依赖倒置原则

3.1 依赖倒置原则的定义

     依赖倒置原则(Dependence Inversion Principle,简称DIP)这个名字看着有点别扭,“依赖”还“倒置”,这到底是什么意思?依赖倒置原则的原始定义是:High level modules should not depend upon low level modules. Both should depend upon abstractions. Abstractions should not depend upon details. Details should depend upon abstractions。翻译过来,包含三层含义:

  • 高层模块不应该依赖低层模块,两者都应该依赖其抽象;
  • 抽象不应该依赖细节;
  • 细节应该依赖抽象。

     高层模块和低层模块容易理解,每一个逻辑的实现都是由原子逻辑组成的,不可分割的原子逻辑就是低层模块,原子逻辑的再组装就是高层模块。那什么是抽象,什么又是细节呢?在Java语言中,抽象就是指接口或抽象类,两者都是不能直接被实例化的;细节就是实现类,实现接口或继承抽象类而产生的类就是细节,其特点就是可以直接被实例化,也就是可以加上一个关键字new产生一个对象。依赖倒置原则在Java语言中的表现就是:

  • 模块间的依赖是通过抽象发生,实现类之间不发生直接的依赖关系,其依赖关系是通过接口或抽象类产生的;
  • 接口或抽象类不依赖于实现类;
  • 实现类依赖接口或抽象类。

     更加精简的定义就是“面向接口编程”——OOD(Object-Oriented Design,面向对象设计)的精髓之一。

3.2 言而无信,你太需要契约

     采用依赖倒置原则可以减少类间的耦合性,提高系统的稳定性,减少并行开发引起的风险,提高代码的可读性和可维护性。

     证明一个定理是否正确,有两种常用的方法:一种是根据提出的论题,经过一番论证,推出和定理相同的结论,这是顺推证法;还有一种是首先假设提出的命题是伪命题,然后推导出一个荒谬、与已知条件互斥的结论,这是反证法。我们今天就用反证法来证明依赖倒置原则是多么的优秀和伟大!

     论题:依赖倒置原则可以减少类间的耦合性,提高系统的稳定性,减少并行开发引起的风险,提高代码的可读性和维护性。

     反论题:不使用依赖倒置原则也可以减少类间的耦合性,提高系统的稳定性,减少并行开发引起的风险,提高代码的可读性和维护性。

     我们通过一个例子来说明反论题是不成立的。现在的汽车越来越便宜了,也就顶多一个卫生间的价格就可以买到一辆不错的汽车,有汽车就必然有人来驾驶了,司机驾驶奔驰车的类图如图3-1所示。

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图3-1 司机驾驶奔驰车类图

     奔驰车可以提供一个方法run,代表车辆运行,实现过程如代码清代3-1所示。

代码清单3-1 司机源代码

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public class Driver {
 
//司机的主要职责就是驾驶汽车
 
public void drive(Benz benz){
 
benz.run();
 
}
 
}

     司机通过调用奔驰车的run方法开动奔驰车,其源代码如代码清单3-2所示。

代码清单3-2 奔驰车源代码

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public class Benz {
 
//汽车肯定会跑
 
public void run(){
 
System.out.println("奔驰汽车开始运行...");
 
}
 
}

     有车,有司机,在Client场景类产生相应的对象,其源代码如代码清代3-3所示。

代码清单3-3 场景类源代码

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public class Client {
 
public static void main(String[] args) {
 
Driver zhangSan = new Driver();
 
Benz benz = new Benz();
 
//张三开奔驰车
 
zhangSan.drive(benz);
 
}
 
}

     通过以上的代码,完成了司机开动奔驰车的场景,到目前为止,这个司机开奔驰车的项目没有任何问题。我们常说“危难时刻见真情”,我们把这句话移植到技术上就成了“变更才显真功夫”,业务需求变更永无休止,技术前进就永无止境,在发生变更时才能发觉我们的设计或程序是否是松耦合。我们在一段貌似磐石的程序上加上一块小石头:张三司机不仅要开奔驰车,还要开宝马车,又该怎么实现呢?麻烦出来了,那好,我们走一步是一步,我们先把宝马车产生出来,实现过程如代码清单3-4所示。

代码清单3-4 宝马车源代码

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public class BMW {
 
//宝马车当然也可以开动了
 
public void run(){
 
System.out.println("宝马汽车开始运行...");
 
