设计模式之设计原则-依赖倒置原则

Posted 2022-12-13 阿C_C

依赖倒置原则

依赖倒置原则最原始的定义是这样的：

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.

翻译过来就是：

• 高层模块不应该依赖于低层模块，他们都应该依赖于各自的抽象
• 抽象不能依赖于细节，但是细节应该依赖于抽象

我们先来解决出现的两对新名词，之所以成对解释，是因为单个解释没有对比性，理解力不够。

高层模块和低层模块

高层模块，表示的是组合度较高的模块，是和低层模块相对应的概念，这个要看和什么进行对比，打个比方：我们如果把汽车看成一个高层模块，则组成汽车的每个部分，例如中控，发动机，变速箱，地盘甚至轮胎，这些相应的都叫做低层模块，再者，换一个角度，如果我们把轮胎看成一个高层模块，则组成轮胎的每个部件或者是零件，就成了低层模块，这么一说，应该明白了高层模块和低层模块的区别，这个我们平常在软件开发中说的上层和低层是一样的概念。

抽象和细节

抽象简单理解指的是规范，而细节，指的是对该规范的实现，要明确的是，谈论细节或者实现，都是要指明是对该抽象或者规范的实现或者细节，是有一定的继承或者实现关系的，举个例子，我们知道对于系统调用，都会提供有一套系统调用的规范，只要我们传入符合规范的参数和数据，系统就会为我们执行某些要求的行为或者返回计算的结果，那在这个场景下，这个规范就是抽象，而实现这套规范的操作系统，就是细节，反映在Java语言中，接口和抽象类就是抽象，实现接口或继承抽象类而产生的类就是细节，实现类可以直接使用new 关键字进行实例化。

所以，依赖倒置在Java中可以如下进行定义：

• 模块之间通过接口或者抽象类互相调用，实现类之间不发生直接依赖关系
• 接口或者抽象类不依赖于实现类，但实现类要依赖于接口或者抽象类

契约的重要性

依赖倒置原则有如下优点：

• 减少类之间的耦合性，提高系统稳定性
• 降低并行开发引起的风险，提高代码的可读性和可维护性

举个例子，我们有如下类图：

那么对应的类应该是这么写：
司机

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

奔驰车

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

调用程序

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);
    

这一切看起来很完美，但是现在问题来了，老板换车了，换了一台宝马车：
宝马车

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...");
    

那这个时候，张三就开不了了，为啥呢？因为我们在定义Driver的时候，就已经指定这个司机只能开Benz，传BMW的对象进去当然不行了，这说明我们的Driver类和Benz类耦合太严重，导致我们新的业务需求无法实现，这就是我们说的系统的可维护性低，再者我们这样设计也会降低稳定性，也就是说，随便的一个新的或者修改的业务需求，我们就需要修改相关的基础类，降低了系统的稳定性。

再者，依赖倒置原则还可以减少并行开发引起的风险，那么并行开发有什么风险呢？并行开发最大的风险是风险扩散，指的是，本来只是一段程序的异常，最终会导致一个功能，模块甚至于整个项目的毁坏，这就是风险扩散。

那么并行开发为什么会导致风险扩散呢？举个例子，一个团队有多个开发人员，每个人员负责项目的不同模块，有的负责Driver，有的负责Benz，有的负责BMW，因为项目的模块有依赖性，如果按照上面的情况设计，负责Benz或者BMW的模块没有完成，则Driver模块不能编译，因为缺少Benz或者BMW，编译器也不会通过，那么我们的开发模式就变成了多人串行开发模式，只有当被依赖的开发人员工作完成之后，依赖这个模块的开发人员才能继续往下进行，这并不是真正意义上的并行开发，要真正实现并行开发，则要解决模块之间的强耦合依赖关系，每个模块都可以不依赖其他模块而且能够独立开发完成，这个时候就要使用到依赖倒置原则。

那怎么样引入依赖倒置原则解决上面的问题呢？设计是这样的：

我们在Driver和两个汽车之上，设计两个接口IDriver以及ICar，Driver实现IDriver接口，driver方法中传入参数为ICar类型，BMW以及Benz类实现ICar接口，代码如下所示：

司机接口

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

司机实现类

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();
    

汽车接口及其两个实现类

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...");
    

如此这般，我们实现了抽象不依赖于细节，而依赖于抽象，即ICar接口不依赖于BMW或者Benz，而仅仅依赖于ICar，这也是该项目中的高层次模块，业务场景中是这样的：

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);
    

