大厂编码规范明确禁止字段注入。
• 《Effective Java》作者 Joshua Bloch 强烈反对通过反射破坏封装。

✅ 建议：仅在简单 Demo 或临时调试时使用，生产代码应避免。

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第三章：基于注解 vs XML 配置的 DI 实现

3.1 注解驱动（Annotation-based）

优势：

• 代码与配置一体化，直观。
• 减少 XML 文件数量，适合微服务架构。
• 支持 @ComponentScan 自动发现 Bean。

示例：

@Configuration
@ComponentScan("com.example")
public class AppConfig {}

3.2 XML 配置（XML-based）

优势：

• 配置集中管理，无需修改 Java 代码即可切换实现。
• 适合大型团队协作（开发与运维分离）。
• 更强的表达能力（如复杂的集合注入、SpEL 表达式）。

示例：

<beans>
    <context:component-scan base-package="com.example"/>
    
    <bean id="paymentService" class="com.example.AlipayPaymentService"/>
    
    <bean id="orderService" class="com.example.OrderService">
        <constructor-arg ref="paymentService"/>
    </bean>
</beans>

3.3 混合使用

Spring 允许注解与 XML 混合使用，例如：

• 核心服务用 XML 配置；
• 业务模块用注解自动扫描。

但建议统一风格，避免维护混乱。

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第四章：@Autowired、@Resource、@Inject 的区别

Spring 支持多种注入注解，它们来源不同，行为略有差异。

注解	来源	匹配策略	是否 Spring 特有
@Autowired	Spring	By Type （类型匹配），可用 @Qualifier 指定名称	是
@Resource	JSR-250（Java 标准）	By Name（默认按字段名），找不到则 By Type	否
@Inject	JSR-330（Java 标准）	By Type ，需配合 @Named 指定名称	否

4.1 @Autowired（最常用）

@Autowired
private PaymentService paymentService; // 按类型查找

@Autowired
@Qualifier("alipayPaymentService")
private PaymentService paymentService; // 指定 Bean 名称

4.2 @Resource（Java 标准）

@Resource
private PaymentService paymentService; // 默认查找名为 "paymentService" 的 Bean

@Resource(name = "wechatPaymentService")
private PaymentService wechatPay;

4.3 @Inject（JSR-330）

需引入 javax.inject 依赖：

<dependency>
    <groupId>javax.inject</groupId>
    <artifactId>javax.inject</artifactId>
    <version>1</version>
</dependency>

@Inject
@Named("alipayPaymentService")
private PaymentService paymentService;

4.4 如何选择？

• Spring 项目 ：优先使用 @Autowired（功能最全，支持 required=false）。
• 跨框架兼容 ：使用 @Inject（如同时使用 Guice）。
• 习惯按名称注入 ：可使用 @Resource。

⚠️ 注意：@Autowired 默认要求依赖必须存在，否则启动失败。可通过 @Autowired(required = false) 关闭。

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第五章：循环依赖问题及其解决方案

5.1 什么是循环依赖？

两个或多个 Bean 相互依赖，形成闭环：

@Service
public class A {
    @Autowired
    private B b;
}

@Service
public class B {
    @Autowired
    private A a;
}

5.2 Spring 如何处理？

Spring 通过三级缓存 机制解决单例 Bean 的 setter 循环依赖：

1. 一级缓存（singletonObjects）：存放完全初始化的 Bean。
2. 二级缓存（earlySingletonObjects）：存放早期暴露的 Bean（尚未完成属性注入）。
3. 三级缓存（singletonFactories）：存放 ObjectFactory，用于生成代理对象。

流程简述：

• 创建 A 时，发现依赖 B；
• 暂存 A 的 ObjectFactory 到三级缓存；
• 转去创建 B；
• B 发现依赖 A，从三级缓存获取 A 的早期引用；
• B 初始化完成，放入一级缓存；
• 回到 A，注入 B，完成初始化。

✅ 结论 ：setter 注入 + 单例 可解决循环依赖。

5.3 构造器注入的循环依赖

public class A {
    public A(B b) { ... }
}

public class B {
    public B(A a) { ... }
}

Spring 无法解决！因为构造器要求所有依赖必须先存在，形成死锁。

报错：

BeanCurrentlyInCreationException: Circular reference involving...

