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理解IOC 手写springIOC

冷环渊
冷环渊 2022年04月03日  ·  阅读 478

Spring 手撕IOC

提到spring 不可避免的就是两个核心组件 IOC 和 AOP 这里我们主要实现的是 IOC

那接触到这个实现ioc的文章 适合哪些人群一起学习呢

  • 了解反射
  • 至少 用过 spring 或多或少能感受到IOC给我们带来的好处

IOC (inverse of control)

简单介绍

IOC就是将创建对象的权限,从Java 程序员 交给 IOC容器来创建,就是将对象的创造全 给到了框架,

我们称为 控制反转

创建一个Maven项目

我们用maven 项目来演示和编写spring 的ioc 容器代码

1、配置依赖

pom.xml

    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>javax.servlet</groupId>
            <artifactId>javax.servlet-api</artifactId>
            <version>4.0.1</version>
        </dependency>
    </dependencies>

2、编写三层架构

模拟数据 DAO

public class hellloDaoImpl implements helloDao {

    @Override
    public List<String> findAll() {
        return Arrays.asList("1", "2", "3");
    }
}

连接视图和数据层: service

public class helloServiceImpl implements helloservice {
    private helloDao helloDao = new hellloDaoImpl();

    @Override
    public List<String> findAll() {
        return helloDao.findAll();
    }
}

控制层 : servlet/controller

@WebServlet("/hello")
public class helloservlet extends HttpServlet {

    helloservice helloservice = new helloServiceImpl();

    @Override
    protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
        resp.getWriter().write("spring" + helloservice.findAll());
    }
}

3、配置Tomcat 部署

image-20220324162724351

需要解决的问题

不同实现需要重写接口代码

DAO 操作的是数据源, 数据源(数据库) 如果此时项目变更,比如数据库变成 Oracle 那么我们的DAO代码可能就需要推翻重写

如何解决呢?

设计模式

使用静态工厂来创建特定的类, 不再把代码写死在service 中,通过工厂的方式来实现

public class beanfactory {
    public static helloDao getDao() {
        return new hellloDaoImpl();
    }
}

service 代码

  private helloDao helloDao = beanfactory.getDao();

上述方法提供的思路 还是不能解决我们的问题,需求发生改变的时候 , 仍然需要改变代码 ,这个时候我们就要用到反射 如果不修改java 代码 如何实现类的切换呢?

使用 : 外部配置文件的方式 将具体的类写到配置文件中, Java 程序只需要读取配置文件即可

编写外部文件

properties , yml , xml 等配置文件的方式来读取需要根绝什么数据源来使用什么工厂、这里我们使用 properties

1、定义外部配置文件

hellDao=com.hyc.Dao.Impl.hellloDaoImpl

2、Java程序读取这个配置文件

    private static Properties properties;
    static {
        properties = new Properties();
        try {
            properties.load(beanfactory.class.getClassLoader().getResourceAsStream("factory.properties"));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }  
public static Object getDao() {
        String helloDao = properties.getProperty("helloDao");
        //利用反射机制创建对象
        try {

            Class clazz = Class.forName(helloDao);
            Object object = clazz.getConstructor(null).newInstance();
            return object;
        } catch (ClassNotFoundException | NoSuchMethodException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InstantiationException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InvocationTargetException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

3、修改service

  private helloDao helloDao = (helloDao) beanfactory.getDao();

测试

正常来说 我们访问 hello 会返回 123 (再dao中模拟的数据),这个时候我们需要切换数据源只需要修改外部配置文件即可

image-20220324182729546

此时我们修改外部配置文件

helloDao=com.hyc.Dao.Impl.hellloDaoImpl2

hellloDaoImpl2 中模拟的数据是 7,8,9 ,重启项目

image-20220324183058540

到这里我们就使用外部配置+工厂的方法解决了代码不能切换的问题,

创建出来的对象并非单例

这个问题会出现什么问题呢 重复使用对象的话会出现相同的对象创造很多个无用实例的问题

这里我们就提出用缓存的思路来保证单例,

  • 用Map 来存放创建的对象,避免重复创建
  • 双重判断保证线程安全

修改工厂生成对象的代码

    public static Object getDao(String beanName) {
        if (!cache.containsKey(beanName)) {
            synchronized (beanfactory.class) {
                if (!cache.containsKey(beanName)) {
                    //利用反射机制创建对象
                    //将对象放入我们的缓存里(map)
                    try {
                        String helloDao = properties.getProperty("helloDao");
                        Class clazz = Class.forName(helloDao);
                        Object object = clazz.getConstructor(null).newInstance();
                        cache.put(beanName, object);
                    } catch (ClassNotFoundException | NoSuchMethodException e) {
                        e.printStackTrace();
                    } catch (IllegalAccessException e) {
                        e.printStackTrace();
                    } catch (InstantiationException e) {
                        e.printStackTrace();
                    } catch (InvocationTargetException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }
        return cache.get(beanName);
    }

