設計模式學習筆記 - 設計原則 - 5.依賴反轉原則（控制反轉、依賴反轉、依賴注入）

前言

今天學習 SOLID 中的最后一個原則，依賴反轉原則。

本章內容，可以帶著如下幾個問題：

“依賴反轉” 這個概念指的是 “誰跟誰” 的 “什么依賴” 被反轉了？ “反轉” 這兩個字該如何理解。
我們還經常聽到另外兩個概念：“控制反轉” 和 “依賴注入”。這兩個概念跟 “依賴反轉” 有什么區別和聯系嗎？它們說的是同一個事情嗎？
如果你熟悉 Java 語言，那 Spring 框架中的 IOC 跟這些概念有什么關系？

控制反轉（IOC）

在講依賴反轉原則之前，我們先講下“控制反轉”。

如果你是Java工程師的話，暫時別把這個 “IOC” 和 Spring 框架的 “IOC” 聯系在一起。關于 Spring 的 IOC ，我們待會還會講到。

先通過一個例子來查看，什么是控制反轉。

public class UserServiceTest {public static final boolean doTest() {// ...}public static void main(String[] args) { // 這部分邏輯可以放到框架中if (doTest()) {System.out.println("Test succeeded.");} else {System.out.println("Test failed.");}}
}

在上面的代碼中，所有的流程都由程序員來控制。如果我們抽象出下面這樣一個框架，再來看，如何利用框架來實現同樣的功能。

public abstract class TestCase {public void run() {if (doTest()) {System.out.println("Test succeeded.");} else {System.out.println("Test failed.");}}public abstract void 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 testCase : testCases) {testCase.run();}}
}

這個簡化版本的測試框架引入到工程之后，我們只需要在框架預留的擴展點，即 TestCase 類中的 doTest() 抽象函數中，填充具體的測試代碼就可以實現之前的功能了，完全不需要寫負責執行流程的 main() 函數了。具體代碼如下所示：

public class UserServiceTest extends TestCase {@Overridepublic void doTest() {// ...}
}// 注冊操作還可以通過配置的方式來實現，不需要程序員顯示調用 register()
JunitApplication.register(new UserServiceTest());

上面例子，就是典型的通過框架來實現“控制反轉”的例子。框架提供了一個可擴展的代碼骨架，用來封裝對象、管理整個執行流程。程序員利用框架進行開發的時候，只需要往預留的擴展點上，添加跟自己業務相關的代碼，就可以利用框架驅動整個程序流程的執行。

這里的“控制” 指的是對程序執行流程的控制。
而“反轉”是指流程的控制權從程序員“反轉”到了框架。在沒有使用框架前，程序員自己控制整個程序的執行；使用框架后，整個執行流程可以通過框架來控制。

實際上，實現控制反轉的方法有很多，除了上面的例子中類似模板設計模式的方法之外，還有依賴注入等方法。所以，控制反轉并不是一種具體的實現技巧，而是一種比較籠統的設計思想，一般用來指導框架層面的設計。

依賴注入（DI）

依賴注入和控制反轉相反，它是一種編碼技巧。

依賴注入英文翻譯為：Dependency Injection，縮寫為 DI。

什么是依賴注入？用一句話來概括就是：不通過 new() 的方式在類內部創建依賴類的對象，而是將依賴類對象在外部建好之后，通過構造函數、函數參數等方式傳遞（或注入）給類適用。

通過一個例子來解釋下。在這個例子中， Notification 類負責消息推送，依賴 MessageSender 類來實現推送商品促銷、驗證碼等消息給用戶。我們分別用依賴注入和非依賴注入兩種方式來實現一下。具體的實現代碼如下所示：

