【转】如何理解依赖注入

什么是依赖注入？

当我们编写 Web 后端代码的时候，会遇到这样的代码：

class A {
    private IB _b;

    public A(IB b){
        _b = b;
    }

    public void MethodA(){
        _b.MethodB();
    }
}

如果你跟我第一次的感觉相同，可能也会存在这样的困惑：在 Class A 中没有任何地方 new Class B 的实例，但是运行的时候，MethodA 中的变量 _b 已经是 Class B 的一个实例了，为什么会这样？

今天我们就带着疑问，了解一下依赖注入的来龙去脉。

文章从依赖注入的历史出发，分为三个部分：

依赖倒置原则
控制反转
依赖注入

依赖注入发展历史

1 依赖倒置原则

依赖倒置原则（DIP Dependency Inversion Principle）

在没有依赖注入的情况下，如果 Class A 调用了 Class B 的方法，这就意味着 Class A 依赖于 Class B。换句话说，在编译时 Class A 将取决于 Class B。

直接依赖的编译情况

代码可以这么编写：

class A {
    private B b；

    public A(){
        b = new B();
    }

    public void MethodA(){
        b.MethodB();
    }
}

在 90 年代的时候，代码差不多都是这么写的。这样的代码有什么问题吗？

为了准确地回答这个问题，让我们回到 1995 年。“Bob 大叔”（Robert C. Martin）当年提出了——依赖倒置原则。

这个原则有以下两个定义：

高层模块不应该依赖于低层模块，二者都应该依赖于抽象。
抽象不应该依赖于细节，细节应该依赖于抽象。

上面的代码很明显不符合这个原则，那么怎样才算能符合这个原则？

1.1 依赖倒置原则示例

我们来看看 “Bob 大叔” 在他的著作《敏捷软件开发，原则、模式与实践 C# 版》中的一个示例，来深入理解这个原则的具体含义。

假设有一个控制电水壶（Kettle）温度调节器的软件，该软件可以从一个 I/O 通道中读取当前的温度，并通过向另一个 I/O 通道发送指令来操作电水壶打开或者关闭。

调节器软件将电水壶的温度控制在一个范围（最低温度和最高温度之间）。当温度低于最低温度（minTemp）时，就发送指令打开（Turn On）电水壶。当温度高于最高温度（maxTemp）时，就发送指令关闭（Turn Off）电水壶。

根据上述需求，代码可以这样写：

//读取温度的 I/O 通道
const byte TERMOMETER = 0x86; 
//操作电水壶开关的 I/O 通道
const byte KETTLE = 0x87; 
// 开电水壶的指令
const byte TURNON = 1; 
//关电水壶的指令
const byte TURNOFF = 0; 

//温度调节器函数
void Regulate(double minTemp, double maxTemp)
{
    for(;;)
    {
        //当温度高于最低温度时，就等待 1 秒中，继续循环。
        while(in(TERMOMETER) > minTemp)
            wait(1);
        //否则就发送指令打开电水壶。
        out(KETTLE,TURNON);

        //当温度低于最高温度时，就等待 1 秒中，继续循环。
        while(in(TERMOMETER) < maxTemp)
            wait(1);
        //否则就发送指令关闭电水壶。
        out(KETTLE,TURNOFF);
    }
}

整个函数的高层意图非常清晰，但是实现的代码中包括了许多底层的细节，in 和 out 函数都是系统底层函数。

如果其他类型的加热器（Heater）也有同样的调节温度需求，这段代码会因为包括了电水壶的底层细节无法被重用。

如何修改这段代码让它可以重用？这时候就可以使用依赖倒置原则。

使用依赖倒置的调节器函数

在图中，可以看到 Regulate 调节器函数接受了两个接口参数：IThermometer 接口可以读取（Read）温度；IHeater 接口可以打开（TurnOn）或者关闭（TurnOff）加热器。