这里司机和汽车使用的都是抽象接口，这里的zhangsan以及benz都是按照接口进行操作的，所以屏蔽了细节对接口的影响，进一步，如果有新的需求，zhangsan想要开BMW车，只需要将ICar benz = new Benz()更换为ICar bmw = new BMW()即可，这些都是在业务场景中进行的修改，我们根本不用改动低层次模块Driver，Benz或者是BMW，更不会影响高层模块IDriver或者ICar，这样把风险降到了最小。

我们再来考虑并行开发的影响，之所以会影响并行开发是因为模块依赖，我们知道，模块之间如果有依赖关系，只需要制定出两者之间的接口或者抽象类就可以了，我们继续原来的例子，甲负责IDriver的开发，乙负责ICar开发，只需要提前商定好接口，两者即可独立的进行开发，如果甲开发进度较快，而乙进度滞后，也不会对甲造成什么影响，如果此时甲想要进行单元测试，只需要Mock出一个ICar的实现类对象，即可对IDriver以及实现类Driver进行测试了：

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);
    

可见，即使两者的开发进度不一样，也可以分别进行测试，这也是测试驱动开发的精髓所在。

抽象，对实现而言，是一个约束，所有实现类必须对抽象进行实现，对其他依赖模块而言，是一种契约，抽象定义的接口，既约束了自己，也约束了自己与外部的关系，保证实现细节不会脱离契约的范畴，为其他依赖模块提供支持，双方按照约定的接口共同发展，只要接口在，细节就不会偏离太远，始终为其他依赖模块提供坚实的依赖细节。

依赖的传递

针对于对象依赖的声明，有三种方式：

通过构造函数传递依赖关系

这种方式通过构造函数声明依赖对象，这种方式叫做构造函数注入，示例如下：

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();
    

通过Setter方法传递依赖关系

这种方式，通过Setter方法，为外部提供设置依赖对象的方式，这种方法叫做Setter依赖注入，示例如下：

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();
    

通过接口方法传递依赖关系

我们最开始使用的，就是这种方法，也叫做接口注入。

最佳实践

依赖倒置原则，在项目中使用可以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，那我们在项目中怎么应用这个原则呢？有一下几个规则：

尽量有接口或者抽象类

这也是依赖倒置原则的基础，要依赖抽象就必须先有抽象才对。

变量的表面类型，尽量是接口或者抽象类型

并不要求一定是接口或者抽象类型，某些工具类，或者是类的clone方法的使用，就要求是实现类的类型。

实现类尽量不再派生

这只是一个软性规则，在某些场景下，例如设计有缺陷，或者进行项目维护的时候，也是可以从实现类中派生的，根据具体的场景来做措施。

尽量不重写基类的方法

如果基类是抽象类并且已经实现了方法，那么就尽量不要重写该方法，因为该方法有可能会被其他的抽象所依赖，重写该方法，会破坏抽象接口的稳定性。

结合里氏替换原则

里氏替换原则同样可以应用到这里，父类出现的地方子类就可以出现，到我们这里可以理解为基类，接口或者抽象类可以出现的地方，就可以使用实现类对象，由接口来定义公用的属性和方法，抽象类实现公共的构造部分，由实现类实现准确的业务逻辑，并对父类进行细化。

小结

要想彻底理解依赖倒置，我们先来说说依赖正置，依赖正置指的是实现类依赖实现类，这也是我们生活中的思考方式，例如，开车依赖宝马，喝酒依赖二锅头，等等，这些是实现类之间的依赖，而我们编程，需要对现实世界的事物进行抽象，接口和抽象类就是抽象的结果，然后根据我们的系统设计，这些抽象类和接口之间产生了依赖关系，就产生了依赖倒置。

在小型项目中，依赖倒置原则的优点很难体现，但是在大型项目中，依赖倒置原则的优点就会体现出来，特别是用于规避一些非技术原因引起的问题，项目越大，需求变化的概率越大，使用依赖倒置原则对实现类进行约束，可以很好的避免因为需求变化导致工作量剧增，另外，如果在大型项目中人员变动，则使用依赖倒置原则可以避免受到影响，而且维护人员也可以简单轻松的进行维护。

依赖倒置原则是实现开闭原则的基础，只要抓住“面向接口编程”这一核心思想，基本上不会脱离依赖倒置原则太远。另外在项目中，使用依赖倒置原则也要审时度势，每一个设计原则的优点也是有限度的，不要抓住原则不放，而不考虑项目的实际情况，原则是死的，但是设计者是活的，项目的实际状况是动态变化的，项目的最终目标是上线和盈利，技术只是实现目的的工具，切忌耍花枪式的过度设计。