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从问题出发看Spring的对象创建与管理

news 2025/7/8 20:13:01

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1 引言

有不少资料、书籍，讲起Spring来都从分层架构，从核心组件开始讲，讲作用、讲核心类。
本篇从问题出发，去简单又深入地了解Spring框架首要特性——依赖注入。
抛开所有Spring框架，想象一下，你正在写一个复杂的业务系统，比如一个订单处理系统，它包含OrderService, UserService, ProductService, PaymentService等几十个互相依赖的类。

// 传统写法
public class OrderService {private UserService userService = new UserService();private ProductService productService = new ProductService();// ...
}

这种写法有什么致命的问题？
如果让你来设计一个“框架”，去解决这些问题，你的核心设计目标是什么？为了实现这个目标，你认为最关键、最核心的机制应该是什么？

2 传统写法的问题

性能开销大
最首要的问题就是性能开销。如果每个服务都通过new来创建它所依赖的所有服务，确实会创建大量对象，增加GC的压力。
高耦合
还有耦合问题，比如 UserService 的构造函数需要加一个参数，使用new写法的所有地方都需要修改代码。
生命周期管理混乱
对象的每一个实例都需要管理创建、初始化和销毁。

new这个动作，让 UserService 承担了它不该承担的责任。它不仅要处理订单逻辑，还要负责创建和管理它所依赖的对象。这违反了单一职责原则。

所以，有没有办法能减少创建的性能开销、紧耦合带来的僵化混乱问题呢？

3 统一管理以解耦

很自然的，我们可以想到，我们可以将对象创建为一个单例，创建为一个公用对象。
并且设计一个管理员统一管理单例，然后由使用单例的实例向管理员申请单例。

在Spring中，“公共对象由一个管理员统一管理”就是其核心特性 IoC容器，管理着Bean的生命周期。
管理员发放公共对象的动作，就是Spring的另一个核心概念——依赖注入 DI。

3.1 Spring IoC

IoC（Inversion of Control），控制反转。这个反转是较传统模式的new 这种正向控制而言的。
创建对象的控制权被拿走（反转），交给了管理员，也就是IoC容器。

IoC的设计思想：统一管理以解耦分散但紧密的依赖。

3.2 DI

DI（Dependency Injection），依赖注入。这是IoC思想的具体实现方式。是“管理员”把“公共对象”发放给需要它的组件的具体手段。
主要有三种方式：

构造函数注入
OrderService通过它的构造函数，来声明它需要什么。

public class OrderService {private final UserService userService; // 声明依赖// 通过构造函数，告诉容器：“我需要一个UserService才能工作！”public OrderService(UserService userService) {this.userService = userService;}
}

容器在创建OrderService时，会先去容器里找到一个UserService的实例，然后通过这个构造函数把它“注入”进来。

Setter方法注入
OrderService提供一个setter方法，让容器可以把依赖设置进来。

public class OrderService {private UserService userService; // 声明依赖// 提供一个setter方法，让容器可以把UserService“注入”进来public void setUserService(UserService userService) {this.userService = userService;}
}

字段注入
这是最常见、最简洁的方式，通过注解直接在字段上声明。

public class OrderService {@Autowired // 直接告诉容器：“请把一个UserService实例注入到这个字段”private UserService userService;
}

Spring容器通过扫描类（默认Application同级），发现注入的操作，然后自动地、智能地将这些依赖关系“装配”起来，最终形成一个完整的、可运行的对象网络。

这样创建与解耦就完成了。

4 依赖关系的难题

从启动到提供一个完成的OrderService（其内部的userService也已经被成功注入），Spring需要什么样的设计？该怎么做？

主要有3个问题：

怎么得知要管理哪些公共对象（Bean）?
怎么创建对象？
复杂的依赖关系：对象创建出来了，但它们之间的依赖关系（比如OrderService需要UserService）还没建立，容器在什么时候、又是如何把userService实例“塞”进orderService实例里的呢？

4.1 获取需要管理的Bean

其中第一个问题比较简单，可以通过扫描标识的方式来知道要管理的Bean。

在Spring中，Spring会扫描你指定的包路径（比如通过@ComponentScan），找到所有被@Component, @Service, @Repository, @Controller等注解标记的类。
对于每一个找到的类，Spring并不会立刻创建它的实例，而是获取其基本信息，也就是 BeanDefinition。

4.1.1 BeanDefinition

它包含了创建这个Bean所需要的一切元信息：

Bean的类名 (class)
Bean的作用域（是单例singleton还是原型prototype）
它是否是懒加载的 (lazy-init)
它依赖哪些其他的Bean (depends-on)
…等等

4.2 创建：面临复杂的依赖关系

第2、第3个问题比较复杂，因为Bean之间的依赖关系会形成一个复杂的图 (Graph)。
如果A依赖B，B又依赖C，容器就必须先创建C，再创建B，最后创建A。
那如果A依赖B，B又依赖A呢？这就是著名的循环依赖 (Circular Dependency) 问题。一个简单的创建逻辑会直接陷入死循环。

简单的线性创建流程无法处理这样的复杂关系。
为此，Spring设计了一套分段流程来解决复杂的依赖关系问题。

在获取BeanDefinition后，以 getBean(“orderService”) 为例，让我们看看Spring是怎么做的：

检查缓存： 容器首先会检查它的“成品仓库”（一个Map，叫singletonObjects）里，是不是已经有叫orderService的Bean了。如果有，直接返回。
创建实例 (Instantiation): 如果没有，容器会根据orderService的BeanDefinition，通过反射调用其构造函数，创建一个原始的、不完整的对象。这个对象仅仅是被new出来了，它内部的userService字段还是null。
解决循环依赖（提前暴露）: 这是解决循环依赖的关键。 为了打破死循环，Spring会把这个刚new出来、还不完整的orderService对象，放入一个“半成品仓库”（另一个Map，叫earlySingletonObjects或singletonFactories）。这相当于提前“暴露”了它自己，告诉其他Bean：“我已经出生了，虽然还没穿好衣服，但你们可以先拿到我的引用了”。
填充属性 (Populate Properties): 接下来，Spring会分析这个原始的orderService对象，发现它有一个被@Autowired标记的userService字段。于是，容器会去调用getBean(“userService”)。
递归创建： getBean(“userService”)的过程会重复上面的1-4步。如果userService又依赖了别的Bean，这个递归会一直持续下去，直到创建一个没有任何依赖的Bean为止。
注入依赖： 当getBean(“userService”)成功返回了userService的实例后，Spring会通过反射，将这个实例“塞”进orderService对象的userService字段里。
初始化 (Initialization): 依赖注入完成后，Spring还会执行一些初始化工作，比如调用被@PostConstruct注解标记的方法。这个阶段结束后，Bean才算是一个完全就绪的、可用的成品。
放入成品仓库： 最终，这个完整的orderService对象会被放入“成品仓库”(singletonObjects)，以供后续的getBean()调用直接获取。