测试

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            helloDao helloDao = (helloDao) beanfactory.getDao("helloDao");
            System.out.println(helloDao);
        }
    }

image-20220324184054986

这样我们就实现了对工厂生成的实例复用,而并非每次都重新创建一个

两种方式的区别

private helloDao hellodao = new hellodaoimpl();

private helloDao hellodao = (helloDao) BeanFactory.getDao("helloDao");
  1. 强依赖/紧耦合 编译之后无法修改 没有拓展性
  2. 弱依赖/松耦合 编译之后可以通过修改配置文件来变动,让程序具有更好的拓展性

我们自己放弃了创造对象的权限,将创建对象的权限交给了BeanFactory 这种将控制权交给别人或者是对象的思想

就是 : IOC 控制反转

IOC基于注解的执行原理和实现

手写基于注解的Ioc思路

  1. 自定义 MyAnnotationConfigApplicationContext ,构造器中传入要扫描的包
  2. 获取包下所有类
  3. 遍历这些类找到添加了 @Component 注解的类,获取它的class 和对应的beanName 封装成beanDefinition 存入Set集合 这个机会就是IOC自动装载的原材料
  4. 遍历Set集合 通过反射机制创建对象 同时检测属性有没有添加 @ Value 注解 如果有给属性赋值,再将这些动态创建的对象以K-V的形式 放入缓存区
  5. 提供 getBean 方法 通过 beanName 取出对应的bean即可

根据上述的思路我们实现代码

注解

自动装配注解

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

组件注解

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface Component {
    String value() default "";
}

指定Name注入注解

@Target(ElementType.FIELD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface Qualifer {
    String value();
}

赋值注解

@Target(ElementType.FIELD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface Value {
    String value();
}

核心上下文

扫描包中组件类

public class MyTools {

    public static Set<Class<?>> getClasses(String pack) {

        // 第一个class类的集合
        Set<Class<?>> classes = new LinkedHashSet<Class<?>>();
        // 是否循环迭代
        boolean recursive = true;
        // 获取包的名字 并进行替换
        String packageName = pack;
        String packageDirName = packageName.replace('.', '/');
        // 定义一个枚举的集合 并进行循环来处理这个目录下的things
        Enumeration<URL> dirs;
        try {
            dirs = Thread.currentThread().getContextClassLoader().getResources(packageDirName);
            // 循环迭代下去
            while (dirs.hasMoreElements()) {
                // 获取下一个元素
                URL url = dirs.nextElement();
                // 得到协议的名称
                String protocol = url.getProtocol();
                // 如果是以文件的形式保存在服务器上
                if ("file".equals(protocol)) {
                    // 获取包的物理路径
                    String filePath = URLDecoder.decode(url.getFile(), "UTF-8");
                    // 以文件的方式扫描整个包下的文件 并添加到集合中
                    findClassesInPackageByFile(packageName, filePath, recursive, classes);
                } else if ("jar".equals(protocol)) {
                    // 如果是jar包文件
                    // 定义一个JarFile
                    System.out.println("jar类型的扫描");
                    JarFile jar;
                    try {
                        // 获取jar
                        jar = ((JarURLConnection) url.openConnection()).getJarFile();
                        // 从此jar包 得到一个枚举类
                        Enumeration<JarEntry> entries = jar.entries();
                        findClassesInPackageByJar(packageName, entries, packageDirName, recursive, classes);
                    } catch (IOException e) {
                        // log.error("在扫描用户定义视图时从jar包获取文件出错");
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return classes;
    }

