1.1　Spring容器

本节讨论Spring容器，并给出容器所具备的非常重要的两个功能特性，即依赖注入和面向切面编程。

1.1.1　IoC

在介绍Spring容器之前，我们先来介绍一个概念，即控制反转（Inversion of Control，IoC）。试想，如果想有效管理一个对象，就需要知道创建、使用以及销毁这个对象的方法。这个过程显然是繁杂而重复的。而通过控制反转，就可以把这部分工作交给一个容器，由容器负责控制对象的生命周期和对象之间的关联关系。这样，与一个对象控制其他对象的处理方式相比，现在所有对象都被容器控制，控制的方向做了一次反转，这就是“控制反转”这一名称的由来。而Spring扮演的角色就是这里的容器。

可以看到控制反转的重点是在系统运行中，按照某个对象的需要，动态提供它所依赖的其他对象，而这一点可以通过依赖注入（Dependency Injection，DI）实现。Spring会在适当的时候创建一个Bean，然后像使用注射器一样把它注入目标对象中，这样就完成了对各个对象之间关系的控制。

可以说，依赖注入是开发人员使用Spring框架的基本手段，我们可以通过依赖注入获取所需的各种Bean。Spring为开发人员提供了3种不同的依赖注入方式，分别是字段注入、构造器注入和Setter方法注入。

现在，假设我们有如下所示的HealthRecordService接口以及它的实现类：

public interface HealthRecordService {
　
     public void recordUserHealthData();
}
public class HealthRecordServiceImpl implements HealthRecordService {
     @Override
     public void recordUserHealthData () {
          System.out.println("HealthRecordService has been called.");
     }
}

下面我们来讨论具体如何在Spring中完成对HealthRecordServiceImpl实现类的注入，并分析各种注入类型的优缺点。

1．依赖注入的3种方式

首先，我们来看看字段注入，即在一个类中通过字段的方式注入某个对象，如下所示：

public class ClientService {
     @Autowired
     private HealthRecordService healthRecordService;
     public void recordUserHealthData() {
          healthRecordService.recordUserHealthData();
     }
}

可以看到，通过@Autowired注解，字段注入的实现方式非常简单而直接，代码的可读性也很高。事实上，字段注入是3种依赖注入方式中最常用、最容易使用的一种。但是，它也是3种注入方式中最应该避免使用的一种。如果使用过IDEA，你可能遇到过这个提示—Field injection is not recommended，告诉你不建议使用字段注入。字段注入的最大问题是对象在外部是不可见的。正如在上面的ClientService类中，我们定义了一个私有变量HealthRecordService来注入该接口的实例。显然，这个实例只能在ClientService类中被访问，脱离了容器环境就无法访问这个实例。

基于以上分析，Spring官方推荐的注入方式实际上是构造器注入。这种注入方式也很简单，就是通过类的构造函数来完成对象的注入，如下所示：

public class ClientService {
     private HealthRecordService healthRecordService;
     @Autowired
     public ClientService(HealthRecordService healthRecordService) {
          this.healthRecordService = healthRecordService;
     }
     public void recordUserHealthData() {
          healthRecordService.recordUserHealthData();
     }
}

可以看到构造器注入能解决对象外部可见性的问题，因为HealthRecordService是通过ClientService构造函数进行注入的，所以势必可以脱离ClientService而独立存在。构造器注入的显著问题就是当构造函数中存在较多依赖对象时，大量的构造器参数会让代码显得比较冗长。这时就可以使用Setter方法注入。我们同样先来看一下Setter方法注入的实现代码，如下所示：

public class ClientService {
     private HealthRecordService healthRecordService;
     @Autowired
     public void setHealthRecordService(HealthRecordService healthRecordService) {
          this.healthRecordService = healthRecordService;
     }
     public void recordUserHealthData() {
          healthRecordService.recordUserHealthData();
     }
}

Setter方法注入和构造器注入看上去有些类似，但Setter方法比构造函数更具可读性，因为我们可以把多个依赖对象分别通过Setter方法逐一进行注入。而且，Setter方法注入对于非强制依赖注入很有用，我们可以有选择地注入一部分想要注入的依赖对象。换句话说，可以实现按需注入，帮助开发人员只在需要时注入依赖关系。

作为总结，我们用一句话来概括Spring中所提供的3种依赖注入方式：构造器注入适用于强制对象注入；Setter方法注入适用于可选对象注入；而字段注入是应该避免的，因为对象无法脱离容器而独立运行。

2．Bean的作用域

所谓Bean的作用域，描述了Bean在Spring容器上下文中的生命周期和可见性。在这里，我们将讨论Spring框架中不同类型的Bean的作用域以及使用上的指导规则。

如果想要通过注解来设置Bean的作用域，可以使用如下所示的代码：

@Configuration
public class AppConfig {
     @Bean
     @Scope("singleton")
     public HealthRecordService createHealthRecordService() {
          return new HealthRecordServiceImpl();
     }
}

可以看到这里使用了一个@Scope注解来指定Bean的作用域为单例的“singleton”。在Spring中，除了单例作用域之外，还有一个“prototype”，即原型作用域，也可以称为多例作用域来与单例作用域进行区别。在使用方式上，我们同样可以使用如下所示的枚举值来对它们进行设置：

@Scope(value = ConfigurableBeanFactory.SCOPE_SINGLETON)
@Scope(value = ConfigurableBeanFactory.SCOPE_PROTOTYPE)

在Spring IoC容器中，Bean的默认作用域是单例作用域，也就是说不管对Bean的引用有多少个，容器只会创建一个实例。而原型作用域则不同，每次请求Bean时，Spring IoC容器都会创建一个新的对象实例。

