设计模式之美学习(十七)

2019.12.16 10:16 0

首先提出问题:

  • “依赖反转”这个概念指的是“谁跟谁”的“什么依赖”被反转了?“反转”两个字该如何理解?

  • 我们还经常听到另外两个概念:“控制反转”和“依赖注入”。这两个概念跟“依赖反转”有什么区别和联系呢?它们说的是同一个事情吗?

  • 如果你熟悉 Java 语言,那 Spring 框架中的 IOC 跟这些概念又有什么关系呢?

控制反转(IOC)

控制反转的英文翻译是 Inversion Of Control,缩写为 IOC。此处我要强调一下,如果你是 Java 工程师的话,暂时别把这个“IOC”跟 Spring 框架的 IOC 联系在一起。

先通过一个例子来看一下,什么是控制反转。

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public class UserServiceTest {
public static boolean doTest() {
// ...
}

public static void main(String[] args) {//这部分逻辑可以放到框架中
if (doTest()) {
System.out.println("Test succeed.");
} else {
System.out.println("Test failed.");
}
}
}

在上面的代码中,所有的流程都由程序员来控制。如果我们抽象出一个下面这样一个框架,我们再来看,如何利用框架来实现同样的功能。具体的代码实现如下所示:

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public abstract class TestCase {
public void run() {
if (doTest()) {
System.out.println("Test succeed.");
} else {
System.out.println("Test failed.");
}
}

public abstract void doTest();
}

public class JunitApplication {
private static final List<TestCase> testCases = new ArrayList<>();

public static void register(TestCase testCase) {
testCases.add(testCase);
}

public static final void main(String[] args) {
for (TestCase case: testCases) {
case.run();
}
}
}

把这个简化版本的测试框架引入到工程中之后,只需要在框架预留的扩展点,也就是 TestCase 类中的 doTest() 抽象函数中,填充具体的测试代码就可以实现之前的功能了,完全不需要写负责执行流程的 main() 函数了。 具体的代码如下所示:

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public class UserServiceTest extends TestCase {
@Override
public boolean doTest() {
// ...
}
}

// 注册操作还可以通过配置的方式来实现,不需要程序员显示调用register()
JunitApplication.register(new UserServiceTest();

框架提供了一个可扩展的代码骨架,用来组装对象、管理整个执行流程。程序员利用框架进行开发的时候,只需要往预留的扩展点上,添加跟自己业务相关的代码,就可以利用框架来驱动整个程序流程的执行。

这里的“控制”指的是对程序执行流程的控制,而“反转”指的是在没有使用框架之前,程序员自己控制整个程序的执行。在使用框架之后,整个程序的执行流程可以通过框架来控制。流程的控制权从程序员“反转”到了框架。

实际上,实现控制反转的方法有很多,除了刚才例子中所示的类似于模板设计模式的方法之外,还有依赖注入等方法,所以,控制反转并不是一种具体的实现技巧,而是一个比较笼统的设计思想,一般用来指导框架层面的设计。

依赖注入(DI)

接下来,我们再来看依赖注入。依赖注入跟控制反转恰恰相反,它是一种具体的编码技巧。依赖注入的英文翻译是 Denpendecny Injection,缩写为 DI。对于这个概念,有一个非常形象的说法,那就是:依赖注入是一个标价 25 美元,实际上只值 5 美分的概念。也就是说,这个概念听起来很“高大上”,实际上,理解、应用起来非常简单。

用一句话来概括就是:不通过 new() 的方式在类内部创建依赖类对象,而是将依赖的类对象在外部创建好之后,通过构造函数、函数参数等方式传递(或注入)给类使用。

通过一个例子来解释一下。在这个例子中,Notification 类负责消息推送,依赖 MessageSender 类实现推送商品促销、验证码等消息给用户。我们分别用依赖注入和非依赖注入两种方式来实现一下。具体的实现代码如下所示:

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// 非依赖注入实现方式
public class Notification {
private MessageSender messageSender;

public Notification() {
this.messageSender = new MessageSender(); //此处有点像hardcode
}

public void sendMessage(String cellphone, String message) {
//...省略校验逻辑等...
this.messageSender.send(cellphone, message);
}
}

public class MessageSender {
public void send(String cellphone, String message) {
//....
}
}
// 使用Notification
Notification notification = new Notification();

// 依赖注入的实现方式
public class Notification {
private MessageSender messageSender;

// 通过构造函数将messageSender传递进来
public Notification(MessageSender messageSender) {
this.messageSender = messageSender;
}

public void sendMessage(String cellphone, String message) {
//...省略校验逻辑等...
this.messageSender.send(cellphone, message);
}
}
//使用Notification
MessageSender messageSender = new MessageSender();
Notification notification = new Notification(messageSender);

通过依赖注入的方式来将依赖的类对象传递进来,这样就提高了代码的扩展性,我们可以灵活地替换依赖的类。这一点在我们之前讲“开闭原则”的时候也提到过。当然,上面代码还有继续优化的空间,我们还可以把 MessageSender 定义成接口,基于接口而非实现编程。改造后的代码如下所示:

