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Java開發(fā)到底為什么要用 IoC 和 AOP

更新時間：2021年02月07日 14:23:45 作者：碼農(nóng)開花

這篇文章主要介紹了Java開發(fā)到底為什么要用 IoC 和 AOP，幫助大家更好的理解和學(xué)習(xí)使用Java，感興趣的朋友可以了解下

作為一名 Java 開發(fā)，對 Spring 框架是再熟悉不過的了。Spring 支持的控制反轉(zhuǎn)（Inversion of Control，縮寫為IoC）和面向切面編程（Aspect-oriented programming，縮寫為AOP）早已成為我們的開發(fā)習(xí)慣，仿佛 Java 開發(fā)天生就該如此。人總是會忽略習(xí)以為常的事物，所有人都熟練使用 IoC 和 AOP，卻鮮有人說得清楚到底為什么要用 IoC 和 AOP。

技術(shù)肯定是為了解決某個問題而誕生，要弄清楚為什么使用 IoC 和 AOP，就得先弄清楚不用它們會碰到什么問題。

一、IoC

我們現(xiàn)在假設(shè)回到了沒有 IoC 的時代，用傳統(tǒng)的 Servlet 進行開發(fā)。

1. 傳統(tǒng)開發(fā)模式的弊端

三層架構(gòu)是經(jīng)典的開發(fā)模式，我們一般將視圖控制、業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)庫操作分別抽離出來單獨形成一個類，這樣各個職責就非常清晰且易于復(fù)用和維護。大致代碼如下：

@WebServlet("/user")
public class UserServlet extends HttpServlet {
  // 用于執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯的對象
  private UserService userService = new UserServiceImpl();
  
  @Override
  protected void doPost(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
    // ...省略其他代碼
      
    // 執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯
    userService.doService();
    
    // ...返回頁面視圖
  }
}

public class UserServiceImpl implements UserService{
  // 用于操作數(shù)據(jù)庫的對象
  private UserDao userDao = new UserDaoImpl();
  
  @Override
  public void doService() {
    // ...省略業(yè)務(wù)邏輯代碼
      
    // 執(zhí)行數(shù)據(jù)庫操作
    userDao.doUpdate();
    
    // ...省略業(yè)務(wù)邏輯代碼
  }
}

public class UserDaoImpl implements UserDao{
  @Override
  public void doUpdate() {
    // ...省略JDBC代碼
  }
}

上層依賴下層的抽象，代碼就分為了三層：

業(yè)界普遍按這種分層方式組織代碼，其核心思想是職責分離。層次越低復(fù)用程度越高，比如一個 DAO 對象往往會被多個 Service 對象使用，一個 Service 對象往往也會被多個 Controller 對象使用：

條理分明，井然有序。這些被復(fù)用的對象就像一個個的組件，供多方使用。

雖然這個倒三角看上去非常漂亮，然而我們目前的代碼有一個比較大的問題，那就是我們只做到了邏輯復(fù)用，并沒有做到資源復(fù)用。

上層調(diào)用下一層時，必然會持有下一層的對象引用，即成員變量。目前我們每一個成員變量都會實例化一個對象，如下圖所示：

每一個鏈路都創(chuàng)建了同樣的對象，造成了極大的資源浪費。本應(yīng)多個 Controller 復(fù)用同一個 Service，多個 Service 復(fù)用同一個 DAO?，F(xiàn)在變成了一個 Controller創(chuàng)建多個重復(fù)的 Service，多個 Service 又創(chuàng)建了多個重復(fù)的 DAO，從倒三角變成了正三角。

許多組件只需要實例化一個對象就夠了，創(chuàng)建多個沒有任何意義。針對對象重復(fù)創(chuàng)建的問題，我們自然而然想到了單例模式。只要編寫類時都將其寫為單例，這樣就避免了資源浪費。但是，引入設(shè)計模式必然會帶來復(fù)雜性，況且還是每一個類都為單例，每一個類都會有相似的代碼，其弊端不言自明。

有人可能會說，那我不在意“這點”資源浪費了，我服務(wù)器內(nèi)存大無所謂，我只求開發(fā)便捷痛快不想寫額外的代碼。

確實，三層架構(gòu)達到邏輯復(fù)用已經(jīng)非常方便了，還奢求其他的干什么呢。但就算不管資源問題，目前代碼還有一個致命缺陷，那就是變化的代價太大。

假設(shè)有 10 個 Controller 依賴了 UserService，最開始實例化的是 UserServiceImpl，后面需要換一個實現(xiàn)類 OtherUserServiceImpl，我就得逐個修改那 10 個 Controller，非常麻煩。更換實現(xiàn)類的需求可能不會太多，沒多大說服力。那咱們看另一個情況。