从两种作用域的效果而言，我们总结一条开发上的结论，即对于无状态的Bean，我们应该使用单例作用域，反之则应该使用原型作用域。

那么，什么样的Bean属于有状态的呢？结合Web应用程序，我们可以明确，对每次HTTP请求而言，都应该创建一个Bean来代表这一次的请求对象。同样，对会话而言，我们也需要针对每个会话创建一个会话状态对象。这些都是常见的有状态的Bean。为了更好地管理这些Bean的生命周期，Spring还专门针对Web开发场景提供了对应的“request”和“session”作用域。

1.1.2　AOP

在本小节中，我们将讨论Spring容器的另一项核心功能，即面向切面编程（Aspect Oriented Programming，AOP）。我们将介绍AOP的概念以及实现这些概念的方法。

所谓切面，本质上解决的是关注点分离的问题。在面向对象编程的世界中，我们把一个应用程序按照职责和定位拆分成多个对象，这些对象构成了不同的层次。而AOP可以说是面向对象编程的一种补充，目标是将一个应用程序抽象成各个切面。

举个例子，假设一个Web应用中存在ServiceA、ServiceB和ServiceC这3个服务，而每个服务都需要考虑安全校验、日志记录、事务处理等非功能性需求。这时，就可以引入AOP的思想把这些非功能性需求从业务需求中拆分出来，构成独立的关注点，如图1-1所示。

图1-1　AOP的思想示意

从图1-1可以很形象地看出，所谓切面相当于应用对象间的横切面，我们可以将其抽象为单独的模块进行开发和维护。

为了理解AOP的具体实现过程，我们需要引入一组特定的术语，具体如下。

● 连接点（Join Point）：连接点表示应用执行过程中能够插入切面的一个点。这种连接点可以是方法调用、异常处理、类初始化或对象实例化。在Spring框架中，连接点只支持方法的调用。

● 通知（Advice）：通知描述了切面何时执行以及如何执行对应的业务逻辑。通知有很多种类型，在Spring中提供了一组注解用来表示通知，包括@Before、@After、@Around、@AfterThrowing和@AfterReturning等。我们会在后续代码示例中看到这些注解的使用方法。

● 切点（Point Cut）：切点是连接点的集合，用于定义必须执行的通知。通知不一定应用于所有连接点，因此切点提供了在应用程序中的组件上执行通知的细粒度控制。在Spring中，可以通过表达式来定义切点。

● 切面（Aspect）：切面是通知和切点的组合，用于定义应用程序中的业务逻辑及其应执行的位置。Spring提供了@Aspect注解来定义切面。

现在，假设有这样一个代表转账操作的TransferService接口：

public interface TransferService {
　
     boolean transfer(Account source, Account dest, int amount) throws MinimumAmountException;
}

然后我们提供它的实现类：

package com.demo;
　
public class TransferServiceImpl implements TransferService {
　
     private static final Logger LOGGER = Logger.getLogger(TransferServiceImpl.class);
　
     @Override
     public boolean transfer(Account source, Account dest, int amount) throws MinimumAmountException {
          LOGGER.info("Tranfering " + amount + " from " + source.getAccountName() + " to " + dest.getAccountName());
　
          if (amount < 10) {
               throw new MinimumAmountException("转账金额必须大于10");
          }
          return true;
     }
}

针对转账操作，我们希望在该操作之前、之后以及执行过程进行切入，并添加对应的日志记录，那么可以实现如下所示的TransferServiceAspect类：

@Aspect
public class TransferServiceAspect {
　
     private static final Logger LOGGER = Logger.getLogger(TransferServiceAspect.class);
　
     @Pointcut("execution(* com.demo.TransferService.transfer(..))")
     public void transfer() {}
　
     @Before("transfer()")
     public void beforeTransfer(JoinPoint joinPoint) {
          LOGGER.info("在转账之前执行");
     }
　
     @After("transfer()")
     public void afterTransfer(JoinPoint joinPoint) {
          LOGGER.info("在转账之后执行");
     }
　
     @AfterReturning(pointcut = "transfer() and args(source, dest, amount)", returning = "isTransferSucessful")
     public void afterTransferReturns(JoinPoint joinPoint, Account source, Account dest, Double amount, boolean isTransferSucessful) {
          if (isTransferSucessful) {
               LOGGER.info("转账成功了");
          }
     }
     @AfterThrowing(pointcut = "transfer()", throwing = "minimumAmountException")
     public void exceptionFromTransfer(JoinPoint joinPoint, MinimumAmountException minimumAmountException) {
          LOGGER.info("转账失败了：" + minimumAmountException.getMessage());
     }
     @Around("transfer()")
     public boolean aroundTransfer(ProceedingJoinPoint proceedingJoinPoint){
          LOGGER.info("方法执行之前调用");
          boolean isTransferSuccessful = false;
          try {
               isTransferSuccessful = (Boolean)proceedingJoinPoint.proceed();
          } catch (Throwable e) {
               LOGGER.error(e.getMessage(), e);
          }
          LOGGER.info("方法执行之后调用");
          return isTransferSuccessful;
     }
}

上述代码代表了Spring AOP机制的典型使用方法。使用@Pointcut注解定义了一个切入点，并通过“execution”指示器限定该切入点匹配的包结构为“com.demo”，匹配的方法是TransferService类的transfer()方法。

请注意，在TransferServiceAspect中综合使用了@Before、@After、@Around、@AfterThrowing和@AfterReturning注解用来设置5种不同类型的通知。其中@Around注解会将目标方法封装起来，并执行动态添加返回值、异常信息等操作。这样@AfterThrowing和@AfterReturning注解就能获取这些返回值或异常信息并做出响应，而@Before和@After注解可以在方法调用的前后分别添加自定义的处理逻辑。

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