}
 
}

     宝马车也产生了,但是我们却没有办法让张三开动起来,为什么?张三没有开动宝马车的方法呀!一个拿有C照的司机竟然只能开奔驰车而不能开宝马车,这也太不合理了!在现实世界都不允许存在这种情况,何况程序还是对现实世界的抽象,我们的设计出现了问题:司机类和奔驰车类之间是一个紧耦合的关系,其导致的结果就是系统的可维护性大大降低,可读性降低,两个相似的类需要阅读两个文件,你乐意吗?还有稳定性,什么是稳定性?固化的、健壮的才是稳定的,这里只是增加了一个车类就需要修改司机类,这不是稳定性,这是易变性。被依赖者的变更竟然让依赖者来承担修改的成本,这样的依赖关系谁肯承担!证明到这里,我们已经知道伪命题已经部分不成立了。

     注意 设计是否具备稳定性,只要适当的“松松土”,观察“设计的蓝图”是否还可以茁壮的成长就可以得出结论,稳定性较高的设计,在周围环境频繁变化的时候,依然可以做到“我自岿然不动”。

     我们继续证明,“减少并行开发引起的风险”,什么是并行开发的风险?并行开发最大的风险就是风险扩散,本来只是一段程序的错误或异常,逐步波及一个功能,一个模块,甚至到最后毁坏了整个项目,为什么并行开发就有这个风险呢?一个团队,20人开发,各人负责不同的功能模块,甲负责汽车类的建造,乙负责司机类的建造,在甲没有完成的情况下,乙是不能完全地编写代码的,缺少汽车类,编译器根本就不会让你通过!在缺少Benz类的情况下,Driver类能编译吗?更不要说是单元测试了!在这种不使用依赖倒置原则的环境中,所有的开发工作都是“单线程”的,甲做完,乙再做,然后是丙继续…,这在90年代“个人英雄主义”编程模式中还是比较适用的,一个人完成所有的代码工作,但在现在的大中型项目中已经是完全不能胜任了,一个项目是一个团队的协作结果,一个“英雄”再牛X也不可能了解所有的业务和所有的技术,要协作就要并行开发,要并行开发就要解决模块之间的项目依赖关系,那然后呢?依赖倒置原则就隆重出场了!

     根据以上证明,如果不使用依赖倒置原则就会加重类间的耦合性,降低系统的稳定性,增加并行开发引起的风险,降低代码的可读性和维护性。承接上面的例子,引入依赖倒置原则后的类图如图3-2所示。

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图3-2 引入依赖倒置原则后的类图

     建立两个接口:IDriver和ICar,分别定义了司机和汽车的各个职能,司机就是驾驶汽车,必须实现drive()方法,其实现过程如代码清单3-5所示。

代码清单3-5 司机接口

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public interface IDriver {
 
//是司机就应该会驾驶汽车
 
public void drive(ICar car);
 
}

     接口只是一个抽象化的概念,是对一类事物的最抽象描述,具体的实现代码由相应的实现类来完成,Driver实现类如代码清单3-6所示。

代码清单3-6 司机类的实现

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public class Driver implements IDriver{
 
//司机的主要职责就是驾驶汽车
 
public void drive(ICar car){
 
car.run();
 
}
 
}

     在IDriver中,通过传入ICar接口实现了抽象之间的依赖关系,Driver实现类也传入了ICar接口,至于到底是哪个型号的Car需要在高层模块中声明。

     ICar及其两个实现类的实现过程如代码清单3-7所示。

代码清单3-7 汽车接口及两个实现类

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public interface ICar {
 
//是汽车就应该能跑
 
public void run();
 
}
 
public class Benz implements ICar{
 
//汽车肯定会跑
 
public void run(){
 
System.out.println("奔驰汽车开始运行...");
 
}
 
}
 
public class BMW implements ICar{
 
//宝马车当然也可以开动了
 
public void run(){
 
System.out.println("宝马汽车开始运行...");
 
}
 
}

     在业务场景中,我们贯彻“抽象不应该依赖细节”,也就是我们认为抽象(ICar接口)不依赖BMW和Benz两个实现类(细节),因此我们在高层次的模块中应用都是抽象,Client的实现过程如代码清单3-8所示。

代码清单3-8 业务场景

public class Client {

public static void main(String[] args) {

IDriver zhangSan = new Driver();

ICar benz = new Benz();

//张三开奔驰车

zhangSan.drive(benz);

}

}

     Client属于高层业务逻辑,它对低层模块的依赖都建立在抽象上,zhangSan的显示类型是IDriver,benz的显示类型是ICar,也许你要问,在这个高层模块中也调用到了低层模块,比如new Driver()和new Benz()等,如何解释?确实如此,zhangSan的显示类型是IDriver,是一个接口,是抽象的,非实体化的,在其后的所有操作中,zhangSan都是以IDriver类型进行操作,屏蔽了细节对抽象的影响。当然,张三如果要开宝马车,也很容易,我们只要修改业务场景类就可以,实现过程如代码清单3-9所示。

