依赖注入与对象间关系

Posted 2020-10-03 Arlar

依赖注入(DI)是控制反转(IoC)的一种方式。目前，在.NET和Java领域已经有相当多基于DI思想的对象容器，如：Spring，Unity等。本文试图避免重复性地介绍DI基础知识和DI容器的使用，而是希望深一层探讨DI的本质和对象间关系，以达到合理设计避免滥用DI的目的。

依赖注入 vs 创建对象

有不少地方这样描述：“依赖注入改变了使用对象前先创建的传统方式，而是从外部注入依赖的对象”。这样的描述其实似是而非，先来看一个例子：

interface ICar{ 
    void Run(); 
}

class Person{ 
    public ICar Car { 
        set { m_car = value; } 
    } 
    public void Drive() { m_car.Run(); } 

    private ICar m_car; 
}

Person不主动创建所依赖的ICar对象，而是通过DI方式注入。应该说这是一种合理的设计，但如果接本段开头的话说“依赖注入改变了人使用汽车之前先创建的传统方式”您会不会觉得别捏呢？我们来看看所谓的“传统方式”是什么样子：

class Benz : ICar{ 
    void Run() {} 
}

class Person{ 
    public void Drive() { 
        ICar car = new Benz(); 
        m_car.Run(); 
    } 
}

这就是Drive之前先创建ICar对象，“传统方式”并不传统，因为它非常不自然。我们肯定在偷笑“这个人家里一定是开银行的，要开车的时候临时买一辆奔驰，开完马上扔给垃圾回收站”。这说明DI并非都是反传统的求新求变，在某些情况下它本身就是一种合理的设计。不过，这里话才说了一半，上面的例子是说“不该创建对象的时候，DI本来就是一种合理的设计”，下面还有另一半“该创建对象的时候，用DI反而不合理”。

class Person{ 
    public Person(IHeart heart) { m_heart = heart; } 
    private IHeart m_heart; 
}

大家看看上面这位老兄在干嘛呢？心脏也依赖注入？这就是典型的滥用依赖注入。我们来分析一下这种方式的问题在哪儿：

1. 暴露内部实现：假设m_heart只是内部实现相关的对象，上面的方式就暴露了内部实现，造成外部程序对Person的内部实现的变化变得敏感；

2. 依赖对象状态被外部修改：由于m_heart是从外部注入的，外部可能依然持有m_heart的引用，因此完全可能被有意无意地修改掉。

本质上，这种滥用DI的问题其实是对OO封装的破坏。如果采用创建对象的方式，这个例子就合理多了：

class Heart : IHeart { ... }

class Person{ 
    public Person() { m_heart = new Heart(); } 
    private IHeart m_heart; 
}

Person在其构造函数内自行创建m_heart显然是合理的设计，不存在上面强行引入DI造成的破坏封装问题。 

 

对象间依赖关系

上面的两个例子从不同方面说明了DI和对象创建谁也不能取代谁，应该根据情况采用合理的设计。那么我们自然要问，合理的标准在哪里呢，有没有明确的指导方针供我们设计时参考呢？答案是有！那就是对象间关系。在OO中，对象间关系的大致可分为两类：纵向关系和横向关系。纵向主要指继承关系，比较容易区分；但横向关系比较微妙。从本文的例子中我们已经明显感觉到了横向关系是需要仔细区分的。

按UML建议横向关系大体分为4种，它们的耦合程度由弱到强：

依赖 < 关联 < 聚合 < 组合

1. 依赖（Dependency）：语义“a uses b”，a依赖于b，但不持有b的引用；比如：现实世界的例子有“人对空气的依赖关系”，在程序中a.f(b)可以理解为a对b的依赖（或者说对b的类型B的依赖），b作为a的方法参数，a内部成员变量不引用b。UML符号：

2. 关联（Association）：语义“a has b”，a拥有b的引用，但a和b无从属关系，二者是一种松散的关联关系，可以随时解除或建立；比如本文中“人与汽车关系”。UML符号：

3. 聚合（Aggregation）：语义“a owns b”，a拥有b的引用，且有从属关系，二者的耦合比关联更强，但a并不负责b的生命周期。在程序中，b并非a专有的内部实现细节；除a以为，外部也可能引用b。比如，”汽车和轮胎关系”，汽车不负责轮胎的生产，汽车报废了轮胎或许还可以继续使用。UML符号：

4. 组合（Composition）：语义“b is a part of a”，a不仅拥有b的引用，还应该全权负责b的整个生命周期，在程序中b通常是a的内部实现细节，不暴露给外部；比如本文中人与心脏的关系。UML符号：

我们注意这四种关系中有一个关键的概念“对象生命周期”，在建模时辨别清楚对象生命周期就不难选择采用DI还是创建对象。DI意味着使用者不负责依赖对象的生命周期，创建对象则相反。对应到上面的4种横向关系，我们一般可以这样处理：第1种依赖关系不需要DI也不需要创建对象；第2，3种关联和聚合关系适合采用DI方式，最后一种组合关系适合采用创建对象方式。

 

注入方式的选择

在决定采用DI设计后，马上要考虑的是注入方式问题。DI中注入方式主要有构造函数注入和Setter注入（还有接口注入较少使用，本文不讨论）。这里我们还是通过具体例子来体会二者的区别：“人与身份证的依赖关系”适合采用Setter注入，因为人不是一出生就有身份证，而是到了法定年龄才有，用构造函数注入表达的语义与此相违背。相反“人与父母的依赖关系”则适合采用构造函数注入，因为亲子关系是从人一出生就建立的，用Setter注入必然使得对象创建后有一段时间处于非法状态，按契约式设计的术语即破坏了对象的不变量(invariant)。

可见，选择的关键还是对象生命周期问题。对象生命周期本身是现实世界的重要概念，因此，它在对现实世界建模见长的OO设计中当然也非常重要。不同OO语言间对象生命周期管理也有很大差别，主流OO语言中以C++最为复杂，C#次之，Java最单纯。但不管是复杂的C++还是单纯的Java我们都需要认真分析和考虑对象生命周期管理，实现合理的设计。

 

总结

本文介绍了对象间4种横向关系，并探讨了DI和创建对象两种设计方式适用的情形，最后探讨了DI注入方式的选择问题。文中错误和不足之处欢迎批评指正，也希望和对此话题感兴趣的朋友交流！