深入理解Spring框架核心：IoC（控制反转）和AOP（面向切面编程）详解

本文旨在深入探讨Spring框架的两大基石：IoC（控制反转）和AOP（面向切面编程）。我们将从多个维度剖析这两个概念，包括IoC的概念、作用、与依赖注入的关系，以及AOP的概念、原理、应用场景和实现方式。通过本文，您将对IoC和AOP有更清晰的理解，并了解它们如何在Spring框架中发挥重要作用，提升应用程序的可维护性和可扩展性。

IoC （控制反转）

IoC 的本质

IoC（Inversion of Control），即控制反转，并非某种具体的技术，而是一种设计思想，旨在解决Java开发中对象的创建和管理问题。

传统的开发模式下，如果类A依赖于类B，通常会在类A中使用new关键字手动创建类B的对象。而采用IoC思想后，对象的创建不再由程序员手动控制，而是交给IoC容器（如Spring框架）负责。当需要使用某个对象时，直接从IoC容器中获取即可。

这种方式看似“丧失”了程序员对对象创建的控制权，实则带来了一种好处：程序员无需再关注对象的创建和管理细节，可以专注于业务逻辑的实现。

那么，为何称之为“控制反转”呢？

控制：指代对象创建（实例化、管理）的权力。
反转：将控制权转移给外部环境（IoC 容器）。

![图片](data:image/svg+xml,%3C%3Fxml version='1.0' encoding='UTF-8'%3F%3E%3Csvg width='1px' height='1px' viewBox='0 0 1 1' version='1.1' xmlns='http://www.w3.org/2000/svg' xmlns:xlink='http://www.w3.org/1999/xlink'%3E%3Ctitle%3E%3C/title%3E%3Cg stroke='none' stroke-width='1' fill='none' fill-rule='evenodd' fill-opacity='0'%3E%3Cg transform='translate(-249.000000, -126.000000)' fill='%23FFFFFF'%3E%3Crect x='249' y='126' width='1' height='1'%3E%3C/rect%3E%3C/g%3E%3C/g%3E%3C/svg%3E)

IoC 如何解决问题

IoC的核心在于降低对象间的耦合度，并简化资源管理。例如，使用Spring容器可以轻松实现单例模式。

假设我们有一个针对User的操作，采用Service和Dao两层架构进行开发。

在未使用IoC的情况下，如果Service层需要使用Dao层的具体实现，则必须在UserServiceImpl中使用new关键字手动创建IUserDao的具体实现类UserDaoImpl的对象（无法直接new接口）。

这种方式虽然可行，但存在一个问题：如果后续需要更换IUserDao的实现类，就必须修改所有引用了UserDaoImpl的地方。当引用UserDaoImpl的地方很多时，修改工作量将会非常巨大。

而采用IoC思想后，对象的控制权（创建、管理）交由IoC容器管理，我们需要使用对象时，只需向IoC容器“索取”即可。

IoC 与 DI 的关系

IoC（控制反转）是一种设计理念或模式，其核心是将对象创建的控制权转移给第三方，例如IoC容器。在Spring框架中，IoC容器本质上是一个Map（key，value），用于存储各种对象。值得注意的是，IoC并非Spring独有，在其他编程语言中也有应用。

依赖注入（Dependency Injection，简称DI）是IoC最常用且最合理的实现方式。

Martin Fowler在一篇文章中建议将IoC更名为DI，原文地址：https://martinfowler.com/articles/injection.html 。

Martin Fowler认为，IoC的概念过于宽泛且不够精准，容易造成混淆，因此建议使用DI来更准确地描述这种模式。

AOP（面向切面编程）

AOP 简介

AOP（Aspect Oriented Programming），即面向切面编程，是OOP（面向对象编程）的延伸和补充，两者并非相互排斥，而是相辅相成。

AOP旨在将横切关注点（例如日志记录、事务管理、权限控制、接口限流、接口幂等等）从核心业务逻辑中分离出来，通过动态代理、字节码操作等技术，实现代码的复用和解耦，提升代码的可维护性和可扩展性。而OOP的目的是将业务逻辑按照对象的属性和行为进行封装，通过类、对象、继承、多态等概念，实现代码的模块化和层次化（也能实现代码的复用），提高代码的可读性和可维护性。

AOP 的命名由来

AOP之所以被称为面向切面编程，是因为其核心思想是将横切关注点从核心业务逻辑中分离出来，形成一个个的切面（Aspect）。

AOP 关键术语：

横切关注点（cross-cutting concerns） ：多个类或对象中的公共行为（例如日志记录、事务管理、权限控制、接口限流、接口幂等等）。
切面（Aspect）：对横切关注点进行封装的类，一个切面就是一个类。切面可以定义多个通知，用来实现具体的功能。
连接点（JoinPoint）：方法调用或者方法执行时的某个特定时刻（例如方法调用、异常抛出等）。
通知（Advice）：切面在某个连接点要执行的操作。通知有五种类型，分别是前置通知（Before）、后置通知（After）、返回通知（AfterReturning）、异常通知（AfterThrowing）和环绕通知（Around）。前四种通知都是在目标方法的前后执行，而环绕通知可以控制目标方法的执行过程。
切点（Pointcut）：一个切点是一个表达式，用来匹配哪些连接点需要被切面所增强。切点可以通过注解、正则表达式、逻辑运算等方式来定义。例如 execution(* com.xyz.service..*(..))匹配 com.xyz.service 包及其子包下的类或接口。
织入（Weaving）：织入是将切面和目标对象连接起来的过程，也就是将通知应用到切点匹配的连接点上。常见的织入时机有两种，分别是编译期织入（Compile-Time Weaving 例如：AspectJ）和运行期织入（Runtime Weaving 例如：AspectJ、Spring AOP）。

