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深入探索Spring框架的装配机制

欢马劈雪

工程师 (已认证)

  • 原创分享签约作者

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本文将带你深入探索Spring框架的装配机制，以及它如何使你的代码更具模块化和灵活性。我们首先介绍Spring手动装配的基础知识，然后进一步解析@Import注解在模块装配中的关键角色。文章涵盖从导入普通类、配置类，到使用ImportSelector和ImportBeanDefinitionRegistrar进行动态和选择性装配等多个层次，旨在帮助读者全面理解和掌握Spring的装配技术。

1. Spring手动装配基础

在Spring中，手动装配通常是指通过XML配置文件明确指定Bean及其依赖，或者在代码中直接使用new关键字创建对象并设定依赖关系。

然而，随着Spring 2.0引入注解，以及Spring 3.0全面支持注解驱动开发，这个过程变得更加自动化。例如，通过使用@Component + @ComponentScan，Spring可以自动地找到并创建bean，通过@Autowired，Spring可以自动地注入依赖。这种方式被称为 “自动装配”。

对于手动装配，最常见的场景可能是在不使用Spring的上下文的单元测试或者简单的POJO类中，通过new关键字直接创建对象和设定依赖关系。比如下面这段代码：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ServiceA serviceA = new ServiceA();
        ServiceB serviceB = new ServiceB(serviceA);
        //...
    }
}

在这个例子中，我们显式地创建了ServiceA和ServiceB的对象，并将ServiceA的对象作为依赖传递给了ServiceB。这就是一个典型的手动装配的例子。

需要注意的是，手动装配的使用通常是有限的，因为它需要开发者显式地在代码中管理对象的创建和依赖关系，这在大型应用中可能会变得非常复杂和难以管理。因此，Spring的自动装配机制（例如@Autowired注解，或者@Configuration和@Bean的使用）通常是更常见和推荐的方式。

2. Spring框架中的模块装配

模块装配就是将我们的类或者组件注册到Spring的IoC（Inversion of Control，控制反转）容器中，以便于Spring能够管理这些类，并且在需要的时候能够为我们自动地将它们注入到其他的组件中。

在Spring框架中，有多种方式可以实现模块装配，包括：

  1. 基于Java的配置：通过使用@Configuration和@Bean注解在Java代码中定义的Bean。这是一种声明式的方式，我们可以明确地控制Bean的创建过程，也可以使用@Value和@PropertySource等注解来处理配置属性。
  2. 基于XML的配置：Spring也支持通过XML配置文件定义Bean，这种方式在早期的Spring版本中更常见，但现在基于Java的配置方式更为主流。
  3. 基于注解的组件扫描：通过使用@Component、@Service、@Repository、@Controller等注解以及@ComponentScan来自动检测和注册Bean。这是一种隐式的方式，Spring会自动扫描指定的包来查找带有这些注解的类，并将这些类注册为Bean。
  4. 使用@Import：这是一种显式的方式，可以通过它直接注册类到IOC容器中，无需这些类带有@Component或其他特殊注解。我们可以使用它来注册普通的类，或者注册实现了ImportSelector或ImportBeanDefinitionRegistrar接口的类，以提供更高级的装配能力。

每种方式都有其应用场景，根据具体的需求，我们可以选择合适的方式来实现模块装配。比如在Spring Boot中，我们日常开发可能会更多地使用基于Java的配置和基于注解的组件扫描来实现模块装配。

2.1 @Import注解简单使用

@Import是一个强大的注解，它为我们提供了一个快速、方便的方式，使我们可以将需要的类或者配置类直接装配到Spring IOC容器中。这个注解在模块装配的上下文中特别有用。

我们先来看一下简单的应用，后面再详细介绍

全部代码如下：

Book.java

package com.nowjava.demo.bean;

public class Book {
    private String name;

    public Book() {
        this.name = "Imported Book";
    }
    
    public String getName() {
        return name;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Book{" +
                "name='" + name + '\'' +
                '}';
    }
}

LibraryConfig.java

package com.nowjava.demo.configuration;

import com.nowjava.demo.bean.Book;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.context.annotation.Import;

@Configuration
@Import(Book.class)
public class LibraryConfig {
}

使用 @Import 注解来导入一个普通的类（即一个没有使用 @Component 或者 @Service 之类的注解标记的类），Spring 会为该类创建一个 Bean，并且这个 Bean 的名字默认就是这个类的全限定类名。