代码清单3-9 张三驾驶宝马车的实现过程

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public class Client {
 
public static void main(String[] args) {
 
IDriver zhangSan = new Driver();
 
ICar bmw = new BMW();
 
//张三开奔驰车
 
zhangSan.drive(bmw);
 
}
 
}

     在新增加低层模块时,只修改了业务场景类,也就是高层模块,对其他低层模块如Driver类不需要做任何修改,业务就可以运行,把“变更”引起的风险扩散降低到最小。

     注意 在Java中,只要定义变量就必然要有类型,一个变量可以有两个类型:显示类型和真实类型,显示类型是在定义的时候赋予的类型,真实类型是对象的类型,如zhangSan的显示类型是IDriver,真实类型是Driver。

     我们再来思考依赖倒转对并行开发的影响。两个类之间有依赖关系,只要制定出两者之间的接口(或抽象类)就可以独立开发了,而且项目之间的单元测试也可以独立的运行,而TDD(Test-Driven Development,测试驱动开发)开发模式就是依赖倒置原则的最高级应用。我们继续回顾上面司机驾驶汽车的例子,甲程序员负责IDriver的开发,乙程序员负责ICar的开发,两个开发人员只要制定好了接口就可以独立地开发了,甲开发进度比较快,完成了IDriver以及相关的实现类Driver的开发工作,而乙程序员滞后开发,那甲是否可以进行单元测试(Unit Test)呢?答案是可以,我们引入一个JMock工具,其最基本的功能是根据抽象虚拟一个对象进行测试,测试类如代码清单3-10所示。

代码清单3-10 测试类

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public class DriverTest extends TestCase{
 
Mockery context = new JUnit4Mockery();
 
@Test
 
public void testDriver() {
 
//根据接口虚拟一个对象
 
final ICar car = context.mock(ICar.class);
 
IDriver driver = new Driver();
 
//内部类
 
context.checking(new Expectations(){{
 
oneOf (car).run();
 
}});
 
driver.drive(car);
 
}
 
}

     注意粗体部分,我们只需要一个ICar的接口,就可以对Driver类进行单元测试,从这一点来看,两个相互依赖的对象可以分别进行开发,孤立的单元测试,进而保证并行开发的效率和质量,TDD开发的精髓不就在这里吗?测试驱动开发,先写好单元测试类,然后再写实现类,这对代码的质量有非常大的提高,特别适合研发类项目或在项目成员整体水平比较低的情况下采用。

     抽象是对实现的约束,对依赖者而言,也是一种契约,不仅仅约束自己,还同时约束自己与外部的关系,其目的是保证所有的细节不逃脱契约的范畴,确保约束双方按照既定的契约(抽象)共同发展,只要抽象这根基线在,细节就逃脱不了这个圈圈,始终让你的对象做到“言而有信”“言出必行”

3.3 依赖的三种写法

     依赖是可以传递的,A对象依赖B对象,B又依赖C,C又依赖D…,生生不息,依赖不止,记住一点:只要做到抽象依赖,即使是多层的依赖传递也无所畏惧!

     对象的依赖关系有三种方式来传递,如下所示。

  • 构造函数传递依赖对象

     在类中通过构造函数声明依赖对象,按照依赖注入的说法这种方式叫做构造函数注入,按照这种方式的注入,IDriver和Driver的程序修改后如代码清单3-11所示。

代码清单3-11 构造函数传递依赖对象

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public interface IDriver {
 
//是司机就应该会驾驶汽车
 
public void drive();
 
}
 
public class Driver implements IDriver{
 
private ICar car;
 
//构造函数注入
 
public Driver(ICar _car){
 
this.car = _car;
 
}
 
//司机的主要职责就是驾驶汽车
 
public void drive(){
 
this.car.run();
 
}
 
}
  • Setter方法传递依赖对象

     在抽象中设置setter方法声明依赖关系,依照依赖注入的说法就是setter依赖注入,按照这种方式的注入,IDriver和Driver的程序修改后如代码清单3-12所示。

代码清单3-12 Setter依赖注入

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public interface IDriver {
 
//车辆型号
 
public void setCar(ICar car);
 
//是司机就应该会驾驶汽车
 
public void drive();
 
}
 
public class Driver implements IDriver{
 
private ICar car;
 
public void setCar(ICar car){
 
this.car = car;
 
}
 
//司机的主要职责就是驾驶汽车
 
public void drive(){
 
this.car.run();
 
