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从零开始实现一个简易的Java MVC框架--实现IOC

IoC全称是Inversion of Control，就是控制反转，他其实不是spring独有的特性或者说也不是java的特性，他是一种设计思想。而DI(Dependency Injection)，即依赖注入就是Ioc的一种实现方式。关于Ioc和DI的具体定义和优缺点等大家可以自行查找资料了解一下，这里就不详细赘述，总之spring的IoC功能很大程度上便捷了我们的开发工作。

在实现我们的Ioc之前，我们先了解一下spring的依赖注入，在spring中依赖注入有三种方式，分别是：

接口注入(Interface Injection)
设值方法注入(Setter Injection)
构造注入(Constructor Injection)

@Component
public class ComponentA {
    @Autowired // 1.接口注入
    private ComponentB componentB;
    
    @Autowired // 2.设值方法注入
    public void setComponentB(ComponentB componentB) {
        this.componentB = componentB;
    }

    @Autowired // 3.构造注入
    public ComponentA(ComponentB componentB) {
        this.componentB = componentB;
    }
}
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循环依赖注入

如果只是实现依赖注入的话实际上很简单，只要利用java的反射原理将对应的属性‘注入’进去就可以了。但是必须要注意一个问题，那就是 循环依赖问题 。循环依赖就是类之间相互依赖形成了一个循环，比如A依赖于B，同时B又依赖于A，这就形成了相互循环。

// ComponentA
@Component
public class ComponentA {
    @Autowired
    private ComponentB componentB;
}

// ComponentB
@Component
public class ComponentB {
    @Autowired
    private ComponentA componentA;
}
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那么在spring中又是如何解决循环依赖问题的呢，我们大致说一下原理。

如果要创建一个类， 先把这个类放进'正在创建池'中 ，通过反射等创建实例，创建成功的话就把这个实例放入 创建池 中， 并移除'正在创建池'中的这个类 。每当实例中有依赖需要注入的话，就从创建池中找对应的实例注入进去，如果没有找到实例，则先创建这个依赖。

利用了这个 正在创建的中间状态缓存 ，让Bean的创建的时候即使有依赖还没有实例化，可以先把Bean放进这个中间状态，然后跑去创建那个依赖，假如那个依赖的类又依赖与这个Bean，那么只要在' 正在创建池 '中再把这个Bean拿出来，注入到这个依赖中，就可以保证Bean的依赖能够实例化完成。再回头来把这个依赖注入到Bean中，那么这个Bean也实例化完成了，就把这个Bean从' 正在创建池 '移到' 创建完成池 '中，就解决了循环依赖问题。

虽然spring巧妙的避免了循环依赖问题，但是事实上 构造注入是无法避免循环依赖问题的 。因为在实例化 ComponentA 的构造函数的时候必须得到 ComponentB 的实例，但是实例化 ComponentB 的构造函数的时候又必须有 ComponentA 的实例。这两个Bean都不能通过反射实例化然后放到' 正在创建池 '，所以无法解决循环依赖问题，这时候spring就会主动抛出 BeanCurrentlyInCreationException 异常避免死循环。

* 注意，前面讲的这些都是基于spring的单例模式下的，如果是多例模式会有所不同，大家有兴趣可以自行了解。

实现IOC

现在可以开始实现IOC功能了

增加注解

先在zbw.ioc包下创建一个annotation包，然后再创建一个 Autowired 的注解。这个注解的Target只有一个 ElementType.FIELD ，就是只能注解在属性上。意味着我们目前只实现接口注入的功能。这样可以避免构造注入造成的循环依赖问题无法解决，而且接口注入也是用的最多的方式了。如果想要实现设值方式注入大家可以自己去实现，实现原理几乎都一样。

package com.zbw.ioc.annotation;

import ...

@Target(ElementType.FIELD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface Autowired {
}

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实现IOC类

package com.zbw.ioc;

import ...

