spring概念理解之IOC(控制反转)

这是Spring中的有特点的一部份。IoC又被翻译成“控制反转”，也不知道是谁翻译得这么别扭，感觉很深奥的词。其实，原理很简单，用一句通俗的话来说：就是用XML来定义生成的对象。IoC其实是一种设计模式，Spring只是实现了这种设计模式。

这种设计模式是怎么来的呢？是实践中逐渐形成的。

第一阶段：用普通的无模式来写Java程序。一般初学者都要经过这个阶段。

第二阶段：频繁的开始使用接口，这时，接口一般都会伴随着使用工厂模式。

第三阶段：使用IoC模式。工厂模式还不够好：（1）因为的类的生成代码写死在程序里，如果你要换一个子类，就要修改工厂方法。（2）一个接口常常意味着一个生成工厂，会多出很多工厂类。

可以把IoC模式看做是工厂模式的升华，可以把IoC看作是一个大工厂，只不过这个大工厂里要生成的对象都是在XML文件中给出定义的，然后利用Java的“反射”编程，根据XML中给出的类名生成相应的对象。从实现来看，IoC是把以前在工厂方法里写死的对象生成代码，改变为由XML文件来定义，也就是把工厂和对象生成这两者独立分隔开来，目的就是提高灵活性和可维护性。

这里引用知乎的例子：Spring IoC有什么好处呢？

要了解控制反转( Inversion of Control ), 我觉得有必要先了解软件设计的一个重要思想：依赖倒置原则（Dependency Inversion Principle ）。

什么是依赖倒置原则？假设我们设计一辆汽车：先设计轮子，然后根据轮子大小设计底盘，接着根据底盘设计车身，最后根据车身设计好整个汽车。这里就出现了一个“依赖”关系：汽车依赖车身，车身依赖底盘，底盘依赖轮子。

这样的设计看起来没问题，但是可维护性却很低。假设设计完工之后，上司却突然说根据市场需求的变动，要我们把车子的轮子设计都改大一码。这下我们就蛋疼了：因为我们是根据轮子的尺寸设计的底盘，轮子的尺寸一改，底盘的设计就得修改；同样因为我们是根据底盘设计的车身，那么车身也得改，同理汽车设计也得改——整个设计几乎都得改！

我们现在换一种思路。我们先设计汽车的大概样子，然后根据汽车的样子来设计车身，根据车身来设计底盘，最后根据底盘来设计轮子。这时候，依赖关系就倒置过来了：轮子依赖底盘， 底盘依赖车身， 车身依赖汽车。

这时候，上司再说要改动轮子的设计，我们就只需要改动轮子的设计，而不需要动底盘，车身，汽车的设计了。

这就是依赖倒置原则——把原本的高层建筑依赖底层建筑“倒置”过来，变成底层建筑依赖高层建筑。高层建筑决定需要什么，底层去实现这样的需求，但是高层并不用管底层是怎么实现的。这样就不会出现前面的“牵一发动全身”的情况。

控制反转（Inversion of Control） 就是依赖倒置原则的一种代码设计的思路。具体采用的方法就是所谓的依赖注入（Dependency Injection）。其实这些概念初次接触都会感到云里雾里的。说穿了，这几种概念的关系大概如下：

为了理解这几个概念，我们还是用上面汽车的例子。只不过这次换成代码。我们先定义四个Class，车，车身，底盘，轮胎。然后初始化这辆车，最后跑这辆车。代码结构如下：

这样，就相当于上面第一个例子，上层建筑依赖下层建筑——每一个类的构造函数都直接调用了底层代码的构造函数。假设我们需要改动一下轮胎（Tire）类，把它的尺寸变成动态的，而不是一直都是30。我们需要这样改：

由于我们修改了轮胎的定义，为了让整个程序正常运行，我们需要做以下改动：

由此我们可以看到，仅仅是为了修改轮胎的构造函数，这种设计却需要修改整个上层所有类的构造函数！在软件工程中，这样的设计几乎是不可维护的——在实际工程项目中，有的类可能会是几千个类的底层，如果每次修改这个类，我们都要修改所有以它作为依赖的类，那软件的维护成本就太高了。

所以我们需要进行控制反转（IoC），及上层控制下层，而不是下层控制着上层。我们用依赖注入（Dependency Injection）这种方式来实现控制反转。所谓依赖注入，就是把底层类作为参数传入上层类，实现上层类对下层类的“控制”。这里我们用构造方法传递的依赖注入方式重新写车类的定义：