    private static void findClassesInPackageByJar(String packageName, Enumeration<JarEntry> entries, String packageDirName, final boolean recursive, Set<Class<?>> classes) {
        // 同样的进行循环迭代
        while (entries.hasMoreElements()) {
            // 获取jar里的一个实体 可以是目录 和一些jar包里的其他文件 如META-INF等文件
            JarEntry entry = entries.nextElement();
            String name = entry.getName();
            // 如果是以/开头的
            if (name.charAt(0) == '/') {
                // 获取后面的字符串
                name = name.substring(1);
            }
            // 如果前半部分和定义的包名相同
            if (name.startsWith(packageDirName)) {
                int idx = name.lastIndexOf('/');
                // 如果以"/"结尾 是一个包
                if (idx != -1) {
                    // 获取包名 把"/"替换成"."
                    packageName = name.substring(0, idx).replace('/', '.');
                }
                // 如果可以迭代下去 并且是一个包
                if ((idx != -1) || recursive) {
                    // 如果是一个.class文件 而且不是目录
                    if (name.endsWith(".class") && !entry.isDirectory()) {
                        // 去掉后面的".class" 获取真正的类名
                        String className = name.substring(packageName.length() + 1, name.length() - 6);
                        try {
                            // 添加到classes
                            classes.add(Class.forName(packageName + '.' + className));
                        } catch (ClassNotFoundException e) {
                            // .error("添加用户自定义视图类错误 找不到此类的.class文件");
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                }
            }
        }
    }

    private static void findClassesInPackageByFile(String packageName, String packagePath, final boolean recursive, Set<Class<?>> classes) {
        // 获取此包的目录 建立一个File
        File dir = new File(packagePath);
        // 如果不存在或者 也不是目录就直接返回
        if (!dir.exists() || !dir.isDirectory()) {
            // log.warn("用户定义包名 " + packageName + " 下没有任何文件");
            return;
        }
        // 如果存在 就获取包下的所有文件 包括目录
        File[] dirfiles = dir.listFiles(new FileFilter() {
            // 自定义过滤规则 如果可以循环(包含子目录) 或则是以.class结尾的文件(编译好的java类文件)
            @Override
            public boolean accept(File file) {
                return (recursive && file.isDirectory()) || (file.getName().endsWith(".class"));
            }
        });
        // 循环所有文件
        for (File file : dirfiles) {
            // 如果是目录 则继续扫描
            if (file.isDirectory()) {
                findClassesInPackageByFile(packageName + "." + file.getName(), file.getAbsolutePath(), recursive, classes);
            } else {
                // 如果是java类文件 去掉后面的.class 只留下类名
                String className = file.getName().substring(0, file.getName().length() - 6);
                try {
                    // 添加到集合中去
                    // classes.add(Class.forName(packageName + '.' +
                    // className));
                    // 经过回复同学的提醒,这里用forName有一些不好,会触发static方法,没有使用classLoader的load干净
                    classes.add(Thread.currentThread().getContextClassLoader().loadClass(packageName + '.' + className));
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                    // log.error("添加用户自定义视图类错误 找不到此类的.class文件");
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

}


容器上下文代码

  • findBeanDefinitions 扫描包中符合条件的类
  • createObject 根据上个方法获取到的类的元数据信息创造对象,加入缓存
  • autowireObject 是否有需要自动注入的对象,判断注解存在决定ByName或者ByType
/**
 * @projectName: SpringIOC
 * @package: com.hyc.MySpring
 * @className: MyAnnotationConfigApplicationContext
 * @author: 冷环渊 doomwatcher
 * @description: TODO
 * @date: 2022/3/24 18:53
 * @version: 1.0
 */
public class MyAnnotationConfigApplicationContext {

    private Map<String, Object> ioc = new HashMap<>();

    public MyAnnotationConfigApplicationContext(String pack) {
        //扫描包中的目标类
        Set<BeanDefinition> beanDefinitions = findBeanDefinitions(pack);
        //根据原材料 创建bean
        createObject(beanDefinitions);
        //    自动装载
        autowireObject(beanDefinitions);
    }

