非Java程序员竟鲜有人真正理解DI和IOC

后端技术探索

发布于 2018-10-18 10:40:46

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发布于 2018-10-18 10:40:46

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前言

小编在后端圈也算是阅人无数了, 发现一个现象，Java程序员对于面向对象语言的基础知识整体掌握比较扎实，而类似PHP，Python的初级甚至中级程序员就比较薄弱，比如说DI和IOC，很少有PHP程序员能理解的很准确。

这里, 我希望通过最简单的话语与大家分享. 依赖注入和控制反转两个概念让很多初学这迷惑, 觉得玄之又玄,高深莫测. 这里想先说明两点:

依赖注入和控制反转不是高级的,很初级,也很简单.
在JAVA世界,这两个概念像空气一样无所不在,彻底理解很有必要.

第一节依赖注入 Dependency injection

这里通过一个简单的案例来说明. 在公司里有一个常见的案例: "把任务指派个程序员完成".

把这个案例用面向对象(OO)的方式来设计,通常在面向对象设计中,名词皆可设计为对象这句话里"任务","程序员"是名词,所以我们考虑创建两个Class: Task 和 Phper (php 程序员)

Step1 设计 文件: Phper.java

package demo;
public class Phper {
    private String name;
    public Phper(String name){
        this.name=name;
    }
    public void writeCode(){
        System.out.println(this.name + " is writing php code");
    }
}

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, 这是个简单的测试程序.

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

运行结果:

Task #1 started
hang3 is writing php code

我们看一看这个设计有什么问题? 如果只是为了完成某个临时的任务,程序即写即仍,这没有问题,只要完成任务即可. 但是如果同事仰慕你的设计,要重用你的代码.你把程序打成一个类库(jar包)发给同事. 现在问题来了,同事发现这个Task 类和程序员 zhang3 绑定在一起,他所有创建的Task,都是程序员zhang3负责,他要把一些任务指派给Lee4, 就需要修改Task的源程序, 如果没有Task的源程序,就无法把任务指派给他人. 而通常类库(jar包)的使用者通常不需要也不应该来修改类库的源码,如果大家都来修改类库的源码,类库就失去了重用的设计初衷.

我们很自然的想到,应该让用户来指派任务负责人. 于是有了新的设计.

Step2 设计: 文件: Phper.java 不变. 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, 这是个简单的测试程序.

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

这样用户就可在使用时指派特定的PHP程序员. 我们知道,任务依赖程序员,Task类依赖Phper类,之前,Task类绑定特定的实例,现在这种依赖可以在使用时按需绑定,这就是依赖注入(DI). 这个例子,我们通过方法setOwner注入依赖对象,

另外一个常见的注入办法是在Task的构造函数注入:

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

在Java开发中,把一个对象实例传给一个新建对象的情况十分普遍,通常这就是注入依赖.

Step2 的设计实现了依赖注入. 我们来看看Step2 的设计有什么问题.

如果公司是一个单纯使用PHP的公司,所有开发任务都有Phper 来完成,这样这个设就已经很好了,不用优化.

但是随着公司的发展,有些任务需要JAVA来完成,公司招了写Javaer (java程序员),现在问题来了,这个Task类库的的使用者发现,任务只能指派给Phper,

一个很自然的需求就是Task应该即可指派给Phper也可指派给Javaer.

Step3 设计 我们发现不管Phper 还是 Javaer 都是Coder(程序员), 把Task类对Phper类的依赖改为对Coder 的依赖即可. 这个Coder可以设计为父类或接口,Phper 或 Javaer 通过继承父类或实现接口达到归为一类的目的. 选择父类还是接口,主要看Coder里是否有很多共用的逻辑代码,如果是,就选择父类，否则就选接口. 这里我们选择接口的办法: 新增Coder接口, 文件: Coder.java

package demo;
public interface Coder {
    public void writeCode();
}

修改Phper类实现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");
    }
}

新类Javaer实现Coder接口文件: Javaer.php

package demo;
public class Javaer implements Coder {
    private String name;
    public Javaer(String name){
        this.name=name;
    }
    public void writeCode(){
        System.out.println(this.name + " is writing java code");
    }
}

修改Task由对Phper类的依赖改为对Coder的依赖. 文件: Task.java

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();
    }
}

修改用于测试的类使用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,可以赋值
        Coder owner = new Phper("lee4");
        //Coder owner = new Javaer("Wang5");
        t.setOwner(owner);
        t.start();
     }
}

现在用户可以和方便的把任务指派给Javaer 了,如果有新的Pythoner加入,没问题. 类库的使用者只需让Pythoner实现(implements)了Coder接口,就可把任务指派给Pythoner, 无需修改Task 源码, 提高了类库的可扩展性.

