IoC容器

在学习Spring框架时，我们遇到的第一个也是最核心的概念就是容器。

什么是容器？容器是一种为某种特定组件的运行提供必要支持的一个软件环境。例如，Tomcat就是一个Servlet容器，它可以为Servlet的运行提供运行环境。类似Docker这样的软件也是一个容器，它提供了必要的Linux环境以便运行一个特定的Linux进程。

通常来说，使用容器运行组件，除了提供一个组件运行环境之外，容器还提供了许多底层服务。例如，Servlet容器底层实现了TCP连接，解析HTTP协议等非常复杂的服务，如果没有容器来提供这些服务，我们就无法编写像Servlet这样代码简单，功能强大的组件。早期的JavaEE服务器提供的EJB容器最重要的功能就是通过声明式事务服务，使得EJB组件的开发人员不必自己编写冗长的事务处理代码，所以极大地简化了事务处理。

Spring的核心就是提供了一个IoC容器，它可以管理所有轻量级的JavaBean组件，提供的底层服务包括组件的生命周期管理、配置和组装服务、AOP支持，以及建立在AOP基础上的声明式事务服务等。

本章我们讨论的IoC容器，主要介绍Spring容器如何对组件进行生命周期管理和配置组装服务。

IoC原理

Spring提供的容器又称为IoC容器，什么是IoC？

IoC全称Inversion of Control，直译为控制反转。那么何谓IoC？在理解IoC之前，我们先看看通常的Java组件是如何协作的。

我们假定一个在线书店，通过BookService获取书籍：

public class BookService {
    private HikariConfig config = new HikariConfig();
    private DataSource dataSource = new HikariDataSource(config);

    public Book getBook(long bookId) {
        try (Connection conn = dataSource.getConnection()) {
            ...
            return book;
        }
    }
}

为了从数据库查询书籍，BookService持有一个DataSource。为了实例化一个HikariDataSource，又不得不实例化一个HikariConfig。

现在，我们继续编写UserService获取用户：

public class UserService {
    private HikariConfig config = new HikariConfig();
    private DataSource dataSource = new HikariDataSource(config);

    public User getUser(long userId) {
        try (Connection conn = dataSource.getConnection()) {
            ...
            return user;
        }
    }
}

因为UserService也需要访问数据库，因此，我们不得不也实例化一个HikariDataSource。

在处理用户购买的CartServlet中，我们需要实例化UserService和BookService：

public class CartServlet extends HttpServlet {
    private BookService bookService = new BookService();
    private UserService userService = new UserService();

    protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
        long currentUserId = getFromCookie(req);
        User currentUser = userService.getUser(currentUserId);
        Book book = bookService.getBook(req.getParameter("bookId"));
        cartService.addToCart(currentUser, book);
        ...
    }
}

类似的，在购买历史HistoryServlet中，也需要实例化UserService和BookService：

public class HistoryServlet extends HttpServlet {
    private BookService bookService = new BookService();
    private UserService userService = new UserService();
}

上述每个组件都采用了一种简单的通过new创建实例并持有的方式。仔细观察，会发现以下缺点：

1. 实例化一个组件其实很难，例如，BookService和UserService要创建HikariDataSource，实际上需要读取配置，才能先实例化HikariConfig，再实例化HikariDataSource。
2. 没有必要让BookService和UserService分别创建DataSource实例，完全可以共享同一个DataSource，但谁负责创建DataSource，谁负责获取其他组件已经创建的DataSource，不好处理。类似的，CartServlet和HistoryServlet也应当共享BookService实例和UserService实例，但也不好处理。
3. 很多组件需要销毁以便释放资源，例如DataSource，但如果该组件被多个组件共享，如何确保它的使用方都已经全部被销毁？
4. 随着更多的组件被引入，例如，书籍评论，需要共享的组件写起来会更困难，这些组件的依赖关系会越来越复杂。
5. 测试某个组件，例如BookService，是复杂的，因为必须要在真实的数据库环境下执行。

从上面的例子可以看出，如果一个系统有大量的组件，其生命周期和相互之间的依赖关系如果由组件自身来维护，不但大大增加了系统的复杂度，而且会导致组件之间极为紧密的耦合，继而给测试和维护带来了极大的困难。

因此，核心问题是：

1. 谁负责创建组件？
2. 谁负责根据依赖关系组装组件？
3. 销毁时，如何按依赖顺序正确销毁？

解决这一问题的核心方案就是IoC。

传统的应用程序中，控制权在程序本身，程序的控制流程完全由开发者控制，例如：

CartServlet创建了BookService，在创建BookService的过程中，又创建了DataSource组件。这种模式的缺点是，一个组件如果要使用另一个组件，必须先知道如何正确地创建它。