主程序：

package com.nowjava.demo;

import com.nowjava.demo.bean.Book;
import com.nowjava.demo.configuration.LibraryConfig;
import org.springframework.context.annotation.AnnotationConfigApplicationContext;
public class DemoApplication {
    public static void main(String[] args) {
        AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(LibraryConfig.class);
        Book book = context.getBean(Book.class);
        System.out.println(book);
    }
}

运行结果如下：


3. @Import模块装配的四种方式

3.1 @Import注解的功能介绍

在Spring中，有时候我们需要将某个类（可能是一个普通类，可能是一个配置类等等）导入到我们的应用程序中。Spring提供了四种主要的方式来完成这个任务，后面我们会分别解释。

@Import注解可以有以下几种使用方式：

  • 导入普通类：可以将普通类（没有被@Component或者@Service等注解标注的类）导入到Spring的IOC容器中，Spring会为这个类创建一个Bean，这个Bean的名字默认为类的全限定类名。
  • 导入配置类：可以将一个或多个配置类（被@Configuration注解标注的类）导入到Spring的IOC容器中，这样我们就可以一次性地将这个配置类中定义的所有Bean导入到Spring的IOC容器中。
  • 使用ImportSelector接口：如果想动态地导入一些Bean到Spring的IOC容器中，那么可以实现ImportSelector接口，然后在@Import注解中引入ImportSelector实现类，这样Spring就会将ImportSelector实现类返回的类导入到Spring的IOC容器中。
  • 使用ImportBeanDefinitionRegistrar接口：如果想在运行时动态地注册一些Bean到Spring的IOC容器中，那么可以实现ImportBeanDefinitionRegistrar接口，然后在@Import注解中引入ImportBeanDefinitionRegistrar实现类，这样Spring就会将ImportBeanDefinitionRegistrar实现类注册的Bean导入到Spring的IOC容器中。

@Import注解主要用于手动装配，它可以让我们显式地导入特定的类或者其他配置类到Spring的IOC容器中。特别是当我们需要引入第三方库中的类，或者我们想要显式地控制哪些类被装配进Spring的IOC容器时，@Import注解会非常有用。它不仅可以直接导入普通的 Java 类并将其注册为 Bean，还可以导入实现了 ImportSelector 或 ImportBeanDefinitionRegistrar 接口的类。这两个接口提供了更多的灵活性和控制力，使得我们可以在运行时动态地注册 Bean，这是通过 @Configuration + @Bean 注解组合无法做到的。

例如，通过 ImportSelector 接口，可以在运行时决定需要导入哪些类。而通过 ImportBeanDefinitionRegistrar 接口，可以在运行时控制 Bean 的定义，包括 Bean 的名称、作用域、构造参数等等。

虽然 @Configuration + @Bean 在许多情况下都足够使用，但 @Import 注解由于其更大的灵活性和控制力，在处理更复杂的场景时，可能会是一个更好的选择。

3.2 导入普通类与自定义注解的使用

我们第2节的例子也是导入普通类，这里加一点难度，延伸到自定义注解的使用。

背景：图书馆模块装配
在这个例子中，我们将创建一个图书馆系统，包括图书馆（Library）类、图书馆管理员（Librarian）类、图书（Book）类，还有书架（BookShelf）类。我们的目标是创建一个图书馆，并将所有组件装配到一起。

首先，我们创建一个自定义@ImportLibrary注解，通过此注解我们将把所有相关的类装配到图书馆里面：

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.TYPE)
@Documented
@Import({Librarian.class, Book.class, BookShelf.class})
public @interface ImportLibrary {
}

这个@ImportLibrary注解内部实际上使用了@Import注解。当Spring处理@Import注解时，会将其参数指定的类添加到Spring应用上下文中。当我们在Library类上使用@ImportLibrary注解时，Spring会将Librarian.class、Book.class和BookShelf.class这三个类添加到应用上下文中。

然后，我们创建图书馆管理员（Librarian）、图书（Book）、书架（BookShelf）这三个类：

Librarian.java

package com.nowjava.demo.bean;

public class Librarian {
    public void manage() {
        System.out.println("The librarian is managing the library.");
    }
}

Book.java

package com.nowjava.demo.bean;

public class Book {
    private String name;

