制御の反転 (IoC) と依存性注入 (DI) は、Spring Framework の 2 つの基本概念です。従来、オブジェクトは独自の依存関係の作成と管理を担当していました。ただし、IoC は、オブジェクト作成と依存関係管理の制御を Spring のようなフレームワークに引き渡すことで、この責任を逆転させます。

この移行にはいくつかの利点があります:

• 実装の交換が簡単: コードベースへの最小限の変更で、異なる実装を交換できます。
• モジュール性の向上: アプリケーション コンポーネントのモジュール化が進み、懸念事項の分離が容易になります。
• テスト容易性の強化: コンポーネントを個別にテストできるため、モックやその他のテスト戦略が簡素化されます。

IoC は、ファクトリー パターン、ストラテジー パターン、サービス ロケーター パターンなどの設計パターンを含む、さまざまなメカニズムを通じて実装できます。ただし、IoC を実現する最も一般的かつ強力な方法は、依存関係の注入を使用することです。

依存性の注入について理解する

依存性注入 (DI) は、オブジェクト自体が依存関係を作成するのではなく、フレームワークがオブジェクトに依存関係を注入する手法です。 Spring にはさまざまなタイプの DI があります:

• コンストラクター インジェクション: 依存関係はクラスのコンストラクターを通じて提供されます。
• セッター注入: 依存関係はセッター メソッドを通じて注入されます。
• フィールドインジェクション: 注釈を使用して依存関係がフィールドに直接割り当てられます。

たとえば、単純なサービス クラスでは、次のようになります:

@Service
public class OrderService {

    private final PaymentService paymentService;

    @Autowired
    public OrderService(PaymentService paymentService) {
        this.paymentService = paymentService;
    }

    public void processOrder(Order order) {
        paymentService.processPayment(order.getPaymentDetails());
    }
}

ここでは、PaymentService はコンストラクター インジェクションを介して OrderService に注入されています。これは、依存関係が明確でテストが容易なため、一般に好まれます。

IoC コンテナ: BeanFactory と ApplicationContext

Spring は、Bean (Spring によって管理されるオブジェクト) のライフサイクルの管理を担当する IoC コンテナーを提供します。このコンテナの基本インターフェイスは BeanFactory です。ただし、ほとんどのアプリケーションは、BeanFactory を拡張して追加機能を提供する ApplicationContext を使用します。

ビーンファクトリー

• 基本的な IoC コンテナ: Bean を作成および管理するための基本的な機能を提供します。
• 遅延初期化: Bean は最初にリクエストされたときに作成されます。

アプリケーションコンテキスト

• 高度な IoC コンテナ: BeanFactory の基本機能に加えて、次の機能が提供されます。
  • 国際化 (i18n) サポート
  • イベントの伝播と処理
  • 非同期リクエストの処理
  • アスペクト指向プログラミング (AOP) との統合
• Eager Initialization: アプリケーションの起動時に Bean をインスタンス化して、すぐに使用できるようにします。

例：

// Getting a bean from the ApplicationContext
ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("applicationContext.xml");
MyBean myBean = context.getBean(MyBean.class);

この例では、ApplicationContext を使用して Bean を取得します。基本的な BeanFactory を使用している場合、同様の機能が提供されますが、ApplicationContext.

ApplicationContext へのアクセス

現在の ApplicationContext にアクセスするには 2 つの一般的な方法があります:

1. Autowired: ApplicationContext をコンポーネントに直接挿入します。
   

   @Autowired
   private ApplicationContext applicationContext;
   

2. ApplicationContextAware: ApplicationContextAware インターフェイスを実装します。これにより、必要に応じて ApplicationContext を取得できるようになります。
   

   public class MyBean implements ApplicationContextAware {
       private ApplicationContext applicationContext;
   
       @Override
       public void setApplicationContext(ApplicationContext context) throws BeansException {
           this.applicationContext = context;
       }
   }
   

Spring アプリケーションのライフサイクル

Spring アプリケーションが開始されると、一連のステップが実行されます:

1. 環境変数とプロパティの処理: application.properties または application.yml からの設定を組み込んで、Environment オブジェクトが作成されます。

2. ApplicationContext の作成: 適切な ApplicationContext タイプが決定され、インスタンス化されます。たとえば、Spring Boot アプリケーションは Java ベースの構成に AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext を使用する場合があります。