在IoC模式下，控制权发生了反转，即从应用程序转移到了IoC容器，所有组件不再由应用程序自己创建和配置，而是由IoC容器负责，这样，应用程序只需要直接使用已经创建好并且配置好的组件。为了能让组件在IoC容器中被“装配”出来，需要某种“注入”机制，例如，BookService自己并不会创建DataSource，而是等待外部通过setDataSource()方法来注入一个DataSource：

public class BookService {
    private DataSource dataSource;

    public void setDataSource(DataSource dataSource) {
        this.dataSource = dataSource;
    }
}

不直接new一个DataSource，而是注入一个DataSource，这个小小的改动虽然简单，却带来了一系列好处：

1. BookService不再关心如何创建DataSource，因此，不必编写读取数据库配置之类的代码；
2. DataSource实例被注入到BookService，同样也可以注入到UserService，因此，共享一个组件非常简单；
3. 测试BookService更容易，因为注入的是DataSource，可以使用内存数据库，而不是真实的MySQL配置。

因此，IoC又称为依赖注入（DI：Dependency Injection），它解决了一个最主要的问题：将组件的创建+配置与组件的使用相分离，并且，由IoC容器负责管理组件的生命周期。

因为IoC容器要负责实例化所有的组件，因此，有必要告诉容器如何创建组件，以及各组件的依赖关系。一种最简单的配置是通过XML文件来实现，例如：

<beans>
    <bean id="dataSource" class="HikariDataSource" />
    <bean id="bookService" class="BookService">
        <property name="dataSource" ref="dataSource" />
    </bean>
    <bean id="userService" class="UserService">
        <property name="dataSource" ref="dataSource" />
    </bean>
</beans>

上述XML配置文件指示IoC容器创建3个JavaBean组件，并把id为dataSource的组件通过属性dataSource（即调用setDataSource()方法）注入到另外两个组件中。

在Spring的IoC容器中，我们把所有组件统称为JavaBean，即配置一个组件就是配置一个Bean。

依赖注入方式

我们从上面的代码可以看到，依赖注入可以通过set()方法实现。但依赖注入也可以通过构造方法实现。

很多Java类都具有带参数的构造方法，如果我们把BookService改造为通过构造方法注入，那么实现代码如下：

public class BookService {
    private DataSource dataSource;

    public BookService(DataSource dataSource) {
        this.dataSource = dataSource;
    }
}

Spring的IoC容器同时支持属性注入和构造方法注入，并允许混合使用。

无侵入容器

在设计上，Spring的IoC容器是一个高度可扩展的无侵入容器。所谓无侵入，是指应用程序的组件无需实现Spring的特定接口，或者说，组件根本不知道自己在Spring的容器中运行。这种无侵入的设计有以下好处：

1. 应用程序组件既可以在Spring的IoC容器中运行，也可以自己编写代码自行组装配置；
2. 测试的时候并不依赖Spring容器，可单独进行测试，大大提高了开发效率。

装配Bean

我们前面讨论了为什么要使用Spring的IoC容器，因为让容器来为我们创建并装配Bean能获得很大的好处，那么到底如何使用IoC容器？装配好的Bean又如何使用？

我们来看一个具体的用户注册登录的例子。整个工程的结构如下：

spring-ioc-appcontext
├── pom.xml
└── src
    └── main
        ├── java
        │   └── com
        │       └── itranswarp
        │           └── learnjava
        │               ├── Main.java
        │               └── service
        │                   ├── MailService.java
        │                   ├── User.java
        │                   └── UserService.java
        └── resources
            └── application.xml

首先，我们用Maven创建工程并引入spring-context依赖：

• org.springframework:spring-context:6.0.0

我们先编写一个MailService，用于在用户登录和注册成功后发送邮件通知：

public class MailService {
    private ZoneId zoneId = ZoneId.systemDefault();

    public void setZoneId(ZoneId zoneId) {
        this.zoneId = zoneId;
    }

    public String getTime() {
        return ZonedDateTime.now(this.zoneId).format(DateTimeFormatter.ISO_ZONED_DATE_TIME);
    }

    public void sendLoginMail(User user) {
        System.err.println(String.format("Hi, %s! You are logged in at %s", user.getName(), getTime()));
    }

    public void sendRegistrationMail(User user) {
        System.err.println(String.format("Welcome, %s!", user.getName()));

