引子 - 实现轻量的 ioc 容器

IoC 反转控制原则也被叫做依赖注入 DI, 容器按照配置注入实例化的对象.

假设 A 的相互依赖关系如下图, 如何将 A 对象实例化并注入属性.

graph TD; A-->B; A-->C; C-->A;

本文将实现一个轻量化的 IoC 容器, 完成对象的实例化和注入, 基于注解不依赖于任何库. (注解参考 JSR-330)

前提 JSR-330

注解	说明
@Inject	标识可注入的字段
@Named	基于字符串的限定符, 表示需要 IoC 接管的类

JSR-330 远比前提中提到的更多, 可以看下官方的解释说明, 这里只截取了本文目的需要开发的部分.

类定义

按照背景中的依赖关系图, 先定义出来对象.

@Named("a")
public class A {
	@Inject
	public B b;
	@Inject
	public C c;
	// getter and setter
	// constructor
}

@Named("b")
public class B {
	@Value("hello world!")
	public String name;
	// getter and setter
	// constructor
}

@Named("c")
public class C {
	@Inject
	public A a;
	// getter and setter
	// constructor
}

为了清晰, 这里省略了构造器和 setter 函数, 这些对于实现是必要的, 如果需要完整代码可以参照项目 xnuc-insni.

graph TD; A-->B; A-->C; C-->A;

先考虑简单情况, A 与 B 的相互依赖如何实现.

注解定义

注解定义参照 inject, 这里只截取了需要的部分.

@Target(FIELD)
@Retention(RUNTIME)
public @interface Inject {}

@Target(TYPE)
@Retention(RUNTIME)
public @interface Named {
	String value() default "";
}

对于简单类型, 可以提供一个设定的数值, 使用 Val 注解完成.

@Target(FIELD)
@Retention(RUNTIME)
public @interface Value {
	String value() default "";
}

容器定义

容器定义很简单, 有一个实例的表和类定义的表.

public class Context {
	public HashMap<String, Object> instances; // 实例
	public HashMap<String, Class<?>> defineds; // 类定义
}

获取类定义

获取类定义用到反射和注解, 不了解相关知识的同学可以先补一下这部分. 如果要获取类定义, 最简单的方法就是找到全部类进行类加载. 首先获取主类加载器, 找到全部 .class 路径.

Enumeration<URL> resources = Main.class.getClassLoader().getResources(pkg.replace(".", "/"));
File file = new File(resources.nextElement().getFile());

获取全部包下的全部类, 存在子包的情况, 可以用递归或者队列, 最开始用的队列, 但是发现队列对于子包处理时非常复杂的, 需要根据队列信息维护当前包名. 递归的系统栈会帮我们记录下来自然就不需要我们自己维护了, 选择递归的方式处理子包.

private void subdir(String pkg, File file, List<Class<?>> clzes) throws Exception {
	for (File f : file.listFiles()) {
		if (f.isFile()) { // 退出条件
			String clsName = String.format("%s.%s", pkg, f.getName().substring(0, f.getName().lastIndexOf(".")));
			clzes.add(Class.forName(clsName));
		}
		if (f.isDirectory())
			subdir(String.format("%s.%s", pkg, f.getName()), f, clzes);
	}
}

这里选择了参数传返回值, 更好的方式还是直接内部将 list 构造出来, 返回出去.

拿到全部类后, 将有存在注解的类筛选出来. 放入 Context 的 defineds.

for (Class<?> c : clzList) {
	if (c.getAnnotation(Named.class) != null) {
		defineds.put(c.getAnnotation(Named.class).value(), c);
	}
}

此时初始化完毕, 类定义获取到. 另外, 其实这里已经可以开始注入了, 但是真实情况下, 如果类定义比较多, 那么初始化将非常耗时, 如果选择用到再说的原则, 初始化就会快很.

用到再说

Context#get 用来获取容器对象, 如果对象还没有实例化, 就实例化. 实例化 instance 实现比较简单, 找到定义的 filed 进行 set. 这也解释了, 为什么需要无参构造器和 setter. 对于基础值也可以通过 @Value 主动赋予自定义的数值. 对于 @Inject 直接去 Context#get即可.

private Object instance(Object rto, Class<?> clz) throws Exception {
	for (Field field : clz.getFields()) {
		if (field.getAnnotation(Value.class) != null) {
			PropertyDescriptor descriptor = new PropertyDescriptor(field.getName(), clz);
			descriptor.getWriteMethod().invoke(rto, field.getAnnotation(Value.class).value());
		}
		if (field.getAnnotation(Inject.class) != null) {
			PropertyDescriptor descriptor = new PropertyDescriptor(field.getName(), clz);
			descriptor.getWriteMethod().invoke(rto, get(field.getName()));
		}
	}
	return rto;
}

写完 instance 的逻辑, get 的逻辑就比较简单了. 有返回, 没有实例化.

public Object get(String objName) throws Exception {
	if (instances.get(objName) != null)
		return instances.get(objName);

	if (defineds.get(objName) == null)
		throw new Exception(String.format("objName %s undefined", objName));
	Class<?> clz = defineds.get(objName);
	instances.put(objName, instance(unreadyInstances.get(objName), clz));
	return instances.get(objName);
}

这样只能解决 A 和 B 的问题, 对于 A 和 C 的问题这样就会导致注入 A 时发现需要注入 C, 而注入 C 时又要去注入 A, 最终导致循环.

依赖循环

循环依赖解决方法很简单, 只需要一个表记录下我现在正在注入 A, 所以 C 注入 A 的时候直接把正在注入的 A 丢给 C 即可.

所以新增 Context 成员 public HashMap<String, Object> unreadyInstances

public class Context {

	public HashMap<String, Object> instances;
	++ public HashMap<String, Object> unreadyInstances;
	public HashMap<String, Class<?>> defineds;
}

注入前先把这个对象扔进去, 注入时如果其他对象有循环依赖, Context#get 可以直接返回这个对象.

public Object get(String objName) throws Exception {
	if (instances.get(objName) != null)
		return instances.get(objName);
	++ if (unreadyInstances.get(objName) != null)
	++	return unreadyInstances.get(objName);

	if (defineds.get(objName) == null)
		throw new Exception(String.format("objName %s undefined", objName));
	Class<?> clz = defineds.get(objName);

	++ unreadyInstances.put(objName, clz.getDeclaredConstructor().newInstance());
	instances.put(objName, instance(unreadyInstances.get(objName), clz));
	++ unreadyInstances.remove(objName);

	return instances.get(objName);
}

最终的代码就是这样了, 写个 Main 类, 运行下.

public class Main {
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		Context ioc = Context.run(Main.class);
		C c = (C) ioc.get("c");
		System.out.println(c.getA().getB().getName()); // >hello world!
	}
}

全部代码可以参考 xnuc - insni 喜欢可以帮忙点个 ⭐Star.