5.4 解决方案

1. 重构代码：打破循环，引入中介者模式或事件驱动。

2. 改用 setter 注入（不推荐，掩盖设计问题）。

3. 使用 @Lazy 延迟加载：

   @Service
   public class A {
   public A(@Lazy B b) {
   this.b = b;
   }
   }

最佳实践：循环依赖通常是设计缺陷的信号，应优先考虑重构。

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第六章：Spring 官方推荐的最佳实践

根据 Spring 官方文档 和社区共识：

✅ 推荐做法：

1. 优先使用构造器注入：用于必需依赖。
2. 使用 setter 注入：用于可选依赖。
3. 避免字段注入：尤其在生产代码中。
4. 依赖项声明为 final：保证不可变性。
5. 限制构造函数参数数量（≤3）：超过则考虑聚合或拆分类。
6. 使用接口编程：依赖抽象而非具体实现。

❌ 反模式：

• 在 singleton Bean 中保存可变状态。
• 过度使用 @Autowired(required = false)。
• 忽视循环依赖的设计问题。

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第七章：实战案例

案例：订单处理系统

需求：

• 订单服务依赖支付、库存、通知三个服务。
• 支付和库存为必需依赖，通知为可选。

正确实现（构造器 + setter）：

@Service
public class OrderService {

    private final PaymentService paymentService;
    private final InventoryService inventoryService;
    private NotificationService notificationService; // 可选

    // 必需依赖通过构造器注入
    public OrderService(PaymentService paymentService, 
                        InventoryService inventoryService) {
        this.paymentService = paymentService;
        this.inventoryService = inventoryService;
    }

    // 可选依赖通过 setter 注入
    @Autowired(required = false)
    public void setNotificationService(NotificationService notificationService) {
        this.notificationService = notificationService;
    }

    public void placeOrder(Order order) {
        paymentService.charge(order.getAmount());
        inventoryService.reduceStock(order.getItems());
        if (notificationService != null) {
            notificationService.sendConfirmation(order.getUserId());
        }
    }
}

✅ 优点：

• 必需依赖不可为空；
• 可选依赖灵活配置；
• 易于单元测试；
• 符合 Spring 最佳实践。

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第八章：Spring Boot 中的 DI 差异

Spring Boot 延续了 Spring 的 DI 机制，但在使用上有以下特点：

8.1 自动配置简化注入

• @SpringBootApplication 自动启用组件扫描。
• Starter 依赖自动注册常用 Bean（如 DataSource、RestTemplate）。

8.2 构造器注入成为主流

• Spring Boot 官方示例大量使用构造器注入。

• Lombok 的 @RequiredArgsConstructor 进一步简化代码：

  @Service
  @RequiredArgsConstructor
  public class OrderService {
  private final PaymentService paymentService;
  private final InventoryService inventoryService;
  }

8.3 测试支持更完善

• @SpringBootTest 支持完整上下文注入。

• @MockBean 可轻松替换依赖：

  @SpringBootTest
  class OrderServiceTest {

    @MockBean
    private PaymentService paymentService;
  
    @Autowired
    private OrderService orderService;
  
    @Test
    void testPlaceOrder() {
        when(paymentService.charge(any())).thenReturn(true);
        orderService.placeOrder(...);
        verify(paymentService).charge(...);
    }

  }

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结语

依赖注入是 Spring 框架的基石，而选择合适的注入方式则是编写高质量代码的关键。构造器注入应作为首选，它不仅符合面向对象设计原则，还能有效提升代码的健壮性和可测试性。字段注入虽便捷，但代价是牺牲了代码的清晰性与可维护性。

记住：好的设计不是让代码跑起来，而是让代码在未来依然容易理解和修改。

希望本文能帮助你深入理解 Spring DI 的本质，并在实际项目中做出更明智的技术决策。

参考资料

1. Spring Framework 官方文档：Dependency Injection
2. 《Spring 实战（第6版）》
3. Spring GitHub Issues & Discussions
4. Google Java Style Guide
5. Alibaba Java Coding Guidelines

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