作為一名 Java 開發，對 Spring 框架是再熟悉不過的了。Spring 支援的控制反轉（Inversion of Control，縮寫為IoC）和面向切面程式設計（Aspect-oriented programming，縮寫為AOP）早已成為我們的開發習慣，彷彿 Java 開發天生就該如此。人總是會忽略習以為常的事物，所有人都熟練使用 IoC 和 AOP，卻鮮有人說得清楚到底為什麼要用 IoC 和 AOP。
技術肯定是為了解決某個問題而誕生，要弄清楚為什麼使用 IoC 和 AOP，就得先弄清楚不用它們會碰到什麼問題。
IoC
我們現在假設回到了沒有 IoC 的時代，用傳統的 Servlet 進行開發。
傳統開發模式的弊端
三層架構是經典的開發模式，我們一般將檢視控制、業務邏輯和資料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於複用和維護。大致程式碼如下：
@WebServlet("/user")
public class UserServlet extends HttpServlet {
// 用於執行業務邏輯的物件
private UserService userService = new UserServiceImpl();
@Override
protected void doPost(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
// ...省略其他程式碼
// 執行業務邏輯
userService.doService();
// ...返回頁面檢視
}
}
public class UserServiceImpl implements UserService{
// 用於運算元據庫的物件
private UserDao userDao = new UserDaoImpl();
@Override
public void doService() {
// ...省略業務邏輯程式碼
// 執行資料庫操作
userDao.doUpdate();
// ...省略業務邏輯程式碼
}
}
public class UserDaoImpl implements UserDao{
@Override
public void doUpdate() {
// ...省略JDBC程式碼
}
}
上層依賴下層的抽象，程式碼就分為了三層：
業界普遍按這種分層方式組織程式碼，其核心思想是職責分離。層次越低複用程度越高，比如一個 DAO 物件往往會被多個 Service 物件使用，一個 Service 物件往往也會被多個 Controller 物件使用：
條理分明，井然有序。這些被複用的物件就像一個個的元件，供多方使用。
雖然這個倒三角看上去非常漂亮，然而我們目前的程式碼有一個比較大的問題，那就是我們只做到了邏輯複用，並沒有做到資源複用。
上層呼叫下一層時，必然會持有下一層的物件引用，即成員變數。目前我們每一個成員變數都會例項化一個物件，如下圖所示：
每一個鏈路都建立了同樣的物件，造成了極大的資源浪費。本應多個 Controller 複用同一個 Service，多個 Service 複用同一個 DAO。現在變成了一個 Controller建立多個重複的 Service，多個 Service 又建立了多個重複的 DAO，從倒三角變成了正三角。
許多元件只需要例項化一個物件就夠了，建立多個沒有任何意義。針對物件重複建立的問題，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，引入設計模式必然會帶來複雜性，況且還是每一個類都為單例，每一個類都會有相似的程式碼，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，我伺服器記憶體大無所謂，我只求開發便捷痛快不想寫額外的程式碼。
確實，三層架構達到邏輯複用已經非常方便了，還奢求其他的幹什麼呢。但就算不管資源問題，目前程式碼還有一個致命缺陷，那就是變化的代價太大。
假設有 10 個 Controller 依賴了 UserService，最開始例項化的是 UserServiceImpl，後面需要換一個實現類 OtherUserServiceImpl，我就得逐個修改那 10 個 Controller，非常麻煩。更換實現類的需求可能不會太多，沒多大說服力。那我們們看另一個情況。
之前我們們演示的元件建立過程非常簡單，new 一下就完了，可很多時候建立一個元件沒那麼容易。比如 DAO 物件要依賴一個這樣的資料來源元件：
public class UserDaoImpl implements UserDao{
private MyDataSource dataSource;
public UserDaoImpl() {
// 構造資料來源
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
}
}
該資料來源元件要想真正生效需要對其進行許多配置，這個建立和配置過程是非常麻煩的。而且配置可能會隨著業務需求的變化經常更改，這時候你就需要修改每一個依賴該元件的地方，牽一髮而動全身。這還只是演示了一個資料來源的建立配置過程，真實開發中可有太多元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計模式來解決，不過這樣一來又繞回去了：設計模式本身也會帶來複雜性。這就像一種死迴圈：傳統開發模式編碼複雜，要想解決這種複雜卻得陷入另一種複雜。難道沒有辦法解決了嗎？當然不是的，在講優秀解決方案前，我們先來梳理一下目前出現的問題：
-
建立了許多重複物件，造成大量資源浪費；
-
更換實現類需要改動多個地方；
-
建立和配置元件工作繁雜，給元件呼叫方帶來極大不便。
透過現象看本質，這些問題的出現都是同一個原因：元件的呼叫方參與了元件的建立和配置工作。
其實呼叫方只需關注元件如何呼叫，至於這個元件如何建立和配置又與呼叫方有什麼關係呢？就好比我去餐館只需點菜，飯菜並不需要我親自去做，餐館自然會做好給我送過來。如果我們編碼時，有一個「東西」能幫助我們建立和配置好那些元件，我們只負責呼叫該多好。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，它幫我們建立並配置好 Servlet，我們只需編寫業務邏輯即可。試想一下，如果 Servlet 要我們自己建立，HttpRequest、HttpResponse 物件也需要我們自己配置，那程式碼量得有多恐怖。
Tomcat 是 Servlet 容器，只負責管理 Servlet。我們平常使用的元件則需要另一種容器來管理，這種容器我們稱之為 IoC 容器。
控制反轉和依賴注入
控制反轉，是指物件的建立和配置的控制權從呼叫方轉移給容器。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，我們可以將物件交由容器管理，交由容器管理後的物件稱之為 Bean。呼叫方不再負責元件的建立，要使用元件時直接獲取 Bean 即可：
@Component
public class UserServiceImpl implements UserService{
@Autowired // 獲取 Bean
private UserDao userDao;
}
呼叫方只需按照約定宣告依賴項，所需要的 Bean 就自動配置完畢了，就好像在呼叫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）。控制反轉和依賴注入是一體兩面，都是同一種開發模式的表現形式。
IoC 輕而易舉地解決了我們剛剛總結的問題：
物件交由容器管理後，預設是單例的，這就解決了資源浪費問題。
若要更換實現類，只需更改 Bean 的宣告配置，即可達到無感知更換：
public class UserServiceImpl implements UserService{
...