这里我们再把轮胎尺寸变成动态的，同样为了让整个系统顺利运行，我们需要做如下修改：

看到没？这里我只需要修改轮胎类就行了，不用修改其他任何上层类。这显然是更容易维护的代码。不仅如此，在实际的工程中，这种设计模式还有利于不同组的协同合作和单元测试：比如开发这四个类的分别是四个不同的组，那么只要定义好了接口，四个不同的组可以同时进行开发而不相互受限制；而对于单元测试，如果我们要写Car类的单元测试，就只需要Mock一下Framework类传入Car就行了，而不用把Framework, Bottom, Tire全部new一遍再来构造Car。

这里我们是采用的构造函数传入的方式进行的依赖注入。其实还有另外两种方法：Setter传递和接口传递。这里就不多讲了，核心思路都是一样的，都是为了实现控制反转。

看到这里你应该能理解什么控制反转和依赖注入了。那什么是控制反转容器(IoC Container)呢？其实上面的例子中，对车类进行初始化的那段代码发生的地方，就是控制反转容器。

显然你也应该观察到了，因为采用了依赖注入，在初始化的过程中就不可避免的会写大量的new。这里IoC容器就解决了这个问题。这个容器可以自动对你的代码进行初始化，你只需要维护一个Configuration（可以是xml可以是一段代码），而不用每次初始化一辆车都要亲手去写那一大段初始化的代码。这是引入IoC Container的第一个好处。

IoC Container的第二个好处是：我们在创建实例的时候不需要了解其中的细节。在上面的例子中，我们自己手动创建一个车instance时候，是从底层往上层new的：

这个过程中，我们需要了解整个Car/Framework/Bottom/Tire类构造函数是怎么定义的，才能一步一步new/注入。

而IoC Container在进行这个工作的时候是反过来的，它先从最上层开始往下找依赖关系，到达最底层之后再往上一步一步new（有点像深度优先遍历）：

这里IoC Container可以直接隐藏具体的创建实例的细节，在我们来看它就像一个工厂：

我们就像是工厂的客户。我们只需要向工厂请求一个Car实例，然后它就给我们按照Config创建了一个Car实例。我们完全不用管这个Car实例是怎么一步一步被创建出来。

实际项目中，有的Service Class可能是十年前写的，有几百个类作为它的底层。假设我们新写的一个API需要实例化这个Service，我们总不可能回头去搞清楚这几百个类的构造函数吧？IoC Container的这个特性就很完美的解决了这类问题——因为这个架构要求你在写class的时候需要写相应的Config文件，所以你要初始化很久以前的Service类的时候，前人都已经写好了Config文件，你直接在需要用的地方注入这个Service就可以了。这大大增加了项目的可维护性且降低了开发难度。

这里只是很粗略的讲了一下我自己对IoC和DI的理解。主要的目的是在于最大限度避免晦涩难懂的专业词汇，用尽量简洁，通俗，直观的例子来解释这些概念。如果让大家能有一个类似“哦！原来就是这么个玩意嘛！”的印象，我觉得就OK了。想要深入了解的话，可以上网查阅一些更权威的资料。这里推荐一下 Dependency injection 和 Inversion of Control Containers and the Dependency Injection pattern 这两篇文章，讲的很好很详细。

IoC最大的好处是什么？因为把对象生成放在了XML里定义，所以当我们需要换一个实现子类将会变成很简单（一般这样的对象都是现实于某种接口的），只要修改XML就可以了，这样我们甚至可以实现对象的热插拨（有点象USB接口和SCIS硬盘了）。

IoC最大的缺点是什么？（1）生成一个对象的步骤变复杂了（其实上操作上还是挺简单的），对于不习惯这种方式的人，会觉得有些别扭和不直观。（2）对象生成因为是使用反射编程，在效率上有些损耗。但相对于IoC提高的维护性和灵活性来说，这点损耗是微不足道的，除非某对象的生成对效率要求特别高。（3）缺少IDE重构操作的支持，如果在Eclipse要对类改名，那么你还需要去XML文件里手工去改了，这似乎是所有XML方式的缺憾所在。

总的来说IoC无论原理和实现都还算是很简单的。一些人曾认为IoC没什么实际作用，这种说法是可以理解的，因为如果你在编程中很少使用接口，或很少使用工厂模式，那么你根本就没有使用IoC的强烈需要，也不会体会到IoC可贵之处。有些人也说要消除工厂模式、单例模式，但是都语焉不详、人云亦云。但如果你看到IoC模式和用上Spring，那么工厂模式和单例模式的确基本上可以不用了。但它消失了吗？没有！Spring的IoC实现本身就是一个大工厂，其中也包含了单例对象生成方式，只要用一个设置就可以让对象生成由普通方式变单一实例方式，非常之简单。

   总结：

   （1）IoC原理很简单，作用的针对性也很强，不要把它看得很玄乎。

   （2）要理解IoC，首先要了解“工厂、接口、反射”这些概念。