03.23 輕鬆理解 Java開發中的依賴注入(DI)和控制反轉(IOC)

前言

關於這個話題, 網上有很多文章,這裡, 我希望通過最簡單的話語與大家分享.

依賴注入和控制反轉兩個概念讓很多初學這迷惑, 覺得玄之又玄,高深莫測.

這裡想先說明兩點:

第一節 依賴注入 Dependency injection

這裡通過一個簡單的案例來說明.

在公司裡有一個常見的案例: "把任務指派個程序員完成".

把這個案例用面向對象(OO)的方式來設計,通常在面向對象設計中,名詞皆可設計為對象

這句話裡"任務","程序員"是名詞,所以我們考慮創建兩個Class: Task 和 Phper (php 程序員)

Step1 設計

文件: Phper.java

package demo;
public class Phper {
private String name;
public Phper(String name){
this.name=name;
}

文件: Task.java

package demo;
public class Task {
private String name;
private Phper owner;
public Task(String name){
this.name =name;
this.owner = new Phper("zhang3");
}
public void start(){
System.out.println(this.name+ " started");
this.owner.writeCode();
}
}

文件: MyFramework.java, 這是個簡單的測試程序.

package demo;
public class MyFramework {
public static void main(String[] args) {
Task t = new Task("Task #1");
t.start();
}
}

運行結果:

Task #1 started

hang3 is writing php code

我們看一看這個設計有什麼問題?

如果只是為了完成某個臨時的任務,程序即寫即仍,這沒有問題,只要完成任務即可.

但是如果同事仰慕你的設計,要重用你的代碼.你把程序打成一個類庫(jar包)發給同事.

現在問題來了,同事發現這個Task 類 和 程序員 zhang3 綁定在一起,他所有創建的Task,都是程序員zhang3負責,他要把一些任務指派給Lee4, 就需要修改Task的源程序, 如果沒有Task的源程序,就無法把任務指派給他人. 而通常類庫(jar包)的使用者通常不需要也不應該來修改類庫的源碼,如果大家都來修改類庫的源碼,類庫就失去了重用的設計初衷.

我們很自然的想到,應該讓用戶來指派任務負責人. 於是有了新的設計.

Step2 設計:

文件: Phper.java 不變.

文件: Task.java

package demo;
public class Task {
private String name;
private Phper owner;
public Task(String name){
this.name =name;
}
public void setOwner(Phper owner){
this.owner = owner;
}
public void start(){
System.out.println(this.name+ " started");
this.owner.writeCode();
}
}

文件: MyFramework.java, 這是個簡單的測試程序.

package demo;
public class MyFramework {
public static void main(String[] args) {
Task t = new Task("Task #1");

這樣用戶就可在使用時指派特定的PHP程序員.

我們知道,任務依賴程序員,Task類依賴Phper類,之前,Task類綁定特定的實例,現在這種依賴可以在使用時按需綁定,這就是依賴注入(DI).

這個例子,我們通過方法setOwner注入依賴對象,

另外一個常見的注入辦法是在Task的構造函數注入:

public Task(String name,Phper owner){
this.name = name;
this.owner = owner;
}

在Java開發中,把一個對象實例傳給一個新建對象的情況十分普遍,通常這就是注入依賴.

Step2 的設計實現了依賴注入.

我們來看看Step2 的設計有什麼問題.

如果公司是一個單純使用PHP的公司,所有開發任務都有Phper 來完成,這樣這個設就已經很好了,不用優化.

但是隨著公司的發展,有些任務需要JAVA來完成,公司招了寫Javaer (java程序員),現在問題來了,這個Task類庫的的使用者發現,任務只能指派給Phper,

一個很自然的需求就是Task應該即可指派給Phper也可指派給Javaer.

Step3 設計

我們發現不管Phper 還是 Javaer 都是Coder(程序員), 把Task類對Phper類的依賴改為對Coder 的依賴即可.

這個Coder可以設計為父類或接口,Phper 或 Javaer 通過繼承父類或實現接口 達到歸為一類的目的.

選擇父類還是接口,主要看Coder裡是否有很多共用的邏輯代碼,如果是,就選擇父類

否則就選接口.

這裡我們選擇接口的辦法:

package demo;
public interface Coder {
public void writeCode();
}
修改Phper類實現Coder接口 文件: Phper.php

package demo;
public class Phper implements Coder {
private String name;
public Phper(String name){
this.name=name;
}
public void writeCode(){
System.out.println(this.name + " is writing php code");
}
}
新類Javaer實現Coder接口 文件: Javaer.php

package demo;
public class Javaer implements Coder {
private String name;
public Javaer(String name){

package demo;
public class Task {
private String name;
private Coder owner;
public Task(String name){
this.name =name;
}
public void setOwner(Coder owner){
this.owner = owner;
}
public void start(){
System.out.println(this.name+ " started");
this.owner.writeCode();
}
}
修改用於測試的類使用Coder接口:

package demo;
public class MyFramework {
public static void main(String[] args) {
Task t = new Task("Task #1");
// Phper, Javaer 都是Coder,可以賦值
Coder owner = new Phper("lee4");
//Coder owner = new Javaer("Wang5");
t.setOwner(owner);
t.start();
}
}

現在用戶可以和方便的把任務指派給Javaer 了,如果有新的Pythoner加入,沒問題.

類庫的使用者只需讓Pythoner實現(implements)了Coder接口,就可把任務指派給Pythoner, 無需修改Task 源碼, 提高了類庫的可擴展性.

回顧一下,我們開發的Task類,

在Step1 中與Task與特定實例綁定(zhang3 Phper)

在Step2 中與Task與特定類型綁定(Phper)

在Step3 中與Task與特定接口綁定(Coder)

雖然都是綁定, 從Step1,Step2 到 Step3 靈活性可擴展性是依次提高的.

