(好文分享)浅谈控制反转(IOC)与依赖注入(DI)

控制反转

在讨论控制反转之前&＃xff0c;我们先来看看软件系统中耦合的对象。

图1&＃xff1a;软件系统中耦合的对象

从图中可以看到&＃xff0c;软件中的对象就像齿轮一样&＃xff0c;协同工作&＃xff0c;但是互相耦合&＃xff0c;一个零件不能正常工作&＃xff0c;整个系统就崩溃了。这是一个强耦合的系统。齿轮组中齿轮之间的啮合关系,与软件系统中对象之间的耦合关系非常相似。对象之间的耦合关系是无法避免的&＃xff0c;也是必要的&＃xff0c;这是协同工作的基础。现在&＃xff0c;伴随着工业级应用的规模越来越庞大&＃xff0c;对象之间的依赖关系也越来越复杂&＃xff0c;经常会出现对象之间的多重依赖性关系&＃xff0c;因此&＃xff0c;架构师和设计师对于系统的分析和设计&＃xff0c;将面临更大的挑战。对象之间耦合度过高的系统&＃xff0c;必然会出现牵一发而动全身的情形。

为了解决对象间耦合度过高的问题&＃xff0c;软件专家Michael Mattson提出了IoC理论&＃xff0c;用来实现对象之间的“解耦”。

控制反转&＃xff08;Inversion of Control&＃xff09;是一种是面向对象编程中的一种设计原则&＃xff0c;用来减低计算机代码之间的耦合度。其基本思想是&＃xff1a;借助于“第三方”实现具有依赖关系的对象之间的解耦。

图2&＃xff1a;IoC解耦过程

由于引进了中间位置的“第三方”&＃xff0c;也就是IOC容器&＃xff0c;使得A、B、C、D这4个对象没有了耦合关系&＃xff0c;齿轮之间的传动全部依靠“第三方”了&＃xff0c;全部对象的控制权全部上缴给“第三方”IOC容器&＃xff0c;所以&＃xff0c;IOC容器成了整个系统的关键核心&＃xff0c;它起到了一种类似“粘合剂”的作用&＃xff0c;把系统中的所有对象粘合在一起发挥作用&＃xff0c;如果没有这个“粘合剂”&＃xff0c;对象与对象之间会彼此失去联系&＃xff0c;这就是有人把IOC容器比喻成“粘合剂”的由来。
我们再来看看&＃xff0c;控制反转(IOC)到底为什么要起这么个名字&＃xff1f;我们来对比一下&＃xff1a;

1. 软件系统在没有引入IOC容器之前&＃xff0c;如图1所示&＃xff0c;对象A依赖于对象B&＃xff0c;那么对象A在初始化或者运行到某一点的时候&＃xff0c;自己必须主动去创建对象B或者使用已经创建的对象B。无论是创建还是使用对象B&＃xff0c;控制权都在自己手上。

2. 软件系统在引入IOC容器之后&＃xff0c;这种情形就完全改变了&＃xff0c;如图2所示&＃xff0c;由于IOC容器的加入&＃xff0c;对象A与对象B之间失去了直接联系&＃xff0c;所以&＃xff0c;当对象A运行到需要对象B的时候&＃xff0c;IOC容器会主动创建一个对象B注入到对象A需要的地方。
   通过前后的对比&＃xff0c;我们不难看出来&＃xff1a;对象A获得依赖对象B的过程,由主动行为变为了被动行为&＃xff0c;控制权颠倒过来了&＃xff0c;这就是“控制反转”这个名称的由来。

控制反转不只是软件工程的理论&＃xff0c;在生活中我们也有用到这种思想。再举一个现实生活的例子&＃xff1a;
海尔公司作为一个电器制商需要把自己的商品分销到全国各地&＃xff0c;但是发现&＃xff0c;不同的分销渠道有不同的玩法&＃xff0c;于是派出了各种销售代表玩不同的玩法&＃xff0c;随着渠道越来越多&＃xff0c;发现&＃xff0c;每增加一个渠道就要新增一批人和一个新的流程&＃xff0c;严重耦合并依赖各渠道商的玩法。实在受不了了&＃xff0c;于是制定业务标准&＃xff0c;开发分销信息化系统&＃xff0c;只有符合这个标准的渠道商才能成为海尔的分销商。让各个渠道商反过来依赖自己标准。反转了控制&＃xff0c;倒置了依赖。

我们把海尔和分销商当作软件对象&＃xff0c;分销信息化系统当作IOC容器&＃xff0c;可以发现&＃xff0c;在没有IOC容器之前&＃xff0c;分销商就像图1中的齿轮一样&＃xff0c;增加一个齿轮就要增加多种依赖在其他齿轮上&＃xff0c;势必导致系统越来越复杂。开发分销系统之后&＃xff0c;所有分销商只依赖分销系统&＃xff0c;就像图2显示那样&＃xff0c;可以很方便的增加和删除齿轮上去。

依赖注入

依赖注入就是将实例变量传入到一个对象中去(Dependency injection means giving an object its instance variables)。