    }
}

再编写一个UserService，实现用户注册和登录：

public class UserService {
    private MailService mailService;

    public void setMailService(MailService mailService) {
        this.mailService = mailService;
    }

    private List<User> users = new ArrayList<>(List.of( // users:
            new User(1, "bob@example.com", "password", "Bob"), // bob
            new User(2, "alice@example.com", "password", "Alice"), // alice
            new User(3, "tom@example.com", "password", "Tom"))); // tom

    public User login(String email, String password) {
        for (User user : users) {
            if (user.getEmail().equalsIgnoreCase(email) && user.getPassword().equals(password)) {
                mailService.sendLoginMail(user);
                return user;
            }
        }
        throw new RuntimeException("login failed.");
    }

    public User getUser(long id) {
        return this.users.stream().filter(user -> user.getId() == id).findFirst().orElseThrow();
    }

    public User register(String email, String password, String name) {
        users.forEach((user) -> {
            if (user.getEmail().equalsIgnoreCase(email)) {
                throw new RuntimeException("email exist.");
            }
        });
        User user = new User(users.stream().mapToLong(u -> u.getId()).max().getAsLong() + 1, email, password, name);
        users.add(user);
        mailService.sendRegistrationMail(user);
        return user;
    }
}

注意到UserService通过setMailService()注入了一个MailService。

然后，我们需要编写一个特定的application.xml配置文件，告诉Spring的IoC容器应该如何创建并组装Bean：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
    xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
    xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans
        https://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd">

    <bean id="userService" class="com.itranswarp.learnjava.service.UserService">
        <property name="mailService" ref="mailService" />
    </bean>

    <bean id="mailService" class="com.itranswarp.learnjava.service.MailService" />
</beans>

注意观察上述配置文件，其中与XML Schema相关的部分格式是固定的，我们只关注两个<bean ...>的配置：

• 每个<bean ...>都有一个id标识，相当于Bean的唯一ID；
• 在userServiceBean中，通过<property name="..." ref="..." />注入了另一个Bean；
• Bean的顺序不重要，Spring根据依赖关系会自动正确初始化。

把上述XML配置文件用Java代码写出来，就像这样：

UserService userService = new UserService();
MailService mailService = new MailService();
userService.setMailService(mailService);

只不过Spring容器是通过读取XML文件后使用反射完成的。

如果注入的不是Bean，而是boolean、int、String这样的数据类型，则通过value注入，例如，创建一个HikariDataSource：

<bean id="dataSource" class="com.zaxxer.hikari.HikariDataSource">
    <property name="jdbcUrl" value="jdbc:mysql://localhost:3306/test" />
    <property name="username" value="root" />
    <property name="password" value="password" />
    <property name="maximumPoolSize" value="10" />
    <property name="autoCommit" value="true" />
</bean>

最后一步，我们需要创建一个Spring的IoC容器实例，然后加载配置文件，让Spring容器为我们创建并装配好配置文件中指定的所有Bean，这只需要一行代码：

ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("application.xml");

接下来，我们就可以从Spring容器中“取出”装配好的Bean然后使用它：

// 获取Bean:
UserService userService = context.getBean(UserService.class);
// 正常调用:
User user = userService.login("bob@example.com", "password");

完整的main()方法如下：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("application.xml");
        UserService userService = context.getBean(UserService.class);
        User user = userService.login("bob@example.com", "password");
        System.out.println(user.getName());
    }
}

ApplicationContext

我们从创建Spring容器的代码：

ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("application.xml");

可以看到，Spring容器就是ApplicationContext，它是一个接口，有很多实现类，这里我们选择ClassPathXmlApplicationContext，表示它会自动从classpath中查找指定的XML配置文件。

获得了ApplicationContext的实例，就获得了IoC容器的引用。从ApplicationContext中我们可以根据Bean的ID获取Bean，但更多的时候我们根据Bean的类型获取Bean的引用：

UserService userService = context.getBean(UserService.class);

Spring还提供另一种IoC容器叫BeanFactory，使用方式和ApplicationContext类似：

BeanFactory factory = new XmlBeanFactory(new ClassPathResource("application.xml"));
MailService mailService = factory.getBean(MailService.class);

BeanFactory和ApplicationContext的区别在于，BeanFactory的实现是按需创建，即第一次获取Bean时才创建这个Bean，而ApplicationContext会一次性创建所有的Bean。实际上，ApplicationContext接口是从BeanFactory接口继承而来的，并且，ApplicationContext提供了一些额外的功能，包括国际化支持、事件和通知机制等。通常情况下，我们总是使用ApplicationContext，很少会考虑使用BeanFactory。