回顾一下,我们开发的Task类,

在Step1 中与Task与特定实例绑定(zhang3 Phper)
在Step2 中与Task与特定类型绑定(Phper)
在Step3 中与Task与特定接口绑定(Coder)
虽然都是绑定, 从Step1,Step2 到 Step3 灵活性可扩展性是依次提高的.
Step1 作为反面教材不可取, 至于是否需要从Step2 提升为Step3, 要看具体情况. 如果依赖的类型是唯一的Step2 就可以, 如果选项很多就选Step3设计.

依赖注入(DI)实现了控制反转(IoC)的思想.看看怎么反转的? Step1 程序

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

Step1 设计中任务Task 依赖负责人owner, 就主动新建一个Phper 赋值给owner, 这里是新建,也可能是在容器中获取一个现成的Phper,新建还是获取,无关紧要,关键是赋值, 主动赋值. 这里提一个赋值权的概念. 在Step2 和 Step3, Task 的 owner 是被动赋值的.谁来赋值,Task自己不关心,可能是类库的用户,也可能是框架或容器. Task交出赋值权, 从主动赋值到被动赋值, 这就是控制反转.

第二节控制反转 Inversion of control

什么是控制反转 ? 简单的说从主动变被动就是控制反转.

上文以依赖注入的例子,对控制反转做了个简单的解释. 控制反转是一个很广泛的概念, 依赖注入是控制反转的一个例子,但控制反转的例子还很多,甚至与软件开发无关。这有点类似二八定律,人们总是用具体的实例解释二八定律,具体的实例不等与二八定律(不了解二八定律的朋友,请轻松忽略这个类比)

现在从其他方面谈一谈控制反转. 传统的程序开发,人们总是从main 函数开始,调用各种各样的库来完成一个程序. 这样的开发,开发者控制着整个运行过程.而现在人们使用框架(Framework)开发,使用框架时,框架控制着整个运行过程.

对比以下的两个简单程序:

简单java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();
     }
}

简单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);
    }
}

这两个程序最大的区别就是,前者程序的运行完全由开发控制,后者程序的运行由Android框架控制。两个程序都有个onCreate方法。前者程序中,如果开发者觉得onCreate 名称不合适,想改为Init,没问题,直接就可以改, 相比下,后者的onCreate 名称就不能修改. 因为,后者使用了框架,享受框架带来福利的同时,就要遵循框架的规则.

这就是控制反转. 可以说, 控制反转是所有框架最基本的特征. 也是框架和普通类库最大的不同点. 很多Android开发工程师在享用控制反转带来的便利,去不知什么是控制反转。就有点像深海里的鱼不知到什么是海水一样. 通过框架可以把许多共用的逻辑放到框架里,让用户专注自己程序的逻辑. 这也是为什么现在,无论手机开发,网页开发,还是桌面程序, 也不管是Java,PHP,还是Python框架无处不在.

回顾下之前的文件: 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();
     }
}

这只是简单的测试程序,取名为MyFramework, 是因为它拥有框架3个最基本特征

main函数,即程序入口.
创建对象.
装配对象.(setOwner)

这里创建了两个对象,实际框架可能会创建数千个对象,可能通过工厂类而不是直接创建, 这里直接装配对象,实际框架可能用XML 文件描述要创建的对象和装配逻辑. 当然实际的框架还有很多这里没涉及的内容,只是希望通过这个简单的例子,大家对框架有个初步认识.

控制反转还有一个漂亮的比喻: 好莱坞原则(Hollywood principle) "不要打电话给我们,我们会打给你(如果合适)" ("don't call us, we'll call you." )这是好莱坞电影公司对面试者常见的答复.事实上,不只电影行业,基本上所有公司人力资源部对面试者都这样说. 让面试者从主动联系转换为被动等待.

为了增加本文的趣味性,这里在举个比喻讲述控制反转.人们谈恋爱,在以前通常是男追女,现在时代进步了,女追男也很常见.这也是控制反转。体会下你追女孩和女孩追你的区别:

你追女孩时,你是主动的,你是标准制定者, 要求身高多少,颜值多少,满足你的标准,你才去追,追谁,什么时候追, 你说了算. 这就类似,框架制定接口规范,对实现了接口的类调用.
等女孩追你时,你是被动的,她是标准制定者,要求有车,有房等,你买车,买房,努力工作挣钱,是为了达到标准(既实现接口规范), 你万事具备, 处于候追状态, 但时谁来追你,什么时候追,你不知道.

这就是主动和被动的区别,也是为什么男的偏好主动的原因. 这里模仿好莱坞原则,提一个中国帅哥原则:"不要追哥, 哥来追你(如果合适)"。

第三节总结

控制反转是一种在软件工程中解耦合的思想，调用类只依赖接口，而不依赖具体的实现类，减少了耦合。控制权交给了容器，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。
依赖注入是一种设计模式，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)。
通过IoC框架，类A依赖类B的强耦合关系可以在运行时通过容器建立，也就是说把创建B实例的工作移交给容器，类A只管使用就可以。

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原始发表：2018-09-15，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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