3. Bean 定義のロード: Spring は、アノテーション付きクラス、@Configuration クラス、XML ファイルなどの複数のソースから Bean 定義をロードします。各 Bean 定義には、Bean のタイプ、スコープ、依存関係、ライフサイクル コールバックに関する情報が含まれています。

4. BeanFactoryPostProcessors の処理: これらのプロセッサは、実際の Bean が作成される前に Bean 定義を変更します。

5. 依存関係の解決と Bean の作成: ApplicationContext は依存関係を解決し、Bean を作成します。 Bean に他の Bean への依存関係がある場合、それらの依存関係が最初に作成されます。

春の豆スコープ

Spring は、コンテナ内の Bean のライフサイクルと可視性を定義するさまざまな Bean スコープをサポートしています。

• シングルトン (デフォルト): アプリケーション コンテキスト全体に対して Bean の単一インスタンスが作成されます。
• プロトタイプ: Bean がリクエストされるたびに、新しいインスタンスが作成されます。
• Request: HTTP リクエスト (Web アプリケーション) ごとに新しい Bean インスタンスが作成されます。
• セッション: HTTP セッション (Web アプリケーション) ごとに新しい Bean インスタンスが作成されます。

例：

@Bean
@Scope("prototype")
public MyPrototypeBean myPrototypeBean() {
    return new MyPrototypeBean();
}

この例では、コンテナからリクエストされるたびに新しい MyPrototypeBean インスタンスが作成されます。

Bean スコープ内のプロキシ オブジェクト

シングルトン スコープの Bean がプロトタイプ スコープの Bean に依存するシナリオを考えてみましょう。通常、プロトタイプ Bean はシングルトンの初期化中に 1 回だけ作成されます。プロトタイプ Bean の新しいインスタンスが毎回提供されるようにするために、Spring はプロキシ オブジェクトを使用します。

プロキシを使用した例:

@Component
@Scope(value = "singleton")
public class SingletonBean {

    @Autowired
    @Scope(value = "prototype", proxyMode = ScopedProxyMode.TARGET_CLASS)
    private PrototypeBean prototypeBean;

    public void showMessage() {
        System.out.println(prototypeBean.getMessage());
    }
}

ここでは、ScopedProxyMode.TARGET_CLASS により、getMessage() が呼び出されるたびに新しい PrototypeBean インスタンスが返されることが保証されます。

Spring フレームワークと Spring Boot の違い

Spring Boot は、新しい Spring アプリケーションのセットアップと開発を簡素化する Spring Framework の拡張機能です。それは以下を提供します:

• 組み込みアプリケーション サーバー: 組み込み Tomcat、Jetty、または Undertow を使用して Spring アプリケーションをスタンドアロン アプリとして簡単に実行します。
• 自動構成: クラスパスおよびその他の設定に基づいて Bean を自動的に構成します。
• 簡易パッケージ化: アプリケーションを実行可能な JAR または WAR としてパッケージ化します。
• 統合された監視とヘルスチェック: アプリケーションの健全性とステータスを監視するための組み込みエンドポイント。

Spring Boot の自動構成

自動構成は、クラスパス内の依存関係に基づいて多くのことを構成する Spring Boot の強力な機能です。これは、

• @ConditionalOnClass
• @ConditionalOnMissingClass
• @ConditionalOnBean
• @ConditionalOnMissingBean

例：

たとえば、クラスパスに Jackson がある場合、Spring Boot は JSON シリアル化用の ObjectMapper を自動的に構成します。

@Configuration
@ConditionalOnClass(ObjectMapper.class)
public class JacksonAutoConfiguration {
    // Configuration details...
}

ObjectMapper が存在する場合、この構成は自動的に適用されます。それ以外の場合はスキップされます。

アクティブな自動構成の表示

以下を application.properties に追加することで、起動中にアクティブな自動構成をログに記録できます:

logging.level.org.springframework.boot.autoconfigure=DEBUG

これにより、適用された構成と適用されなかった構成を示す詳細なレポートが生成され、アプリケーションの構成のトラブルシューティングや理解に役立ちます。

結論

制御の反転と依存性の注入は、Spring を非常に強力にする柔軟性、モジュール性、テスト容易性を可能にする中心的な概念です。 Spring の IoC コンテナがどのように機能するか、Bean がどのように管理されるか、Spring Boot がこれらの機能をどのように拡張するかを理解することで、堅牢で保守可能なアプリケーションをより効率的に開発できます。