之前咱們演示的組件創(chuàng)建過程非常簡單，new 一下就完了，可很多時候創(chuàng)建一個組件沒那么容易。比如 DAO 對象要依賴一個這樣的數(shù)據(jù)源組件：

public class UserDaoImpl implements UserDao{
  private MyDataSource dataSource;

  public UserDaoImpl() {
    // 構(gòu)造數(shù)據(jù)源
    dataSource = new MyDataSource("jdbc:mysql://localhost:3306/test", "root", "password");
    // 進行一些其他配置
    dataSource.setInitiaSize(10);
    dataSource.setMaxActive(100);
    // ...省略更多配置項
  }
}

該數(shù)據(jù)源組件要想真正生效需要對其進行許多配置，這個創(chuàng)建和配置過程是非常麻煩的。而且配置可能會隨著業(yè)務(wù)需求的變化經(jīng)常更改，這時候你就需要修改每一個依賴該組件的地方，牽一發(fā)而動全身。這還只是演示了一個數(shù)據(jù)源的創(chuàng)建配置過程，真實開發(fā)中可有太多組件和太多配置需要編碼了，其麻煩程度堪稱恐怖。

當然，這些問題都可以引入設(shè)計模式來解決，不過這樣一來又繞回去了：設(shè)計模式本身也會帶來復(fù)雜性。這就像一種死循環(huán)：傳統(tǒng)開發(fā)模式編碼復(fù)雜，要想解決這種復(fù)雜卻得陷入另一種復(fù)雜。難道沒有辦法解決了嗎？當然不是的，在講優(yōu)秀解決方案前，我們先來梳理一下目前出現(xiàn)的問題：

創(chuàng)建了許多重復(fù)對象，造成大量資源浪費；
更換實現(xiàn)類需要改動多個地方；
創(chuàng)建和配置組件工作繁雜，給組件調(diào)用方帶來極大不便。

透過現(xiàn)象看本質(zhì)，這些問題的出現(xiàn)都是同一個原因：組件的調(diào)用方參與了組件的創(chuàng)建和配置工作。

其實調(diào)用方只需關(guān)注組件如何調(diào)用，至于這個組件如何創(chuàng)建和配置又與調(diào)用方有什么關(guān)系呢？就好比我去餐館只需點菜，飯菜并不需要我親自去做，餐館自然會做好給我送過來。如果我們編碼時，有一個「東西」能幫助我們創(chuàng)建和配置好那些組件，我們只負責調(diào)用該多好。這個「東西」就是容器。

容器這一概念我們已接觸過，Tomcat 就是 Servlet 的容器，它幫我們創(chuàng)建并配置好 Servlet，我們只需編寫業(yè)務(wù)邏輯即可。試想一下，如果 Servlet 要我們自己創(chuàng)建，HttpRequest、HttpResponse 對象也需要我們自己配置，那代碼量得有多恐怖。

Tomcat 是 Servlet 容器，只負責管理 Servlet。我們平常使用的組件則需要另一種容器來管理，這種容器我們稱之為 IoC 容器。

2. 控制反轉(zhuǎn)和依賴注入

控制反轉(zhuǎn)，是指對象的創(chuàng)建和配置的控制權(quán)從調(diào)用方轉(zhuǎn)移給容器。好比在家自己做菜，菜的味道全部由自己控制；去餐館吃飯，菜的味道則是交由餐館控制。IoC 容器就擔任了餐館的角色。

有了 IoC 容器，我們可以將對象交由容器管理，交由容器管理后的對象稱之為 Bean。調(diào)用方不再負責組件的創(chuàng)建，要使用組件時直接獲取 Bean 即可：

@Component
public class UserServiceImpl implements UserService{
  @Autowired // 獲取 Bean
  private UserDao userDao;
}

調(diào)用方只需按照約定聲明依賴項，所需要的 Bean 就自動配置完畢了，就好像在調(diào)用方外部注入了一個依賴項給其使用，所以這種方式稱之為依賴注入（Dependency Injection，縮寫為 DI）?？刂品崔D(zhuǎn)和依賴注入是一體兩面，都是同一種開發(fā)模式的表現(xiàn)形式。

IoC 輕而易舉地解決了我們剛剛總結(jié)的問題：

對象交由容器管理后，默認是單例的，這就解決了資源浪費問題。

若要更換實現(xiàn)類，只需更改 Bean 的聲明配置，即可達到無感知更換：

public class UserServiceImpl implements UserService{
  ...
}

// 將該實現(xiàn)類聲明為 Bean
@Component
public class OtherUserServiceImpl implements UserService{
  ...
}