@Slf4j
public class Ioc {

    /**
     * Bean容器
     */
    private BeanContainer beanContainer;

    public Ioc() {
        beanContainer = BeanContainer.getInstance();
    }

    /**
     * 执行Ioc
     */
    public void doIoc() {
        for (Class<?> clz : beanContainer.getClasses()) { //遍历Bean容器中所有的Bean
            final Object targetBean = beanContainer.getBean(clz);
            Field[] fields = clz.getDeclaredFields();
            for (Field field : fields) { //遍历Bean中的所有属性
                if (field.isAnnotationPresent(Autowired.class)) {// 如果该属性被Autowired注解，则对其注入
                    final Class<?> fieldClass = field.getType();
                    Object fieldValue = getClassInstance(fieldClass);
                    if (null != fieldValue) {
                        ClassUtil.setField(field, targetBean, fieldValue);
                    } else {
                        throw new RuntimeException("无法注入对应的类，目标类型:" + fieldClass.getName());
                    }
                }
            }
        }
    }

    /**
     * 根据Class获取其实例或者实现类
     */
    private Object getClassInstance(final Class<?> clz) {
        return Optional
                .ofNullable(beanContainer.getBean(clz))
                .orElseGet(() -> {
                    Class<?> implementClass = getImplementClass(clz);
                    if (null != implementClass) {
                        return beanContainer.getBean(implementClass);
                    }
                    return null;
                });
    }

    /**
     * 获取接口的实现类
     */
    private Class<?> getImplementClass(final Class<?> interfaceClass) {
        return beanContainer.getClassesBySuper(interfaceClass)
                .stream()
                .findFirst()
                .orElse(null);
    }

}

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在知道IOC的原理之后发现其实真的是非常简单，这里用了几十行的代码就实现了IOC的功能。

首先在 Ioc类 构造的时候先获取到我们之前已经单例化的BeanContainer容器。

然后在 doIoc() 方法中就是正式实现IOC功能的了。

遍历在BeanContainer容器的所有Bean
对每个Bean的Field属性进行遍历
如果某个Field属性被 Autowired 注解，则调用 getClassInstance() 方法对其进行注入
getClassInstance() 会根据Field的Class尝试从Bean容器中获取对应的实例，如果获取到则返回该实例，如果获取不到，则我们认定该Field为一个接口，我们就调用 getImplementClass() 方法来获取这个接口的实现类Class，然后再根据这个实现类Class在Bean容器中获取对应的实现类实例。

测试用例

为了测试我们的Ioc和之前写的BeanContainer编写正确，我们写一下测试用例测试一下。

先在pom.xml添加junit的依赖

<properties>
    ...
    <junit.version>4.12</junit.version>
</properties>
<dependencies>
	...
    <!-- junit -->
    <dependency>
        <groupId>junit</groupId>
        <artifactId>junit</artifactId>
        <version>${junit.version}</version>
        <scope>test</scope>
    </dependency>
</dependencies>
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然后在test包下添加 DoodleController 、 DoodleService 、 DoodleServiceImpl 三个类方便测试

// DoodleController
package com.zbw.bean;
@Controller
@Slf4j
public class DoodleController {
    @Autowired
    private DoodleService doodleService;

    public void hello() {
        log.info(doodleService.helloWord());
    }
}

// DoodleService
package com.zbw.bean;
public interface DoodleService {
    String helloWord();
}

// DoodleServiceImpl
package com.zbw.bean;
@Service
public class DoodleServiceImpl implements DoodleService{
    @Override
    public String helloWord() {
        return "hello word";
    }
}
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再编写 IocTest 的测试用例

package com.zbw.ioc;

import ...

@Slf4j
public class IocTest {
    @Test
    public void doIoc() {
        BeanContainer beanContainer = BeanContainer.getInstance();
        beanContainer.loadBeans("com.zbw");
        new Ioc().doIoc();
        DoodleController controller = (DoodleController) beanContainer.getBean(DoodleController.class);
        controller.hello();
    }
}
复制代码

看到在 DoodleController 中输出了 DoodleServiceImpl 的 helloWord() 方法里的字符串，说明 DoodleController 中的 DoodleService 已经成功注入了 DoodleServiceImpl 。那么我们的IOC的功能也完成了。