    // @ImportLibrary里面有@Import会自动装配，会调用无参构造，不写会报错
    public Book() {
    }

    public Book(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }
}

BookShelf.java

package com.nowjava.demo.bean;

import java.util.List;

public class BookShelf {
    private List<Book> books;

    // @ImportLibrary里面有@Import会自动装配，会调用无参构造，不写会报错
    public BookShelf() {
    }

    public BookShelf(List<Book> books) {
        this.books = books;
    }

    public List<Book> getBooks() {
        return books;
    }
}

最后，我们创建一个图书馆（Library）类，并在这个类上使用我们刚刚创建的@ImportLibrary注解：

package com.nowjava.demo.configuration;

import com.nowjava.demo.annotations.ImportLibrary;
import com.nowjava.demo.bean.Book;
import com.nowjava.demo.bean.BookShelf;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

import java.util.Arrays;

@ImportLibrary
@Configuration
public class Library {

    @Bean
    public Book book1() {
        return new Book("The Catcher in the Rye");
    }

    @Bean
    public Book book2() {
        return new Book("To Kill a Mockingbird");
    }

    @Bean
    public BookShelf bookShelf(Book book1, Book book2) {
        return new BookShelf(Arrays.asList(book1, book2));
    }
}

然后我们可以创建一个启动类并初始化IOC容器，看看是否可以成功获取到Librarian类、BookShelf类和Book类的实例：

package com.nowjava.demo;

import com.nowjava.demo.bean.Book;
import com.nowjava.demo.bean.BookShelf;
import com.nowjava.demo.bean.Librarian;
import com.nowjava.demo.configuration.Library;
import org.springframework.context.annotation.AnnotationConfigApplicationContext;
public class DemoApplication {
    public static void main(String[] args) {
        AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(Library.class);

        // 这行代码供调试查看使用
        String[] beanDefinitionNames = context.getBeanDefinitionNames();
        
        Librarian librarian = context.getBean(Librarian.class);
        BookShelf bookShelf = context.getBean("bookShelf", BookShelf.class);
        Book book1 = (Book) context.getBean("book1");
        Book book2 = (Book) context.getBean("book2");

        librarian.manage();
        bookShelf.getBooks().forEach(book -> System.out.println("Book: " + book.getName()));
    }
}

这个例子中，我们通过@Import注解一次性把Librarian、Book和BookShelf这三个类导入到了Spring的IOC容器中，这就是模块装配的强大之处。

调试结果


当我们使用 @Import 注解来导入一个普通的类（即一个没有使用 @Component 或者 @Service 之类的注解标记的类），Spring 会为该类创建一个 Bean，并且这个 Bean 的名字默认就是这个类的全限定类名。

运行结果：


3.3 导入配置类的策略

这里使用Spring的 @Import注解导入配置类，我们将创建一个BookConfig类和LibraryConfig类，然后在主应用类中获取Book实例。

全部代码如下：

创建一个配置类BookConfig，用于创建和配置Book实例：

package com.nowjava.demo.configuration;

import com.nowjava.demo.bean.Book;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

@Configuration
public class BookConfig {
    @Bean
    public Book book() {
        Book book = new Book();
        book.setName("Imported Book");
        return book;
    }
}

在这里，我们定义了一个Book类：

package com.nowjava.demo.bean;

public class Book {
    private String name;

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }
}

创建一个配置类LibraryConfig，使用@Import注解来导入BookConfig类：

package com.nowjava.demo.configuration;

import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.context.annotation.Import;

@Configuration
@Import(BookConfig.class)
public class LibraryConfig {
}

主程序：

package com.nowjava.demo;

import com.nowjava.demo.bean.Book;
import com.nowjava.demo.configuration.LibraryConfig;
import org.springframework.context.annotation.AnnotationConfigApplicationContext;
public class DemoApplication {
    public static void main(String[] args) {
        AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(LibraryConfig.class);
        Book book = context.getBean(Book.class);
        System.out.println(book.getName());
    }
}

运行结果：


在这个例子中，当Spring容器启动时，它会通过@Import注解将BookConfig类导入到Spring 上下文中，并创建一个Bean。然后我们可以在主程序中通过context.getBean(Book.class)获取到Book的实例，并打印出书名。