Step1 作為反面教材不可取, 至於是否需要從Step2 提升為Step3, 要看具體情況.

如果依賴的類型是唯一的Step2 就可以, 如果選項很多就選Step3設計.

依賴注入(DI)實現了控制反轉(IoC)的思想.

看看怎麼反轉的?

Step1 程序

this.owner = new Phper("zhang3");

Step1 設計中 任務Task 依賴負責人owner, 就主動新建一個Phper 賦值給owner,

這裡是新建,也可能是在容器中獲取一個現成的Phper,新建還是獲取,無關緊要,關鍵是賦值, 主動賦值. 這裡提一個賦值權的概念.

在Step2 和 Step3, Task 的 owner 是被動賦值的.誰來賦值,Task自己不關心,可能是類庫的用戶,也可能是框架或容器.

Task交出賦值權, 從主動賦值到被動賦值, 這就是控制反轉.

第二節 控制反轉 Inversion of control

什麼是控制反轉 ?

簡單的說從主動變被動就是控制反轉.

上文以依賴注入的例子,對控制反轉做了個簡單的解釋.

控制反轉是一個很廣泛的概念, 依賴注入是控制反轉的一個例子,但控制反轉的例子還很多,甚至與軟件開發無關.

這有點類似二八定律,人們總是用具體的實例解釋二八定律,具體的實例不等與二八定律(不瞭解二八定律的朋友,請輕鬆忽略這個類比)

現在從其他方面談一談控制反轉.

傳統的程序開發,人們總是從main 函數開始,調用各種各樣的庫來完成一個程序.

這樣的開發,開發者控制著整個運行過程.

而現在人們使用框架(Framework)開發,使用框架時,框架控制著整個運行過程.

對比以下的兩個簡單程序:

package demo;
public class Activity {
public Activity(){
this.onCreate();
}
public void onCreate(){
System.out.println("onCreate called");
}
public void sayHi(){
System.out.println("Hello world!");
}
public static void main(String[] args) {
Activity a = new Activity();
a.sayHi();
}
}
簡單Android程序

package demo;
import android.app.Activity;
import android.os.Bundle;
import android.widget.TextView;
public class MainActivity extends Activity
{
@Override
public void onCreate(Bundle savedInstanceState)
{
super.onCreate(savedInstanceState);
TextView tv = new TextView(this);
tv.append("Hello ");
tv.append("world!");
setContentView(tv);
}
}

這兩個程序最大的區別就是,前者程序的運行完全由開發控制,後者程序的運行由Android框架控制.

兩個程序都有個onCreate方法.

前者程序中,如果開發者覺得onCreate 名稱不合適,想改為Init,沒問題,直接就可以改, 相比下,後者的onCreate 名稱就不能修改.

因為,後者使用了框架,享受框架帶來福利的同時,就要遵循框架的規則.

這就是控制反轉.

可以說, 控制反轉是所有框架最基本的特徵.

也是框架和普通類庫最大的不同點.

很多Android開發工程師在享用控制反轉帶來的便利,去不知什麼是控制反轉.

就有點像深海里的魚不知到什麼是海水一樣.

通過框架可以把許多共用的邏輯放到框架裡,讓用戶專注自己程序的邏輯.

這也是為什麼現在,無論手機開發,網頁開發,還是桌面程序, 也不管是Java,PHP,還是Python框架無處不在.

回顧下之前的文件: MyFramework.java

package demo;
public class MyFramework {
public static void main(String[] args) {
Task t = new Task("Task #1");
Coder owner = new Phper("lee4");
t.setOwner(owner);
t.start();
}
}

這只是簡單的測試程序,取名為MyFramework, 是因為它擁有框架3個最基本特徵

這裡創建了兩個對象,實際框架可能會創建數千個對象,可能通過工廠類而不是直接創建,

這裡直接裝配對象,實際框架可能用XML 文件描述要創建的對象和裝配邏輯.

當然實際的框架還有很多這裡沒涉及的內容,只是希望通過這個簡單的例子,大家對框架有個初步認識.

控制反轉還有一個漂亮的比喻:

好萊塢原則(Hollywood principle)

"不要打電話給我們,我們會打給你(如果合適)" ("don't call us, we'll call you." )

這是好萊塢電影公司對面試者常見的答覆.

事實上,不只電影行業,基本上所有公司人力資源部對面試者都這樣說.

讓面試者從主動聯繫轉換為被動等待.

為了增加本文的趣味性,這裡在舉個比喻講述控制反轉.

人們談戀愛,在以前通常是男追女,現在時代進步了,女追男也很常見.

這也是控制反轉

體會下你追女孩和女孩追你的區別:

你追女孩時,你是主動的,你是標準制定者, 要求身高多少,顏值多少,滿足你的標準,你才去追,追誰,什麼時候追, 你說了算.

這就類似,框架制定接口規範,對實現了接口的類調用.

等女孩追你時,你是被動的,她是標準制定者,要求有車,有房等,你買車,買房,努力工作掙錢,是為了達到標準(既實現接口規範), 你萬事具備, 處於候追狀態, 但時誰來追你,什麼時候追,你不知道.

這就是主動和被動的區別,也是為什麼男的偏好主動的原因.

這裡模仿好萊塢原則,提一箇中國帥哥原則:"不要追哥, 哥來追你(如果合適)",

簡稱CGP.( Chinese gentleman principle: "don't court me, I will court you")

擴展話題

Coder owner = new Phper("lee4");

Coder owner = new Phper("lee4");

Phper p = (Phper) owner;