}
// 將該實現類宣告為 Bean
@Component
public class OtherUserServiceImpl implements UserService{
...
}
現在元件的使用和元件的建立與配置完全分離開來。呼叫方只需呼叫元件而無需關心其他工作，這極大提高了我們的開發效率，也讓整個應用充滿了靈活性、擴充套件性。
這樣看來，我們如此中意 IoC 不是沒有道理的。
AOP
我們再來假設沒有 AOP 會怎樣。
物件導向的侷限性
物件導向程式設計（Object-oriented programming，縮寫：OOP）的三大特性：封裝、繼承、多型，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。這裡我們們來看一下 OOP 的侷限性。
當有重複程式碼出現時，可以就將其封裝出來然後複用。我們通過分層、分包、分類來規劃不同的邏輯和職責，就像之前講解的三層架構。但這裡的複用的都是核心業務邏輯，並不能複用一些輔助邏輯，比如：日誌記錄、效能統計、安全校驗、事務管理，等等。這些邊緣邏輯往往貫穿你整個核心業務，傳統 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("---效能統計 Start---");
System.out.println("---日誌列印 Start---");
System.out.println("---事務管理 Start---");
System.out.println("業務邏輯");
System.out.println("---事務管理 End---");
System.out.println("---日誌列印 End---");
System.out.println("---效能統計 End---");
}
}
為了方便演示，這裡只用了列印語句，就算如此這程式碼看著也很難受，而且這些邏輯是所有業務方法都要加上，想想都恐怖。
OOP 是至上而下的程式設計方式，猶如一個樹狀圖，A呼叫B、B呼叫C，或者A繼承B、B繼承C。這種方式對於業務邏輯來說是合適的，通過呼叫或繼承以複用。而輔助邏輯就像一把閘刀橫向貫穿所有方法，如圖2-4所示：
這一條條橫線彷彿切開了 OOP 的樹狀結構，猶如一個大蛋糕被切開多層，每一層都會執行相同的輔助邏輯，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務，而是對所有業務生效。對一個業務類增強就得新建一個代理類，對所有業務增強，每個類都要新建代理類，這無疑是一場災難。而且這裡只是演示了一個日誌列印的切面邏輯，如果我再加一個效能統計切面，就得新建一個切面代理類來代理日誌列印的代理類，一旦切面多起來這個代理類巢狀就會非常深。
面向切面程式設計（Aspect-oriented programming，縮寫為 AOP）正是為了解決這一問題而誕生的技術。
面向切面程式設計
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，兩者相結合方能構建出良好的程式結構。AOP 技術，讓我們能夠不修改原有程式碼，便能讓切面邏輯在所有業務邏輯中生效。
我們只需宣告一個切面，寫上切面邏輯：
@Aspect // 宣告一個切面
@Component
public class MyAspect {
// 原業務方法執行前
@Before("execution(public void com.rudecrab.test.service.*.doService())")
public void methodBefore() {
System.out.println("===AspectJ 方法執行前===");
}
// 原業務方法執行後
@AfterReturning("execution(* com.rudecrab.test.service..doService(..))")
public void methodAddAfterReturning() {
System.out.println("===AspectJ 方法執行後===");
}
}
無論你有一個業務方法，還是一萬個業務方法，對我們開發者來說只需編寫一次切面邏輯，就能讓所有業務方法生效，極大提高了我們的開發效率。
總結
IoC 解決了以下問題：
-
建立了許多重複物件，造成大量資源浪費；
-
更換實現類需要改動多個地方；
-
建立和配置元件工作繁雜，給元件呼叫方帶來極大不便。
AOP 解決了以下問題：
- 切面邏輯編寫繁瑣，有多少個業務方法就需要編寫多少次。
本文到這裡就結束了，我是「RudeCrab」，一隻粗魯的螃蟹，我們下篇文章再見。
關注「RudeCrab」微信公眾號，和螃蟹一起橫行霸道。