练习

在上述示例的基础上，继续给UserService注入DataSource，并把注册和登录功能通过数据库实现。

下载练习

小结

Spring的IoC容器接口是ApplicationContext，并提供了多种实现类；

通过XML配置文件创建IoC容器时，使用ClassPathXmlApplicationContext；

持有IoC容器后，通过getBean()方法获取Bean的引用。

使用Annotation配置

使用Spring的IoC容器，实际上就是通过类似XML这样的配置文件，把我们自己的Bean的依赖关系描述出来，然后让容器来创建并装配Bean。一旦容器初始化完毕，我们就直接从容器中获取Bean使用它们。

使用XML配置的优点是所有的Bean都能一目了然地列出来，并通过配置注入能直观地看到每个Bean的依赖。它的缺点是写起来非常繁琐，每增加一个组件，就必须把新的Bean配置到XML中。

有没有其他更简单的配置方式呢？

有！我们可以使用Annotation配置，可以完全不需要XML，让Spring自动扫描Bean并组装它们。

我们把上一节的示例改造一下，先删除XML配置文件，然后，给UserService和MailService添加几个注解。

首先，我们给MailService添加一个@Component注解：

@Component
public class MailService {
    ...
}

这个@Component注解就相当于定义了一个Bean，它有一个可选的名称，默认是mailService，即小写开头的类名。

然后，我们给UserService添加一个@Component注解和一个@Autowired注解：

@Component
public class UserService {
    @Autowired
    MailService mailService;

    ...
}

使用@Autowired就相当于把指定类型的Bean注入到指定的字段中。和XML配置相比，@Autowired大幅简化了注入，因为它不但可以写在set()方法上，还可以直接写在字段上，甚至可以写在构造方法中：

@Component
public class UserService {
    MailService mailService;

    public UserService(@Autowired MailService mailService) {
        this.mailService = mailService;
    }
    ...
}

我们一般把@Autowired写在字段上，通常使用package权限的字段，便于测试。

最后，编写一个AppConfig类启动容器：

@Configuration
@ComponentScan
public class AppConfig {
    public static void main(String[] args) {
        ApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
        UserService userService = context.getBean(UserService.class);
        User user = userService.login("bob@example.com", "password");
        System.out.println(user.getName());
    }
}

除了main()方法外，AppConfig标注了@Configuration，表示它是一个配置类，因为我们创建ApplicationContext时：

ApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);

使用的实现类是AnnotationConfigApplicationContext，必须传入一个标注了@Configuration的类名。

此外，AppConfig还标注了@ComponentScan，它告诉容器，自动搜索当前类所在的包以及子包，把所有标注为@Component的Bean自动创建出来，并根据@Autowired进行装配。

整个工程结构如下：

spring-ioc-annoconfig
├── pom.xml
└── src
    └── main
        └── java
            └── com
                └── itranswarp
                    └── learnjava
                        ├── AppConfig.java
                        └── service
                            ├── MailService.java
                            ├── User.java
                            └── UserService.java

使用Annotation配合自动扫描能大幅简化Spring的配置，我们只需要保证：

• 每个Bean被标注为@Component并正确使用@Autowired注入；
• 配置类被标注为@Configuration和@ComponentScan；
• 所有Bean均在指定包以及子包内。

使用@ComponentScan非常方便，但是，我们也要特别注意包的层次结构。通常来说，启动配置AppConfig位于自定义的顶层包（例如com.itranswarp.learnjava），其他Bean按类别放入子包。

思考

如果我们想给UserService注入HikariDataSource，但是这个类位于com.zaxxer.hikari包中，并且HikariDataSource也不可能有@Component注解，如何告诉IoC容器创建并配置HikariDataSource？或者换个说法，如何创建并配置一个第三方Bean？

练习

使用Annotation配置IoC容器。

下载练习

小结

使用Annotation可以大幅简化配置，每个Bean通过@Component和@Autowired注入；

必须合理设计包的层次结构，才能发挥@ComponentScan的威力。

定制Bean

Scope

对于Spring容器来说，当我们把一个Bean标记为@Component后，它就会自动为我们创建一个单例（Singleton），即容器初始化时创建Bean，容器关闭前销毁Bean。在容器运行期间，我们调用getBean(Class)获取到的Bean总是同一个实例。

