@Import :Spring Bean模块装配的艺术

原创
2023/07/18 15:02
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AI总结

本文分享自华为云社区《Spring高手之路8——Spring Bean模块装配的艺术:@Import详解》,作者: 砖业洋__

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ImportSelectorImportBeanDefinitionRegistrar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

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 + @ComponentScanSpring可以自动地找到并创建bean,通过@AutowiredSpring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ServiceAServiceB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@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SpringIoCInversion 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。

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@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@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ImportSelectorImportBeanDefinitionRegistrar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.example.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.example.demo.configuration;

import com.example.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.example.demo;

import com.example.demo.bean.Book;
import com.example.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:

image.png

3. @Import模块装配的四种方式

3.1 @Import注解的功能介绍

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SpringIOC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SpringIOC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SpringIOC容器中。

  • 使用ImportSelector接口:如果想动态地导入一些BeanSpringIOC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SpringIOC容器中。

  • 使用ImportBeanDefinitionRegistrar接口:如果想在运行时动态地注册一些BeanSpringIOC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SpringIOC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SpringIOC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SpringIOC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.classBook.classBookShelf.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.example.demo.bean;

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

Book.java

package com.example.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.example.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.example.demo.configuration;

import com.example.demo.annotations.ImportLibrary;
import com.example.demo.bean.Book;
import com.example.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.example.demo;

import com.example.demo.bean.Book;
import com.example.demo.bean.BookShelf;
import com.example.demo.bean.Librarian;
import com.example.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LibrarianBookBookShelf这三个类导入到了SpringIOC容器中,这就是模块装配的强大之处。

调试结果
image.png

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:

image.png

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.example.demo.configuration;

import com.example.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.example.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.example.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.example.demo;

import com.example.demo.bean.Book;
import com.example.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:

image.png

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.example.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

package com.example.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.example.demo.configuration;

import com.example.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.example.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.example.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.example.demo;

import com.example.demo.bean.Book;
import com.example.demo.bean.Librarian;
import com.example.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:

image.png

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:

image.png

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.example.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:

package com.example.demo.configuration;

import com.example.demo.bean.Book;
import org.springframework.beans.factory.config.BeanDefinition;
import org.springframework.beans.factory.support.BeanDefinitionBuilder;
import org.springframework.beans.factory.support.BeanDefinitionRegistry;
import org.springframework.context.annotation.ImportBeanDefinitionRegistrar;
import org.springframework.core.type.AnnotationMetadata;

public class BookRegistrar implements ImportBeanDefinitionRegistrar {

    @Override
    public void registerBeanDefinitions(AnnotationMetadata importingClassMetadata, BeanDefinitionRegistry registry) {
        BeanDefinitionBuilder beanDefinitionBuilder = BeanDefinitionBuilder.genericBeanDefinition(Book.class);
        // 通过反射技术调用setter方法给name赋值,也可以在构造器赋值name,name需要调用beanDefinitionBuilder.addConstructorArgValue("战争与和平");
        beanDefinitionBuilder.addPropertyValue("name", "战争与和平");
        BeanDefinition beanDefinition = beanDefinitionBuilder.getBeanDefinition();
        beanDefinition.setScope(BeanDefinition.SCOPE_PROTOTYPE);
        registry.registerBeanDefinition("myBook", beanDefinition);
    }
}

下面来详细解释一下BookRegistrar类里面的registerBeanDefinitions方法和参数。

  • AnnotationMetadata importingClassMetadata: 这个参数表示当前被@Import注解导入的类的所有注解信息,它包含了该类上所有注解的详细信息,比如注解的名称,注解的参数等等。

  • BeanDefinitionRegistry registry: 这个参数是SpringBean定义注册类,我们可以通过它往Spring容器中注册Bean。在这里,我们使用它来注册我们的Book Bean

在方法registerBeanDefinitions中,我们创建了一个BeanDefinition,并将其注册到SpringBeanDefinitionRegistry中。

代码首先通过BeanDefinitionBuilder.genericBeanDefinition(Book.class)创建一个BeanDefinitionBuilder实例,这个实例用于构建一个BeanDefinition。我们使用addPropertyValue("name", "战争与和平")为该BeanDefinition添加一个name属性值。

接着我们通过beanDefinitionBuilder.getBeanDefinition()方法得到BeanDefinition实例,并设置其作用域为原型作用域,这表示每次从Spring容器中获取该Bean时,都会创建一个新的实例。

最后,我们将这个BeanDefinition以名字 "myBook" 注册到BeanDefinitionRegistry中。这样,我们就可以在Spring容器中通过名字 "myBook" 来获取我们的Book类的实例了。

接着定义一个配置类 LibraryConfig,使用 @Import 注解导入 BookRegistrar

package com.example.demo.configuration;

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

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

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

package com.example.demo;

import com.example.demo.bean.Book;
import com.example.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("myBook", Book.class);
        System.out.println(book.getName());
    }
}

运行结果:

image.png

在这个例子中,我们使用 AnnotationConfigApplicationContext 初始化 Spring 容器并提供配置类。然后通过 context.getBean("book", Book.class) 从 Spring 容器中获取名为 book 的实例。

ImportBeanDefinitionRegistrar接口提供了非常大的灵活性,我们可以根据自己的需求编写任何需要的注册逻辑。这对于构建复杂的、高度定制的Spring应用是非常有用的。

Spring Boot就广泛地使用了ImportBeanDefinitionRegistrar。例如,它的@EnableConfigurationProperties注解就是通过使用一个ImportBeanDefinitionRegistrar来将配置属性绑定到Beans上的,这就是ImportBeanDefinitionRegistrar在实践中的一个实际应用的例子。

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