現(xiàn)在組件的使用和組件的創(chuàng)建與配置完全分離開來。調(diào)用方只需調(diào)用組件而無需關(guān)心其他工作，這極大提高了我們的開發(fā)效率，也讓整個應(yīng)用充滿了靈活性、擴展性。

這樣看來，我們?nèi)绱酥幸?IoC 不是沒有道理的。

二、AOP

我們再來假設(shè)沒有 AOP 會怎樣。

1. 面向?qū)ο蟮木窒扌?/h3>

面向?qū)ο缶幊蹋∣bject-oriented programming，縮寫：OOP）的三大特性：封裝、繼承、多態(tài)，我們早已用得爐火純青。OOP 的好處已無需贅言，相信大家都有體會。這里咱們來看一下 OOP 的局限性。

當有重復(fù)代碼出現(xiàn)時，可以就將其封裝出來然后復(fù)用。我們通過分層、分包、分類來規(guī)劃不同的邏輯和職責，就像之前講解的三層架構(gòu)。但這里的復(fù)用的都是核心業(yè)務(wù)邏輯，并不能復(fù)用一些輔助邏輯，比如：日志記錄、性能統(tǒng)計、安全校驗、事務(wù)管理，等等。這些邊緣邏輯往往貫穿你整個核心業(yè)務(wù)，傳統(tǒng) OOP 很難將其封裝：

public class UserServiceImpl implements UserService {
  @Override
  public void doService() {
    System.out.println("---安全校驗---");
    System.out.println("---性能統(tǒng)計 Start---");
    System.out.println("---日志打印 Start---");
    System.out.println("---事務(wù)管理 Start---");

    System.out.println("業(yè)務(wù)邏輯");

    System.out.println("---事務(wù)管理 End---");
    System.out.println("---日志打印 End---");
    System.out.println("---性能統(tǒng)計 End---");
  }
}

為了方便演示，這里只用了打印語句，就算如此這代碼看著也很難受，而且這些邏輯是所有業(yè)務(wù)方法都要加上，想想都恐怖。

OOP 是至上而下的編程方式，猶如一個樹狀圖，A調(diào)用B、B調(diào)用C，或者A繼承B、B繼承C。這種方式對于業(yè)務(wù)邏輯來說是合適的，通過調(diào)用或繼承以復(fù)用。而輔助邏輯就像一把閘刀橫向貫穿所有方法，

如圖

這一條條橫線仿佛切開了 OOP 的樹狀結(jié)構(gòu)，猶如一個大蛋糕被切開多層，每一層都會執(zhí)行相同的輔助邏輯，所以大家將這些輔助邏輯稱為層面或者切面。

代理模式用來增加或增強原有功能再適合不過了，但切面邏輯的難點不是不修改原有業(yè)務(wù)，而是對所有業(yè)務(wù)生效。對一個業(yè)務(wù)類增強就得新建一個代理類，對所有業(yè)務(wù)增強，每個類都要新建代理類，這無疑是一場災(zāi)難。而且這里只是演示了一個日志打印的切面邏輯，如果我再加一個性能統(tǒng)計切面，就得新建一個切面代理類來代理日志打印的代理類，一旦切面多起來這個代理類嵌套就會非常深。

面向切面編程（Aspect-oriented programming，縮寫為 AOP）正是為了解決這一問題而誕生的技術(shù)。

2. 面向切面編程

AOP 不是 OOP 的對立面，它是對 OOP 的一種補充。OOP 是縱向的，AOP 是橫向的，兩者相結(jié)合方能構(gòu)建出良好的程序結(jié)構(gòu)。AOP 技術(shù)，讓我們能夠不修改原有代碼，便能讓切面邏輯在所有業(yè)務(wù)邏輯中生效。

我們只需聲明一個切面，寫上切面邏輯：

@Aspect // 聲明一個切面
@Component
public class MyAspect {
  // 原業(yè)務(wù)方法執(zhí)行前
  @Before("execution(public void com.rudecrab.test.service.*.doService())")
  public void methodBefore() {
    System.out.println("===AspectJ 方法執(zhí)行前===");
  }

  // 原業(yè)務(wù)方法執(zhí)行后
  @AfterReturning("execution(* com.rudecrab.test.service..doService(..))")
  public void methodAddAfterReturning() {
    System.out.println("===AspectJ 方法執(zhí)行后===");
  }
}

無論你有一個業(yè)務(wù)方法，還是一萬個業(yè)務(wù)方法，對我們開發(fā)者來說只需編寫一次切面邏輯，就能讓所有業(yè)務(wù)方法生效，極大提高了我們的開發(fā)效率。