3.4 使用ImportSelector进行选择性装配

如果我们想动态地选择要导入的类，我们可以使用一个ImportSelector实现。

全部代码如下：

定义一个 Book 类：

package com.nowjava.demo.bean;

public class Book {
    private String name = "java从入门到精通";

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }
}

创建图书馆管理员Librarian类

package com.nowjava.demo.bean;

public class Librarian {
    public void manage() {
        System.out.println("The librarian is managing the library.");
    }
}

定义一个 BookImportSelector，实现 ImportSelector 接口：

package com.nowjava.demo.configuration;

import com.nowjava.demo.bean.Librarian;
import org.springframework.context.annotation.ImportSelector;
import org.springframework.core.type.AnnotationMetadata;

public class BookImportSelector implements ImportSelector {

    /**
     * 这里示范2种方式，一种是拿到class文件后getName，一种是直接写全限定类名
     * @param importingClassMetadata
     * @return
     */
    @Override
    public String[] selectImports(AnnotationMetadata importingClassMetadata) {
        return new String[] { "com.nowjava.demo.bean.Book", Librarian.class.getName() };
    }
}

ImportSelector接口可以在运行时动态地选择需要导入的类。实现该接口的类需要实现selectImports方法，这个方法返回一个字符串数组，数组中的每个字符串代表需要导入的类的全类名，我们可以直接在这里将 Book 类和 Librarian 类加入到了 Spring 容器中。

使用Class.getName()方法获取全限定类名的方式，比直接硬编码类的全名为字符串更推荐，原因如下：

  1. 避免错误：如果类名或包名有所改动，硬编码的字符串可能不会跟随变动，这可能导致错误。而使用Class.getName()方法，则会随类的改动自动更新，避免此类错误。
  2. 代码清晰：使用Class.getName()能让读代码的人更清楚地知道你是要引用哪一个类。
  3. 增强代码的可读性和可维护性：使用类的字节码获取全限定类名，使得代码阅读者可以清晰地知道这是什么类，增加了代码的可读性。同时，也方便了代码的维护，因为在修改类名或者包名时，不需要手动去修改硬编码的类名。

定义一个配置类 LibraryConfig，使用 @Import 注解导入 BookImportSelector：

package com.nowjava.demo.configuration;

import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.context.annotation.Import;

@Configuration
@Import(BookImportSelector.class)
public class LibraryConfig {
}

创建一个主应用类，从 Spring 的AnnotationConfigApplicationContext 中获取 Book 的实例：

package com.nowjava.demo;

import com.nowjava.demo.bean.Book;
import com.nowjava.demo.bean.Librarian;
import com.nowjava.demo.configuration.LibraryConfig;
import org.springframework.context.annotation.AnnotationConfigApplicationContext;
public class DemoApplication {
    public static void main(String[] args) {
        AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(LibraryConfig.class);
        Book book = context.getBean(Book.class);
        Librarian librarian = context.getBean(Librarian.class);
        System.out.println(book.getName());
        librarian.manage();
    }
}

运行结果：

在 Spring Boot 中，ImportSelector 被大量使用，尤其在自动配置（auto-configuration）机制中起着关键作用。例如，AutoConfigurationImportSelector 类就是间接实现了 ImportSelector，用于自动导入所有 Spring Boot 的自动配置类。

我们通常会在Spring Boot启动类上使用 @SpringBootApplication 注解，实际上，@SpringBootApplication 注解中也包含了 @EnableAutoConfiguration，@EnableAutoConfiguration 是一个复合注解，它的实现中导入了普通类 @Import(AutoConfigurationImportSelector.class)，AutoConfigurationImportSelector 类间接实现了 ImportSelector接口，用于自动导入所有 Spring Boot 的自动配置类。

如下图:

3.5 使用ImportBeanDefinitionRegistrar进行动态装配

ImportBeanDefinitionRegistrar接口的主要功能是在运行时动态的往Spring容器中注册Bean，实现该接口的类需要重写registerBeanDefinitions方法，这个方法可以通过参数中的BeanDefinitionRegistry接口向Spring容器注册新的类，给应用提供了更大的灵活性。

全部代码如下：

首先，定义一个 Book 类：

package com.nowjava.demo.bean;

public class Book {
    private String name = "java从入门到精通";

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }
}

定义一个 BookRegistrar 类，实现 ImportBeanDefinitionRegistrar 接口：

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