接口的定义和 Regulate 调节器函数都属于高层模块，函数只需要知道着这两个接口，跟具体加热器的实现细节无关。

所有的加热器只需实现这两个接口就可以，这些接口的实现属于底层模块。

这就是依赖关系倒置，高层的 Regulate 调节器函数，不再依赖任何加热器的底层细节，函数本身有了很好的可用性。

最终 Regulate 调节器函数可以写成下面这样：

void Regulate(IThermometer t, IHeater h,
        double minTemp, double maxTemp)
{
    for(;;)
    {
        while(t.Read() > minTemp)
            wait(1);
        h.TurnOn();

        while(t.Read() > maxTemp)
            wait(1);
        h.TurnOff();
    }
}

1.2 使用依赖倒置原则优化代码

依赖倒置原则，不仅解释了为什么之前代码的写法不好，而且提出了解决方案。

让我们再次回到之前的例子中：

代码 1 直接依赖：

class A {
    private B b；

    public A(){
        b = new B();
    }

    public void MethodA(){
        b.MethodB();
    }
}

class B {
    public void MethodB(){
        //code of method.
    }
}

之前已经提到，在这段代码中 Class A 依赖于 Class B。如果 Class A 是高层模块，如何让 Class A 不依赖于 Class B？

根据依赖倒置原则，我们可以让 Class A 依赖于 Class B 的抽象 IB。

代码 2 依赖倒置：

class A {
    public void MethodA(IB b){
        b.MethodB();
    }
}

interface IB {
    void MethodB();
}

class B : IB {
    public void MethodB(){
        //code of method.
    }
}

此时，Class A 和 Class B 的依赖关系反转了。

Class A 和接口 IB 属于高层模块，Class B 作为接口 IB 的实现属于底层模块。

依赖倒置的编译情况

但是想要调用 Class A 中的 MethodA，应用程序仍然需要先 new 一个 Class B 的实例。

class Test {
    static void Main(){
        A a = new A();
        B b = new B();

        a.MethodA(b);
    }
}

这样的调用关系，在编译时 Class A 依赖于抽象 IB；在运行时，实例 a 仍然直接调用了实例 b，所以应用程序需要事先准备好 Class B 的实例 b。

这跟我们说的依赖注入有什么关系？让我们带着这个疑问，先进入下一个概念——控制反转 (IoC Inversion of Control)。

2 控制反转

控制反转 (IoC Inversion of Control)

2.1 直接依赖和依赖倒置运行时的执行方向

我们回过头来，再看看之前的两段代码。

代码 1 直接依赖：

class A {
    private B b；

    public A(){
        b = new B();
    }

    public void MethodA(){
        b.MethodB();
    }
}

class B {
    public void MethodB(){
        //code of method.
    }
}

第一段代码使用了直接依赖的方式，Class A 依赖于 Class B。编译时依赖关系顺着运行时执行的方向流动，二者方向是一致的。

直接依赖编译和运行时的方向

代码 2 依赖倒置：

class A {
    public void MethodA(IB b){
        b.MethodB();
    }
}

interface IB {
    void MethodB();
}

class B : IB {
    public void MethodB(){
        //code of method.
    }
}

第二段代码使用了依赖倒置原则，使得代码在编译阶段的依赖关系发生了反转。Class A 在编译时可以调用 Class B 的抽象 IB 上的方法。而在运行时，Class A 的实例仍然直接调用 Class B 的实例。

依赖倒置编译和运行时的方向

在代码的运行阶段，这两段代码的执行流程是一致的。

因为，在传统的面向对象程序中，执行的代码（主函数）需要先实例化对象、再调用方法，这样代码才能继续执行。

直接依赖 VS 依赖倒置

2.2 控制反转介绍

我们回过头来，看看文章最开始使用的代码示例。

代码 3 控制反转：

class A {
    private IB _b;

    public A(IB b){
        _b = b;
    }

    public void MethodA(){
        _b.MethodB();
    }
}

interface IB {
    void MethodB();
}

class B : IB {
    public void MethodB(){
        //code of method.
    }
}

代码 3 控制反转和代码 2 依赖倒置的结构很类似，所以，很明显代码 3 控制反转也是符合依赖倒置原则的。

依赖倒置 VS 控制反转

但这两段代码的使用还是不一样，在使用代码 3 控制反转的项目中，开发人员不需要编写任何实例化 Class B 的代码。

为什么会这样？这时就必须引入控制反转（IoC Inversion of Control）概念了。

2.3 控制反转的概念

控制反转的主要思想是：有一个独立的框架，它可以获得接口 IB 合适的实现类 Class B，并主动创建这个类的实例，再赋值给 Class A 类的一个字段 _b。