还有一种Bean，我们每次调用getBean(Class)，容器都返回一个新的实例，这种Bean称为Prototype（原型），它的生命周期显然和Singleton不同。声明一个Prototype的Bean时，需要添加一个额外的@Scope注解：

@Component
@Scope(ConfigurableBeanFactory.SCOPE_PROTOTYPE) // @Scope("prototype")
public class MailSession {
    ...
}

注入List

有些时候，我们会有一系列接口相同，不同实现类的Bean。例如，注册用户时，我们要对email、password和name这3个变量进行验证。为了便于扩展，我们先定义验证接口：

public interface Validator {
    void validate(String email, String password, String name);
}

然后，分别使用3个Validator对用户参数进行验证：

@Component
public class EmailValidator implements Validator {
    public void validate(String email, String password, String name) {
        if (!email.matches("^[a-z0-9]+\\@[a-z0-9]+\\.[a-z]{2,10}$")) {
            throw new IllegalArgumentException("invalid email: " + email);
        }
    }
}

@Component
public class PasswordValidator implements Validator {
    public void validate(String email, String password, String name) {
        if (!password.matches("^.{6,20}$")) {
            throw new IllegalArgumentException("invalid password");
        }
    }
}

@Component
public class NameValidator implements Validator {
    public void validate(String email, String password, String name) {
        if (name == null || name.isBlank() || name.length() > 20) {
            throw new IllegalArgumentException("invalid name: " + name);
        }
    }
}

最后，我们通过一个Validators作为入口进行验证：

@Component
public class Validators {
    @Autowired
    List<Validator> validators;

    public void validate(String email, String password, String name) {
        for (var validator : this.validators) {
            validator.validate(email, password, name);
        }
    }
}

注意到Validators被注入了一个List<Validator>，Spring会自动把所有类型为Validator的Bean装配为一个List注入进来，这样一来，我们每新增一个Validator类型，就自动被Spring装配到Validators中了，非常方便。

因为Spring是通过扫描classpath获取到所有的Bean，而List是有序的，要指定List中Bean的顺序，可以加上@Order注解：

@Component
@Order(1)
public class EmailValidator implements Validator {
    ...
}

@Component
@Order(2)
public class PasswordValidator implements Validator {
    ...
}

@Component
@Order(3)
public class NameValidator implements Validator {
    ...
}

可选注入

默认情况下，当我们标记了一个@Autowired后，Spring如果没有找到对应类型的Bean，它会抛出NoSuchBeanDefinitionException异常。

可以给@Autowired增加一个required = false的参数：

@Component
public class MailService {
    @Autowired(required = false)
    ZoneId zoneId = ZoneId.systemDefault();
    ...
}

这个参数告诉Spring容器，如果找到一个类型为ZoneId的Bean，就注入，如果找不到，就忽略。

这种方式非常适合有定义就使用定义，没有就使用默认值的情况。

创建第三方Bean

如果一个Bean不在我们自己的package管理之内，例如ZoneId，如何创建它？

答案是我们自己在@Configuration类中编写一个Java方法创建并返回它，注意给方法标记一个@Bean注解：

@Configuration
@ComponentScan
public class AppConfig {
    // 创建一个Bean:
    @Bean
    ZoneId createZoneId() {
        return ZoneId.of("Z");
    }
}

Spring对标记为@Bean的方法只调用一次，因此返回的Bean仍然是单例。

初始化和销毁

有些时候，一个Bean在注入必要的依赖后，需要进行初始化（监听消息等）。在容器关闭时，有时候还需要清理资源（关闭连接池等）。我们通常会定义一个init()方法进行初始化，定义一个shutdown()方法进行清理，然后，引入JSR-250定义的Annotation：

• jakarta.annotation:jakarta.annotation-api:2.1.1

在Bean的初始化和清理方法上标记@PostConstruct和@PreDestroy：

@Component
public class MailService {
    @Autowired(required = false)
    ZoneId zoneId = ZoneId.systemDefault();

    @PostConstruct
    public void init() {
        System.out.println("Init mail service with zoneId = " + this.zoneId);
    }

    @PreDestroy
    public void shutdown() {
        System.out.println("Shutdown mail service");
    }
}

Spring容器会对上述Bean做如下初始化流程：

• 调用构造方法创建MailService实例；
• 根据@Autowired进行注入；
• 调用标记有@PostConstruct的init()方法进行初始化。