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public class Notification {
private MessageSender messageSender;

public Notification(MessageSender messageSender) {
this.messageSender = messageSender;
}

public void sendMessage(String cellphone, String message) {
this.messageSender.send(cellphone, message);
}
}

public interface MessageSender {
void send(String cellphone, String message);
}

// 短信发送类
public class SmsSender implements MessageSender {
@Override
public void send(String cellphone, String message) {
//....
}
}

// 站内信发送类
public class InboxSender implements MessageSender {
@Override
public void send(String cellphone, String message) {
//....
}
}

//使用Notification
MessageSender messageSender = new SmsSender();
Notification notification = new Notification(messageSender);

尽管依赖注入非常简单,但却非常有用,它是编写可测试性代码最有效的手段。

依赖注入框架(DI Framework)

在采用依赖注入实现的 Notification 类中,虽然我们不需要用类似 hard code 的方式,在类内部通过 new 来创建 MessageSender 对象,但是,这个创建对象、组装(或注入)对象的工作仅仅是被移动到了更上层代码而已,还是需要我们程序员自己来实现。具体代码如下所示:

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public class Demo {
public static final void main(String args[]) {
MessageSender sender = new SmsSender(); //创建对象
Notification notification = new Notification(sender);//依赖注入
notification.sendMessage("13918942177", "短信验证码:2346");
}
}

在实际的软件开发中,一些项目可能会涉及几十、上百、甚至几百个类,类对象的创建和依赖注入会变得非常复杂。如果这部分工作都是靠程序员自己写代码来完成,容易出错且开发成本也比较高。而对象创建和依赖注入的工作,本身跟具体的业务无关,我们完全可以抽象成框架来自动完成。

这个框架就是“依赖注入框架”。我们只需要通过依赖注入框架提供的扩展点,简单配置一下所有需要创建的类对象、类与类之间的依赖关系,就可以实现由框架来自动创建对象、管理对象的生命周期、依赖注入等原本需要程序员来做的事情。

实际上,现成的依赖注入框架有很多,比如 Google GuiceJava SpringPico ContainerButterfly Container 等。不过,如果你熟悉 Java Spring 框架,你可能会说,Spring 框架自己声称是控制反转容器Inversion Of Control Container)。

实际上,这两种说法都没错。只是控制反转容器这种表述是一种非常宽泛的描述,DI 依赖注入框架的表述更具体、更有针对性。因为我们前面讲到实现控制反转的方式有很多,除了依赖注入,还有模板模式等,而 Spring 框架的控制反转主要是通过依赖注入来实现的。不过这点区分并不是很明显,也不是很重要。

依赖反转原则(DIP)

为了追本溯源,先给出这条原则最原汁原味的英文描述:

High-level modules shouldn’t depend on low-level modules. Both modules should depend on abstractions. In addition, abstractions shouldn’t depend on details. Details depend on abstractions.

将它翻译成中文,大概意思就是:高层模块(high-level modules)不要依赖低层模块(low-level)。高层模块和低层模块应该通过抽象(abstractions)来互相依赖。除此之外,抽象(abstractions)不要依赖具体实现细节(details),具体实现细节(details)依赖抽象(abstractions)。

所谓高层模块和低层模块的划分,简单来说就是,在调用链上,调用者属于高层,被调用者属于低层。在平时的业务代码开发中,高层模块依赖底层模块是没有任何问题的。实际上,这条原则主要还是用来指导框架层面的设计,跟前面讲到的控制反转类似。拿 Tomcat 这个 Servlet 容器作为例子来解释一下。

Tomcat 是运行 Java Web 应用程序的容器。我们编写的 Web 应用程序代码只需要部署在 Tomcat 容器下,便可以被 Tomcat 容器调用执行。按照之前的划分原则,Tomcat 就是高层模块,我们编写的 Web 应用程序代码就是低层模块。Tomcat 和应用程序代码之间并没有直接的依赖关系,两者都依赖同一个“抽象”,也就是 Sevlet 规范。Servlet 规范不依赖具体的 Tomcat 容器和应用程序的实现细节,而 Tomcat 容器和应用程序依赖 Servlet 规范。

重点回顾

1. 控制反转

实际上,控制反转是一个比较笼统的设计思想,并不是一种具体的实现方法,一般用来指导框架层面的设计。这里所说的“控制”指的是对程序执行流程的控制,而“反转”指的是在没有使用框架之前,程序员自己控制整个程序的执行。在使用框架之后,整个程序的执行流程通过框架来控制。流程的控制权从程序员“反转”给了框架。

2. 依赖注入

依赖注入和控制反转恰恰相反,它是一种具体的编码技巧。我们不通过 new 的方式在类内部创建依赖类的对象,而是将依赖的类对象在外部创建好之后,通过构造函数、函数参数等方式传递(或注入)给类来使用。

3. 依赖注入框架

我们通过依赖注入框架提供的扩展点,简单配置一下所有需要的类及其类与类之间依赖关系,就可以实现由框架来自动创建对象、管理对象的生命周期、依赖注入等原本需要程序员来做的事情。

4. 依赖反转原则

依赖反转原则也叫作依赖倒置原则。这条原则跟控制反转有点类似,主要用来指导框架层面的设计。高层模块不依赖低层模块,它们共同依赖同一个抽象。抽象不要依赖具体实现细节,具体实现细节依赖抽象。

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