[Learn] Spring Boot DI 與 Bean：物件是誰建立並注入的

上一篇的 Controller 需要 Service，Service 又需要 Repository

程式沒有自己建立這整串物件，卻可以正常接收 request

這篇先用一般 Java 解釋 DI，再回頭看 Spring Bean 如何註冊與注入，最後在同一個專案加入一個 Clock 範例

DI 先從 constructor 理解

假設 Service 自己選定並建立 Repository

public class StudentService {
    private final StudentRepository studentRepository =
            new InMemoryStudentRepository();
}

這是概念片段，不是要替換上一篇的完整 Service

Service 同時決定自己需要什麼，以及具體實作如何建立

改成從 constructor 接收依賴

public class StudentService {
    private final StudentRepository studentRepository;

    public StudentService(StudentRepository studentRepository) {
        this.studentRepository = studentRepository;
    }
}

建立物件的人就能決定傳入哪一種 Repository

StudentRepository repository = new InMemoryStudentRepository();
StudentService service = new StudentService(repository);
BootController controller = new BootController(service);

這段只是手動組裝的示意，不會因此啟動 web server 或註冊 HTTP route

即使沒有 Spring，這也已經是 DI，也就是 Dependency Injection

DI 的重點是把依賴從外部交給物件，constructor injection 是其中一種方式

IoC、DI 與 Bean 的關係

在上一篇的預設設定下，可以用以下方式理解啟動過程

SpringApplication.run(...)
    ↓
建立 ApplicationContext，讀取設定並註冊 Bean definition
    ↓
依照依賴關係建立與初始化 Bean
    ↓
InMemoryStudentRepository → StudentService → BootController
    ↓
建立 web request mapping，應用程式開始提供服務

這是理解依賴的簡化流程，不代表所有 Bean 都固定依照檔案順序建立，也不包含 lazy initialization 或其他 scope 的特殊時機

Spring DI 的定義與 constructor injection 可對照 官方 DI 文件

Bean 是被管理的物件，不是 class 名稱，也不是 annotation 本身

StudentService 是 class，Spring 依設定建立並管理的 instance 才是這裡說的 Bean

一般 new Student(...) 產生的資料物件不會自動變成 Bean，response DTO 也通常不需要交給 container 管理

Component scanning 如何找到 Bean

上一篇使用以下 annotation

@Service、@Repository 與 @Controller 都是 @Component 的特化，@RestController 又包含 @Controller

元件位於掃描範圍內、符合註冊條件時，Spring 才會把它們納入管理

所以 DI 成立需要兩端都準備好：接收依賴的 Service 由 Spring 管理，提供依賴的 Repository 也必須已註冊成可用的 Bean

只在一般 object 的 field 寫 @Autowired，不會自動把那個 object 交給 Spring

Spring 怎麼決定要注入哪一個物件

回到上一篇的 constructor

public StudentService(StudentRepository studentRepository) {
    this.studentRepository = studentRepository;
}

Spring 會根據這個 injection point 的型別與 qualifier 等資訊解析依賴

本例只有一個符合 StudentRepository 型別的 Bean，就是 InMemoryStudentRepository，因此可以注入

只有一個 constructor 時，即使沒有 @Autowired，Spring 也會使用它，可參考 Autowired 官方說明

constructor injection 的實際好處是能看出必要依賴、用 final 保存 reference，也容易在一般 Java 程式或測試中自行組裝

不需要為了 DI 強制替每一個 Service 建立 interface，這篇 Controller 直接依賴 StudentService 也可以

Repository 使用 interface，是為了表達資料存取契約並允許替換實作

用 Bean 註冊無法修改的 class

自己寫的 class 可以加 @Component 或 @Service

但像 JDK 的 Clock，不適合也不能直接去修改它的原始碼加 Spring annotation

這時可以透過 configuration 中的 @Bean method 定義建立方式

在上一篇專案的 com.example.bootdemo package 新增 TimeConfiguration.java

package com.example.bootdemo;

import java.time.Clock;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

@Configuration(proxyBeanMethods = false)
public class TimeConfiguration {
    @Bean
    public Clock appClock() {
        return Clock.systemUTC();
    }
}

@Configuration 讓這個 class 提供 Bean definition，@Bean 告訴 Spring 用這個 method 的回傳物件作為 Bean