什么是依赖

如果在 Class A 中&＃xff0c;有 Class B 的实例&＃xff0c;则称 Class A 对 Class B 有一个依赖。例如下面类 Human 中用到一个 Father 对象&＃xff0c;我们就说类 Human 对类 Father 有一个依赖。

public class Human {...Father father;...public Human() {father &＃61; new Father();}
}

仔细看这段代码我们会发现存在一些问题&＃xff1a;

1. 如果现在要改变 father 生成方式&＃xff0c;如需要用new Father(String name)初始化 father&＃xff0c;需要修改 Human 代码&＃xff1b;
2. 如果想测试不同 Father 对象对 Human 的影响很困难&＃xff0c;因为 father 的初始化被写死在了 Human 的构造函数中&＃xff1b;
3. 如果new Father()过程非常缓慢&＃xff0c;单测时我们希望用已经初始化好的 father 对象 Mock 掉这个过程也很困难。

依赖注入

上面将依赖在构造函数中直接初始化是一种 Hard init 方式&＃xff0c;弊端在于两个类不够独立&＃xff0c;不方便测试。我们还有另外一种 Init 方式&＃xff0c;如下&＃xff1a;

public class Human {...Father father;...public Human(Father father) {this.father &＃61; father;}
}

上面代码中&＃xff0c;我们将 father 对象作为构造函数的一个参数传入。在调用 Human 的构造方法之前外部就已经初始化好了 Father 对象。像这种非自己主动初始化依赖&＃xff0c;而通过外部来传入依赖的方式&＃xff0c;我们就称为依赖注入。
现在我们发现上面 1 中存在的两个问题都很好解决了&＃xff0c;简单的说依赖注入主要有两个好处&＃xff1a;

1. 解耦&＃xff0c;将依赖之间解耦。
2. 因为已经解耦&＃xff0c;所以方便做单元测试&＃xff0c;尤其是 Mock 测试。

控制反转和依赖注入的关系

我们已经分别解释了控制反转和依赖注入的概念。有些人会把控制反转和依赖注入等同&＃xff0c;但实际上它们有着本质上的不同。

• 控制反转是一种思想
• 依赖注入是一种设计模式

IoC框架使用依赖注入作为实现控制反转的方式&＃xff0c;但是控制反转还有其他的实现方式&＃xff0c;例如说ServiceLocator&＃xff0c;所以不能将控制反转和依赖注入等同。

Spring中的依赖注入

上面我们提到&＃xff0c;依赖注入是实现控制反转的一种方式。下面我们结合Spring的IoC容器&＃xff0c;简单描述一下这个过程。

class MovieLister...private MovieFinder finder;public void setFinder(MovieFinder finder) {this.finder &＃61; finder;}class ColonMovieFinder...public void setFilename(String filename) {this.filename &＃61; filename;}

我们先定义两个类&＃xff0c;可以看到都使用了依赖注入的方式&＃xff0c;通过外部传入依赖&＃xff0c;而不是自己创建依赖。那么问题来了&＃xff0c;谁把依赖传给他们&＃xff0c;也就是说谁负责创建finder&＃xff0c;并且把finder传给MovieLister。答案是Spring的IoC容器。

要使用IoC容器&＃xff0c;首先要进行配置。这里我们使用xml的配置&＃xff0c;也可以通过代码注解方式配置。下面是spring.xml的内容

movies1.txt


在Spring中&＃xff0c;每个bean代表一个对象的实例&＃xff0c;默认是单例模式&＃xff0c;即在程序的生命周期内&＃xff0c;所有的对象都只有一个实例&＃xff0c;进行重复使用。通过配置bean&＃xff0c;IoC容器在启动的时候会根据配置生成bean实例。具体的配置语法参考Spring文档。这里只要知道IoC容器会根据配置创建MovieFinder&＃xff0c;在运行的时候把MovieFinder赋值给MovieLister的finder属性&＃xff0c;完成依赖注入的过程。

下面给出测试代码

public void testWithSpring() throws Exception {ApplicationContext ctx &＃61; new FileSystemXmlApplicationContext("spring.xml");//1MovieLister lister &＃61; (MovieLister) ctx.getBean("MovieLister");//2Movie[] movies &＃61; lister.moviesDirectedBy("Sergio Leone");assertEquals("Once Upon a Time in the West", movies[0].getTitle());
}

1. 根据配置生成ApplicationContext&＃xff0c;即IoC容器。
2. 从容器中获取MovieLister的实例。

总结

1. 控制反转是一种在软件工程中解耦合的思想&＃xff0c;调用类只依赖接口&＃xff0c;而不依赖具体的实现类&＃xff0c;减少了耦合。控制权交给了容器&＃xff0c;在运行的时候才由容器决定将具体的实现动态的“注入”到调用类的对象中。

2. 依赖注入是一种设计模式&＃xff0c;可以作为控制反转的一种实现方式。依赖注入就是将实例变量传入到一个对象中去(Dependency injection means giving an object its instance variables)。

3. 通过IoC框架&＃xff0c;类A依赖类B的强耦合关系可以在运行时通过容器建立&＃xff0c;也就是说把创建B实例的工作移交给容器&＃xff0c;类A只管使用就可以。