Before（前置通知）：在目标方法调用之前触发。
After （后置通知）：在目标方法调用之后触发。
AfterReturning（返回通知）：在目标方法调用完成并返回结果值之后触发。
AfterThrowing（异常通知）：在目标方法运行过程中抛出异常后触发。AfterReturning 和 AfterThrowing 两者互斥。如果方法调用成功无异常，则会有返回值；如果方法抛出了异常，则不会有返回值。
Around （环绕通知）：通过编程方式控制目标方法的调用。环绕通知是所有通知类型中操作范围最大的一种，因为它可以直接获取目标对象和要执行的方法，因此可以在目标方法调用前后进行各种操作，甚至可以选择不调用目标方法。

AOP 如何解决问题

OOP在处理分散在多个类或对象中的公共行为（例如日志记录、事务管理、权限控制、接口限流、接口幂等等）方面存在不足，这些行为通常被称为 横切关注点（cross-cutting concerns） 。如果在每个类或对象中都重复实现这些行为，会导致代码冗余、复杂且难以维护。

AOP可以将横切关注点（例如日志记录、事务管理、权限控制、接口限流、接口幂等等）从 核心业务逻辑（core concerns，核心关注点） 中分离出来，实现关注点的分离。

推荐一篇关于AOP在项目中应用的文章：面试官：你的项目哪里用到了 AOP？怎么用的？。

以日志记录为例，假设我们需要对某些方法进行统一格式的日志记录。在未使用AOP技术之前，我们需要在每个方法中手动编写日志记录逻辑，这会导致大量的重复代码。

public CommonResponse<Object> method1() {  
      // 业务逻辑  
      xxService.method1();  
      // 省略具体的业务处理逻辑  
      // 日志记录  
      ServletRequestAttributes attributes = (ServletRequestAttributes) RequestContextHolder.getRequestAttributes();  
      HttpServletRequest request = attributes.getRequest();  
      // 省略记录日志的具体逻辑 如：获取各种信息，写入数据库等操作...  
      return CommonResponse.success();  
}  
  
public CommonResponse<Object> method2() {  
      // 业务逻辑  
      xxService.method2();  
      // 省略具体的业务处理逻辑  
      // 日志记录  
      ServletRequestAttributes attributes = (ServletRequestAttributes) RequestContextHolder.getRequestAttributes();  
      HttpServletRequest request = attributes.getRequest();  
      // 省略记录日志的具体逻辑 如：获取各种信息，写入数据库等操作...  
      return CommonResponse.success();  
}  
  
// ...

而使用AOP技术后，我们可以将日志记录逻辑封装成一个切面，然后通过切入点和通知来指定哪些方法需要执行日志记录操作。

// 日志注解  
@Target({ElementType.PARAMETER,ElementType.METHOD})  
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)  
@Documented  
public @interface Log {  
  
    /**  
     * 描述  
     */  
    String description() default "";  
  
    /**  
     * 方法类型 INSERT DELETE UPDATE OTHER  
     */  
    MethodType methodType() default MethodType.OTHER;  
}  
  
// 日志切面  
@Component  
@Aspect  
public class LogAspect {  
  // 切入点，所有被 Log 注解标注的方法  
  @Pointcut("@annotation(cn.javaguide.annotation.Log)")  
  public void webLog() {  
  }  
  
   /**  
   * 环绕通知  
   */  
  @Around("webLog()")  
  public Object doAround(ProceedingJoinPoint joinPoint) throws Throwable {  
    // 省略具体的处理逻辑  
  }  
  
  // 省略其他代码  
}

这样，我们只需一行注解即可实现日志记录：

@Log(description = "method1",methodType = MethodType.INSERT)  
public CommonResponse<Object> method1() {  
      // 业务逻辑  
      xxService.method1();  
      // 省略具体的业务处理逻辑  
      return CommonResponse.success();  
}

AOP 的应用场景

日志记录: 自定义日志记录注解，利用 AOP，一行代码即可实现日志记录。
性能统计: 利用 AOP 在目标方法执行前后统计方法执行时间，方便性能优化和分析。
事务管理: @Transactional 注解可以借助 Spring 实现事务管理，例如异常回滚，避免了重复的事务管理逻辑。@Transactional注解的实现正是基于 AOP。
权限控制: 利用 AOP 在目标方法执行前判断用户是否具备所需权限，如果具备则执行目标方法，否则不执行。例如，SpringSecurity 利用@PreAuthorize 注解一行代码即可实现自定义权限校验。
接口限流: 利用 AOP 在目标方法执行前，通过特定的限流算法和实现对请求进行限流处理。
缓存管理: 利用 AOP 在目标方法执行前后进行缓存的读取和更新。
……