    public void autowireObject(Set<BeanDefinition> beanDefinitions) {
        //获取注入的集合
        Iterator<BeanDefinition> iterator = beanDefinitions.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            //拿到bean 信息
            BeanDefinition beanDefinition = iterator.next();
            //获取当前需要自动装配的对象
            Class clazz = beanDefinition.getBeanClass();
            //拿到全部属性
            Field[] declaredFields = clazz.getDeclaredFields();
            for (Field field : declaredFields) {
                Autowired annotation = field.getAnnotation(Autowired.class);
                if (annotation != null) {
                    Qualifer qualifer = field.getAnnotation(Qualifer.class);
                    if (qualifer != null) {
                        try {
                            //byName
                            String beanName = qualifer.value();
                            Object bean = getBean(beanName);
                            String fieldName = field.getName();
                            String mothedName = "set" + fieldName.substring(0, 1).toUpperCase() + fieldName.substring(1);
                            Method method = clazz.getMethod(mothedName, field.getType());
                            Object object = getBean(beanDefinition.getBeanName());
                            System.out.println(bean);
                            method.invoke(object, bean);
                        } catch (NoSuchMethodException e) {
                            e.printStackTrace();
                        } catch (IllegalAccessException e) {
                            e.printStackTrace();
                        } catch (InvocationTargetException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    } else {
                        //byType
                    }
                }
            }
        }
    }

    public Object getBean(String beanName) {
        return ioc.get(beanName);
    }

    public void createObject(Set<BeanDefinition> beanDefinitions) {
        Iterator<BeanDefinition> iterator = beanDefinitions.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            BeanDefinition beanDefinition = iterator.next();
            Class clazz = beanDefinition.getBeanClass();
            String beanName = beanDefinition.getBeanName();
            try {
                //创造对象
                Object objects = clazz.getConstructor().newInstance();
                //完成属性的赋值
                Field[] declaredFields = clazz.getDeclaredFields();
                for (Field declaredField : declaredFields) {
                    Value valueAnnotation = declaredField.getAnnotation(Value.class);
                    if (valueAnnotation != null) {
                        String value = valueAnnotation.value();
                        String fieldName = declaredField.getName();
                        String methodName = "set" + fieldName.substring(0, 1).toUpperCase() + fieldName.substring(1);
                        Method method = clazz.getMethod(methodName, declaredField.getType());
                        //数据类型转换
                        Object val = null;
                        //可能会有很多类型 篇幅过长
                        switch (declaredField.getType().getName()) {
                            case "java.lang.Integer":
                                val = Integer.parseInt(value);
                                break;
                            case "java.lang.String":
                                val = value;
                                break;
                            case "java.lang.Float":
                                val = Float.parseFloat(value);
                                break;
                        }
                        method.invoke(objects, val);
                    }
                }
                ioc.put(beanName, objects);
            } catch (InstantiationException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (IllegalAccessException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (InvocationTargetException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (NoSuchMethodException e) {
                e.printStackTrace();
            }

        }
    }

    public Set<BeanDefinition> findBeanDefinitions(String pack) {
        //    1 获取包下的所有类
        Set<Class<?>> classes = MyTools.getClasses(pack);
        Iterator<Class<?>> iterator = classes.iterator();
        Set<BeanDefinition> BeanDefinitions = new HashSet<>();
        while (iterator.hasNext()) {
            //    2,遍历这些类 找到添加了注解的类
            Class<?> clazz = iterator.next();
            Component annotation = clazz.getAnnotation(Component.class);
            if (annotation != null) {
                //    获取Compoent的值
                String beanName = annotation.value();
                if ("".equals(beanName)) {
                    //   获取类名首字母小写、
                    String className = clazz.getSimpleName();
                    beanName = className.substring(0, 1).toLowerCase() + className.substring(1, className.length());
                }
                BeanDefinition beanDefinition = new BeanDefinition(beanName, clazz);
                BeanDefinitions.add(beanDefinition);
            }
        }
        //    3. 将这些类封装成BeanDefinition 装载到集合中
        return BeanDefinitions;
    }
}

元数据

@Data
@AllArgsConstructor
public class BeanDefinition {
    private String BeanName;
    private Class BeanClass;
}

测试对象

Account

@Component()
@Data
public class Account {
    public Account() {
    }

    @Value("1")
    private Integer id;
    @Value("张三")
    private String name;
    @Value("12")
    private Integer age;
    @Autowired
    @Qualifer("myOrder")
    private Order myorder;
}

Orderj

@Component("myOrder")
@Data
public class Order {
    @Value("xxx123")
    private String orderId;
    @Value("1000.5")
    private Float price;
}

总结

手动实现基于注解Ioc 这篇文章,对于理解spring的装配过程 ,Bean的声明周期 有着非常好的启发作用

手动实现过之后会才会知道为什么要解决这个问题,怎么解决这个问题

得到的成果

  1. 一个自己编写的IOC容器
  2. 反射技术的实战
  3. spring原理的加深理解
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