如下图所示：

控制反转的运行时的情况

此时，程序执行的控制流程（先实例化对象、再调用方法），就从应用程序本身转移到了 IoC 框架中。也就是说，程序的主要控制者发生了反转，从应用程序变成了 IoC 框架。

从上面的介绍可以看出，框架的一个重要特征是：用户为框架定义的方法，经常会从框架本身，而不是从用户的应用程序代码中调用。

这种控制权的倒置有时被称为好莱坞原则：

不要调用我们，我们会调用你。
Don't call me; I'll call you.

在协调和安排应用活动的顺序方面，框架往往扮演着主程序的角色。这种控制的倒置使得框架有能力作为可扩展的骨架。

2.4 控制反转的示例

带着上面的理论，我们再来看看代码 3 控制反转中的代码片段：

class A {
    private IB _b;

    public A(IB b){
        _b = b;
    }

    public void MethodA(){
        _b.MethodB();
    }
}

代码中，为框架定义的方法——构造函数 public A(IB b) ，会被框架调用而不是应用程序本身调用。

这就是为什么我们在项目中看不到任何调用这个构造函数的原因。

控制反转框架在运行时调用了 Class A 的构造函数，发现参数需要 IB 接口，就找到了接口 IB 合适的实现类 Class B，然后创建了 Class B 的实例，最后赋值给构造函数的参数。

在这里，程序执行的控制流程完全发生了转变，从应用程序转移到了控制反转框架中。

控制反转的发展也经历了很长时间的迭代：

从 1983 年，Richard E. Sweet 提出好莱坞原则开始；到 1998 年，随着 Java Apache 服务器框架的提出，Stefano Mazzocchi 将控制反转作为框架的主要驱动设计原则之一，普及了这个概念；最后，在 2003 年，Spring、PicoContainer 等框架纷纷实现了控制反转。最终才有了文章最开始展示的那种类型的代码。

3 依赖注入

依赖注入（DI Dependency Injection）

说了半天，我们还没有提及文章标题中的名词——依赖注入。

2004 年，Martin Fowler 在他的文章《控制反转容器&依赖注入模式》首次提出了依赖注入这个名词。

文章中指出，控制反转这个词太宽泛，并不能很好地解释这个框架的具体实现。作者和 IoC 爱好者们商讨出了一个新的名称：依赖注入。

这个名词很形象地解释了控制反转在运行时发生了什么。比如我们之前的代码 3 中，在运行时，构造函数 public A(IB b) 需要接口 IB 的一个实例，此时框架就像是给函数打针一样，注入了 Class B 的实例。

下面这幅漫画生动地展现了用户的使用感受。

依赖注入漫画

打个比方，包饺子的时候我们不需要确定具体是什么馅，只管包就行了，在吃饺子的时候，我说想吃韭菜鸡蛋馅的饺子，这时候就有人用针管给我的饺子注入韭菜鸡蛋馅。

4 历史演变过程

从上面的描述中我们可以看到，依赖倒置原则是一个软件设计原则，而使用了控制反转的代码都符合这一原则。

控制反转框架，将程序执行的控制流程从应用程序转移到了框架中。最终使用的感觉就是，开发者在代码中所依赖的对象，会在运行的时候直接注入到相应的方法中去，所以就有了一个新名词——依赖注入。

整个技术的演变历程如下：

依赖注入发展历史

我们现在明白了依赖倒置设计原则和控制反转框架的功能，你不觉得控制反转框架很神奇，它到底是如何实现这些功能的呢？

作者：dingtingli
链接：https://www.zhihu.com/question/425602814/answer/2912821682
来源：知乎

posted @ 2023-03-10 02:21 huansky 阅读(206) 评论(0) 编辑收藏举报

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