}
 
}
  • 接口声明依赖对象

     在接口的方法中声明依赖对象,3.2章节的例子就是采用了接口声明依赖的方式,,该方法也叫做接口注入。

3.4 最佳实践

     依赖倒转原则的本质就是通过抽象(接口或抽象类)使各个类或模块的实现彼此独立,不互相影响,实现模块间的松耦合,我们怎么在项目中使用这个规则呢?只要遵循以下的几个规则就可以:

  • 每个类尽量都有接口或抽象类,或者抽象类和接口两者都具备。

     这是依赖倒置的基本要求,接口和抽象类都是属于抽象的,有了抽象才可能依赖倒置。

  • 变量的显示类型尽量是接口或者是抽象类。

     很多书上说变量的类型一定要是接口或者是抽象类,这个有点绝对化了,比如一个工具类,xxxUtils一般是不需要接口或是抽象类的。还有,如果你要使用类的clone方法,就必须使用实现类,这个是JDK提供一个规范。

  • 任何类都不应该从具体类派生。

     如果一个项目处于开发状态,确实不应该有从具体类派生出的子类的情况,但这也不是绝对的,因为人都是会犯错误的,有时设计缺陷是在所难免的,因此只要不超过两层的继承都是可以忍受的。特别是做项目维护的同志,基本上可以不考虑这个规则,为什么?维护工作基本上都是做扩展开发,修复行为,通过一个继承关系,覆写一个方法就可以修正一个很大的Bug,何必再要去继承最高的基类呢?

  • 尽量不要覆写基类的方法。

     如果基类是一个抽象类,而且这个方法已经实现了,子类尽量不要覆写。类间依赖的是抽象,覆写了抽象方法,对依赖的稳定性会产生一定的影响。

  • 结合里氏替换原则使用

     在上一个章节中我们讲解了里氏替换原则,父类出现的地方子类就能出现,再结合本章节的讲解,我们可以得出这样一个通俗的规则: 接口负责定义public属性和方法,并且声明与其他对象的依赖关系,抽象类负责公共构造部分的实现,实现类准确的实现业务逻辑,同时在适当的时候对父类进行细化。

     讲了这么多,估计大家对“倒置”这个词还是有点不理解,那到底什么是“倒置”呢?我们先说“正置”是什么意思,依赖正置就是类间的依赖是实实在在的实现类间的依赖,也就是面向实现编程,这也是正常人的思维方式,我要开奔驰车就依赖奔驰车,我要使用笔记本电脑就直接依赖笔记本电脑,而编写程序需要的是对现实世界的事物进行抽象,抽象的结果就是有了抽象类和接口,然后我们根据系统设计的需要产生了抽象间的依赖,代替了人们传统思维中的事物间的依赖,“倒置”就是从这里产生的。

     依赖倒置原则的优点在小型项目中很难体现出来,例如小于10个人月的项目,使用简单的SSH架构,基本上不费太大力气就可以完成,是否采用依赖倒置原则影响不大。但是,在一个大中型项目中,采用依赖倒置原则可以带来非常多的优点,特别是规避一些非技术因素引起的问题。项目越大,需求变化的概率也越大,通过采用依赖倒置原则设计的接口或抽象类对实现类进行约束,可以减少需求变化引起的工作量剧增的情况。人员的变动在大中型项目中也是时常存在的,如果设计优良、代码结构清晰,人员变化对项目的影响基本为零。大中型项目的维护周期一般都很长,采用依赖倒置原则可以让维护人员轻松地扩展和维护。

     依赖倒置原则是六个设计原则中最难以实现的原则,它是实现开闭原则的重要途径,依赖倒置原则没有实现,就别想实现对扩展开放,对修改关闭。在项目中,大家只要记住是“面向接口编程”就基本上抓住了依赖倒转原则的核心。

     讲了这么多依赖倒置原则的优点,我们也来打击一下大家,在现实世界中确实存在着必须依赖细节的事物,比如法律,就必须依赖细节的定义。 “杀人偿命”在中国的法律中古今有之,那这里的杀人就是一个抽象的含义,怎么杀,杀什么人,为什么杀人,都没有定义,只要是杀人就统统得偿命,那这就是有问题了,好人杀了坏人,还要陪上自己的一条性命,这是不公正的,从这一点看,我们在实际的项目中使用依赖倒置原则时需要审时度势,不要抓住一个原则不放,每一个原则的优点都是有限度的,并不是放之四海而皆准的真理,所以别为了遵循一个原则而放弃了一个项目的终极目标:投产上线和盈利。作为一个项目经理或架构师,应该懂得技术只是实现目的的工具,惹恼了顶头上司,设计做得再漂亮,代码写得再完美,项目做得再符合标准,一旦项目亏本,产品投入大于产出,那整体就是扯淡!你自己也别想混得更好!

posted @ 2014-02-16 17:39 yulang 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