Bean 的預設名稱是 method 名稱，所以這個 Bean 叫 appClock，型別是 Clock

Clock.systemUTC() 提供以 UTC zone 表示的系統時鐘，可以透過 Clock 介面讀取當下時間

這裡使用 proxyBeanMethods = false，不依賴 configuration 代理去攔截 @Bean method 之間的呼叫

之後若某個 @Bean method 需要其他 Bean，優先透過 method parameter 注入，不要把直接呼叫 appClock() 當成向 container 取得既有 Bean

@Bean 的 method parameter 注入方式可參考 官方 Java configuration 文件

把 Clock 注入新的 API

新增 TimeResponse.java

package com.example.bootdemo;

public record TimeResponse(String now) {
}

新增 TimeController.java

package com.example.bootdemo;

import java.time.Clock;
import java.time.Instant;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
@RequestMapping("/api/time")
public class TimeController {
    private final Clock clock;

    public TimeController(Clock clock) {
        this.clock = clock;
    }

    @GetMapping
    public TimeResponse now() {
        return new TimeResponse(Instant.now(clock).toString());
    }
}

重新啟動 application 後呼叫

curl 'http://localhost:8080/api/time'

預期得到包含 ISO-8601 時間字串的 JSON，例如

{ "now": "2026-09-10T02:30:00Z" }

實際值取決於發送 request 的時間，Z 表示 UTC

這個 API 只是示範 Bean 注入，沒有額外業務流程，因此直接在 Controller 使用 Clock 即可

需要固定時間來驗證行為時，也可以完全不啟動 Spring，自己組裝 Controller

Clock fixedClock = Clock.fixed(
        Instant.parse("2026-09-10T00:00:00Z"),
        java.time.ZoneOffset.UTC);
TimeController controller = new TimeController(fixedClock);

System.out.println(controller.now().now());
// 2026-09-10T00:00:00Z

這是放在一般 Java method 內的示意片段，需要 import Clock 與 Instant

把時間來源抽成 constructor dependency，呼叫端就可以決定使用系統時鐘或固定時鐘

同一型別有多個 Bean 時

假設未來同時註冊 appClock 與 reportClock，兩者型別都是 Clock

當單一 injection point 無法唯一選出候選者時，可能出現 NoUniqueBeanDefinitionException

需要指定用途時，可以修改 TimeController 的 constructor，明確選擇既有的 appClock

public TimeController(
        @Qualifier("appClock") Clock clock) {
    this.clock = clock;
}

使用這段時要在檔案加上 import

import org.springframework.beans.factory.annotation.Qualifier;

也可以在其中一個 Bean definition 加上 @Primary，讓它在單值注入時作為優先候選

@Primary 適合指定預設實作，@Qualifier 適合表達某個 injection point 要哪一種用途，不需要為了處理注入問題把依賴改成 static

相關選擇規則可參考 Primary 文件 與 Qualifier 文件

預設 singleton 不代表 thread-safe

Spring Bean 預設是 singleton scope，意思是同一個 container 中，同一份 Bean definition 對應一個共享 instance

不是整個 JVM 只能有一個該 class 的物件，也不是每次 HTTP request 都建立新的 Controller 或 Service

所以不要把某次 request 的資料寫在 singleton Service 的 mutable field 裡

// 反例：不同 request 會共用這個欄位
private String currentStudentName;

request 專屬資料應透過 method parameter、local variable 或適合的資料結構傳遞

上一篇 Repository 使用不可修改的 Map 與只包含基本資料的 record，只有讀取操作；如果改成可寫入的共享狀態，就必須另外考慮並行存取

final 只限制 field reference 不能重新指派，不保證它指向的物件不可修改，也不會自動保證 thread safety

scope 的正式定義可參考 Spring Bean scopes 文件

注入失敗時先檢查什麼

• 找不到 Bean：檢查實作是否有註冊、是否位於掃描範圍、是否受 profile 或 condition 限制
• 找到多個候選者：檢查是否重複用 component scan 與 @Bean 註冊，或需要 @Qualifier／@Primary
• 自己 new 出來的物件沒有注入：改由 container 組裝，或自行把依賴傳進 constructor
• A 的 constructor 需要 B，B 又需要 A：重新拆分責任，constructor 循環依賴無法完成正常組裝

回到系列的查詢流程，Controller、Service 與 Repository 描述的是責任分工，DI 描述的是依賴如何交給物件，Bean 則是 Spring 管理這些物件時使用的名稱

讀程式時分別看「這個 method 做什麼」與「這個 constructor 需要誰」，就比較容易把 request 流程和物件組裝連在一起