设计模式之美——依赖反转原则

Posted 2023-02-27 iblade

依赖反转原则用起来比较简单，但概念理解起来比较难。

• “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）

在讲“依赖反转原则”之前，我们先讲一讲“控制反转”。控制反转的英文翻译是 Inversion Of Control，缩写为 IOC。此处强调一下， Java中，暂时别把这个“IOC”跟 Spring 框架的 IOC 联系在一起。

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：

public abstract class TestCase 
  public void run() 
    if (doTest()) 
      System.out.println("Test succeed.");
     else 
      System.out.println("Test failed.");
    
  
  
  public abstract boolean 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，我们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：

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();

刚刚举的这个例子，就是典型的通过框架来实现“控制反转”的例子。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，还有马上要讲到的依赖注入等方法，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 Dependency 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。

那到底什么是依赖注入呢？我们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。

// 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：

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);

实际上，你只需要掌握刚刚举的这个例子，就等于完全掌握了依赖注入。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。

依赖注入是实现代码可测试性的最有效的手段：通过DI实现反转，将对象的创建交给业务调用方，这样就可以随意控制输出的结果，从而达到"mock"数据的目的，这样的思路太赞了。。。(补充下：不存在外部依赖的类对象可以直接通过new来创建)

依赖反转原则（DIP）

依赖反转原则的英文翻译是 Dependency Inversion Principle，缩写为 DIP。中文翻译有时候也叫依赖倒置原则。

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.
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。

例如，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 Servlet 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。