而销毁时，容器会首先调用标记有@PreDestroy的shutdown()方法。

Spring只根据Annotation查找无参数方法，对方法名不作要求。

使用别名

默认情况下，对一种类型的Bean，容器只创建一个实例。但有些时候，我们需要对一种类型的Bean创建多个实例。例如，同时连接多个数据库，就必须创建多个DataSource实例。

如果我们在@Configuration类中创建了多个同类型的Bean：

@Configuration
@ComponentScan
public class AppConfig {
    @Bean
    ZoneId createZoneOfZ() {
        return ZoneId.of("Z");
    }

    @Bean
    ZoneId createZoneOfUTC8() {
        return ZoneId.of("UTC+08:00");
    }
}

Spring会报NoUniqueBeanDefinitionException异常，意思是出现了重复的Bean定义。

这个时候，需要给每个Bean添加不同的名字：

@Configuration
@ComponentScan
public class AppConfig {
    @Bean("z")
    ZoneId createZoneOfZ() {
        return ZoneId.of("Z");
    }

    @Bean
    @Qualifier("utc8")
    ZoneId createZoneOfUTC8() {
        return ZoneId.of("UTC+08:00");
    }
}

可以用@Bean("name")指定别名，也可以用@Bean+@Qualifier("name")指定别名。

存在多个同类型的Bean时，注入ZoneId又会报错：

NoUniqueBeanDefinitionException: No qualifying bean of type 'java.time.ZoneId' available: expected single matching bean but found 2

意思是期待找到唯一的ZoneId类型Bean，但是找到两。因此，注入时，要指定Bean的名称：

@Component
public class MailService {
	@Autowired(required = false)
	@Qualifier("z") // 指定注入名称为"z"的ZoneId
	ZoneId zoneId = ZoneId.systemDefault();
    ...
}

还有一种方法是把其中某个Bean指定为@Primary：

@Configuration
@ComponentScan
public class AppConfig {
    @Bean
    @Primary // 指定为主要Bean
    @Qualifier("z")
    ZoneId createZoneOfZ() {
        return ZoneId.of("Z");
    }

    @Bean
    @Qualifier("utc8")
    ZoneId createZoneOfUTC8() {
        return ZoneId.of("UTC+08:00");
    }
}

这样，在注入时，如果没有指出Bean的名字，Spring会注入标记有@Primary的Bean。这种方式也很常用。例如，对于主从两个数据源，通常将主数据源定义为@Primary：

@Configuration
@ComponentScan
public class AppConfig {
    @Bean
    @Primary
    DataSource createMasterDataSource() {
        ...
    }

    @Bean
    @Qualifier("slave")
    DataSource createSlaveDataSource() {
        ...
    }
}

其他Bean默认注入的就是主数据源。如果要注入从数据源，那么只需要指定名称即可。

使用FactoryBean

我们在设计模式的工厂方法中讲到，很多时候，可以通过工厂模式创建对象。Spring也提供了工厂模式，允许定义一个工厂，然后由工厂创建真正的Bean。

用工厂模式创建Bean需要实现FactoryBean接口。我们观察下面的代码：

@Component
public class ZoneIdFactoryBean implements FactoryBean<ZoneId> {

    String zone = "Z";

    @Override
    public ZoneId getObject() throws Exception {
        return ZoneId.of(zone);
    }

    @Override
    public Class<?> getObjectType() {
        return ZoneId.class;
    }
}

当一个Bean实现了FactoryBean接口后，Spring会先实例化这个工厂，然后调用getObject()创建真正的Bean。getObjectType()可以指定创建的Bean的类型，因为指定类型不一定与实际类型一致，可以是接口或抽象类。

因此，如果定义了一个FactoryBean，要注意Spring创建的Bean实际上是这个FactoryBean的getObject()方法返回的Bean。为了和普通Bean区分，我们通常都以XxxFactoryBean命名。

由于可以用@Bean方法创建第三方Bean，本质上@Bean方法就是工厂方法，所以，FactoryBean已经用得越来越少了。

练习

定制Bean。

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小结

Spring默认使用Singleton创建Bean，也可指定Scope为Prototype；

可将相同类型的Bean注入List或数组；

可用@Autowired(required=false)允许可选注入；

可用带@Bean标注的方法创建Bean；

可使用@PostConstruct和@PreDestroy对Bean进行初始化和清理；

相同类型的Bean只能有一个指定为@Primary，其他必须用@Qualifier("beanName")指定别名；

注入时，可通过别名@Qualifier("beanName")指定某个Bean；

可以定义FactoryBean来使用工厂模式创建Bean。

使用Resource

在Java程序中，我们经常会读取配置文件、资源文件等。使用Spring容器时，我们也可以把“文件”注入进来，方便程序读取。

例如，AppService需要读取logo.txt这个文件，通常情况下，我们需要写很多繁琐的代码，主要是为了定位文件，打开InputStream。

Spring提供了一个org.springframework.core.io.Resource（注意不是jarkata.annotation.Resource或javax.annotation.Resource），它可以像String、int一样使用@Value注入：

@Component
public class AppService {
    @Value("classpath:/logo.txt")
    private Resource resource;

    private String logo;

    @PostConstruct
    public void init() throws IOException {
        try (var reader = new BufferedReader(
                new InputStreamReader(resource.getInputStream(), StandardCharsets.UTF_8))) {
            this.logo = reader.lines().collect(Collectors.joining("\n"));
        }
    }
}

注入Resource最常用的方式是通过classpath，即类似classpath:/logo.txt表示在classpath中搜索logo.txt文件，然后，我们直接调用Resource.getInputStream()就可以获取到输入流，避免了自己搜索文件的代码。

也可以直接指定文件的路径，例如：

@Value("file:/path/to/logo.txt")
private Resource resource;

但使用classpath是最简单的方式。上述工程结构如下：

spring-ioc-resource
├── pom.xml
└── src
    └── main
        ├── java
        │   └── com
        │       └── itranswarp
        │           └── learnjava
        │               ├── AppConfig.java
        │               └── AppService.java
        └── resources
            └── logo.txt

使用Maven的标准目录结构，所有资源文件放入src/main/resources即可。

练习

使用Spring的Resource注入app.properties文件，然后读取该配置文件。

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小结

Spring提供了Resource类便于注入资源文件。

最常用的注入是通过classpath以classpath:/path/to/file的形式注入。

注入配置

在开发应用程序时，经常需要读取配置文件。最常用的配置方法是以key=value的形式写在.properties文件中。

例如，MailService根据配置的app.zone=Asia/Shanghai来决定使用哪个时区。要读取配置文件，我们可以使用上一节讲到的Resource来读取位于classpath下的一个app.properties文件。但是，这样仍然比较繁琐。

Spring容器还提供了一个更简单的@PropertySource来自动读取配置文件。我们只需要在@Configuration配置类上再添加一个注解：

@Configuration
@ComponentScan
@PropertySource("app.properties") // 表示读取classpath的app.properties
public class AppConfig {
    @Value("${app.zone:Z}")
    String zoneId;

    @Bean
    ZoneId createZoneId() {
        return ZoneId.of(zoneId);
    }
}

Spring容器看到@PropertySource("app.properties")注解后，自动读取这个配置文件，然后，我们使用@Value正常注入：

@Value("${app.zone:Z}")
String zoneId;

注意注入的字符串语法，它的格式如下：

• "${app.zone}"表示读取key为app.zone的value，如果key不存在，启动将报错；
• "${app.zone:Z}"表示读取key为app.zone的value，但如果key不存在，就使用默认值Z。

这样一来，我们就可以根据app.zone的配置来创建ZoneId。

还可以把注入的注解写到方法参数中：

@Bean
ZoneId createZoneId(@Value("${app.zone:Z}") String zoneId) {
    return ZoneId.of(zoneId);
}

可见，先使用@PropertySource读取配置文件，然后通过@Value以${key:defaultValue}的形式注入，可以极大地简化读取配置的麻烦。

另一种注入配置的方式是先通过一个简单的JavaBean持有所有的配置，例如，一个SmtpConfig：

@Component
public class SmtpConfig {
    @Value("${smtp.host}")
    private String host;

    @Value("${smtp.port:25}")
    private int port;

    public String getHost() {
        return host;
    }

    public int getPort() {
        return port;
    }
}

然后，在需要读取的地方，使用#{smtpConfig.host}注入：

@Component
public class MailService {
    @Value("#{smtpConfig.host}")
    private String smtpHost;

    @Value("#{smtpConfig.port}")
    private int smtpPort;
}

注意观察#{}这种注入语法，它和${key}不同的是，#{}表示从JavaBean读取属性。"#{smtpConfig.host}"的意思是，从名称为smtpConfig的Bean读取host属性，即调用getHost()方法。一个Class名为SmtpConfig的Bean，它在Spring容器中的默认名称就是smtpConfig，除非用@Qualifier指定了名称。

使用一个独立的JavaBean持有所有属性，然后在其他Bean中以#{bean.property}注入的好处是，多个Bean都可以引用同一个Bean的某个属性。例如，如果SmtpConfig决定从数据库中读取相关配置项，那么MailService注入的@Value("#{smtpConfig.host}")仍然可以不修改正常运行。

练习

注入SMTP配置。

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小结

Spring容器可以通过@PropertySource自动读取配置，并以@Value("${key}")的形式注入；

可以通过${key:defaultValue}指定默认值；

以#{bean.property}形式注入时，Spring容器自动把指定Bean的指定属性值注入。

使用条件装配

开发应用程序时，我们会使用开发环境，例如，使用内存数据库以便快速启动。而运行在生产环境时，我们会使用生产环境，例如，使用MySQL数据库。如果应用程序可以根据自身的环境做一些适配，无疑会更加灵活。

Spring为应用程序准备了Profile这一概念，用来表示不同的环境。例如，我们分别定义开发、测试和生产这3个环境：

• native
• test
• production

创建某个Bean时，Spring容器可以根据注解@Profile来决定是否创建。例如，以下配置：

@Configuration
@ComponentScan
public class AppConfig {
    @Bean
    @Profile("!test")
    ZoneId createZoneId() {
        return ZoneId.systemDefault();
    }

    @Bean
    @Profile("test")
    ZoneId createZoneIdForTest() {
        return ZoneId.of("America/New_York");
    }
}

如果当前的Profile设置为test，则Spring容器会调用createZoneIdForTest()创建ZoneId，否则，调用createZoneId()创建ZoneId。注意到@Profile("!test")表示非test环境。

在运行程序时，加上JVM参数-Dspring.profiles.active=test就可以指定以test环境启动。

实际上，Spring允许指定多个Profile，例如：

-Dspring.profiles.active=test,master

可以表示test环境，并使用master分支代码。

要满足多个Profile条件，可以这样写：

@Bean
@Profile({ "test", "master" }) // 满足test或master
ZoneId createZoneId() {
    ...
}

使用Conditional

除了根据@Profile条件来决定是否创建某个Bean外，Spring还可以根据@Conditional决定是否创建某个Bean。

例如，我们对SmtpMailService添加如下注解：

@Component
@Conditional(OnSmtpEnvCondition.class)
public class SmtpMailService implements MailService {
    ...
}

它的意思是，如果满足OnSmtpEnvCondition的条件，才会创建SmtpMailService这个Bean。OnSmtpEnvCondition的条件是什么呢？我们看一下代码：

public class OnSmtpEnvCondition implements Condition {
    public boolean matches(ConditionContext context, AnnotatedTypeMetadata metadata) {
        return "true".equalsIgnoreCase(System.getenv("smtp"));
    }
}

因此，OnSmtpEnvCondition的条件是存在环境变量smtp，值为true。这样，我们就可以通过环境变量来控制是否创建SmtpMailService。

Spring只提供了@Conditional注解，具体判断逻辑还需要我们自己实现。Spring Boot提供了更多使用起来更简单的条件注解，例如，如果配置文件中存在app.smtp=true，则创建MailService：

@Component
@ConditionalOnProperty(name="app.smtp", havingValue="true")
public class MailService {
    ...
}

如果当前classpath中存在类javax.mail.Transport，则创建MailService：

@Component
@ConditionalOnClass(name = "javax.mail.Transport")
public class MailService {
    ...
}

后续我们会介绍Spring Boot的条件装配。我们以文件存储为例，假设我们需要保存用户上传的头像，并返回存储路径，在本地开发运行时，我们总是存储到文件：

@Component
@ConditionalOnProperty(name = "app.storage", havingValue = "file", matchIfMissing = true)
public class FileUploader implements Uploader {
    ...
}

在生产环境运行时，我们会把文件存储到类似AWS S3上：

@Component
@ConditionalOnProperty(name = "app.storage", havingValue = "s3")
public class S3Uploader implements Uploader {
    ...
}

其他需要存储的服务则注入Uploader：

@Component
public class UserImageService {
    @Autowired
    Uploader uploader;
}

当应用程序检测到配置文件存在app.storage=s3时，自动使用S3Uploader，如果存在配置app.storage=file，或者配置app.storage不存在，则使用FileUploader。

可见，使用条件注解，能更灵活地装配Bean。

练习

使用@Profile进行条件装配。

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小结

Spring允许通过@Profile配置不同的Bean；

Spring还提供了@Conditional来进行条件装配，Spring Boot在此基础上进一步提供了基于配置、Class、Bean等条件进行装配。