// 非依賴注入實現方式
public class Notification {private MessageSender messageSender;public Notification() {this.messageSender = new MessageSender(); // 此處有點像hardcode}public void sendMessage(String cellPhone, String message) {// 省略校驗邏輯等...this.messageSender.sendMessage(cellPhone, message);}
}public class MessageSender {public void sendMessage(String cellPhone, String message) {// ...}
}// 使用Notification
Notification notification = new Notification();// 依賴注入實現方式
public class Notification {private MessageSender messageSender;// 通過構造函數將messageSender傳遞進來public Notification(MessageSender messageSender) {this.messageSender = messageSender;}public void sendMessage(String cellPhone, String message) {// 省略校驗邏輯等...this.messageSender.sendMessage(cellPhone, message);}
}public class MessageSender {public void sendMessage(String cellPhone, String message) {// ...}
}// 使用Notification
MessageSender messageSender = new MessageSender();
Notification notification = new Notification(messageSender);

通過依賴注入的方式將對象傳遞進來，這樣就提高了代碼的擴展性，我們可以靈活地替換依賴的類。這一點在我們之前將“開閉原則”的也提到過。當然，上面代碼還有繼續優化的空間，把 MessageSender 定義成接口，基于接口而非實現編程。改造后代碼如下：

public class Notification {private MessageSender messageSender;public Notification(MessageSender messageSender) {this.messageSender = messageSender;}public void sendMessage(String cellPhone, String message) {this.messageSender.sendMessage(cellPhone, message);}
}public interface MessageSender {void sendMessage(String cellPhone, String message);
}public class SmsSender implements MessageSender {@Overridepublic void sendMessage(String cellPhone, String message) { /**/ }
}public class InboxSender implements MessageSender {@Overridepublic void sendMessage(String cellPhone, String message) { /**/ }
}// 使用Notification
MessageSender messageSender = new SmsSender();
Notification notification = new Notification(messageSender);

實際上，只需掌握剛剛舉的例子，就掌握了依賴注入。盡管依賴注入非常簡單，但卻非常有用。

依賴注入框架（DI Framework）

弄懂了什么是“依賴注入”，在來看下，什么“依賴注入框架”。還是借用剛剛例子來解釋。

在采用依賴注入實現的 Notification 類中，雖然不需要使用類似 hard code 的方式，在類內部通過 new 來創建 MessageHandler 對象，但是這個創建對象、組裝（或注入）對象的工作，僅僅是被移動到了上層代碼而已，還是需要我們程序員自己來實現。具體代碼如下：

public class Demo {public static void main(String[] args) {MessageSender messageSender = new SmsSender(); // 創建對象Notification notification = new Notification(messageSender); // 依賴注入notification.sendMessage("13910221123", "短信驗證碼：2345");}
}

在實際開發中，一些項目可能會涉及幾十、上百、甚至幾百個類，類對象的創建的依賴注入會變得非常復雜。如果這部分工作由程序員自己寫代碼來完成，容易出錯且開發成本比較高。而創建和依賴注入的工作，本身和業務無關，完全可以抽象成框架來自動完成。

這個框架就是“依賴注入框架”。只需要通過依賴注入框架提供的擴展點，簡單配置以下所有需要創建的類對象、類與類之間的依賴關系，就可以實現由框架來自動創建對象、管理對象的生命這周期、依賴注入等事情。

實際上，現成的依賴注入框架有很多，比如 Google Guice、Java Spring、Pico Container 等。

不過，Spring 框架自己聲稱是控制反轉容器（Inversion of Control Container）。
實際上，這兩種說法都沒錯。只是控制反轉容器這種表述是一種非常寬泛的描述，除了依賴注入，還有模板模式等，而 Spring 框架的控制反轉主要是通過依賴注入來實現的。

依賴反轉原則（DIP）

接下來講一下本章的主角：依賴反轉原則。依賴反轉原則的英文翻譯是 Dependency Inversion Principle，縮寫為 DIP。有時也翻譯成依賴倒置原則。

英文原文描述：

High-level modules shouldn’t depend on low-level modules。Both modules should depend on abstractions shouldn’t depend on details。Details depend on abstractions.

翻譯成中文，大概意思是： 高層模塊不要依賴低層模塊。高層模塊和低層模塊應該通過抽象來相互依賴。此外，抽象不要依賴具體實現細節，具體實現細節依賴抽象。

所謂高層模塊和低層模塊的劃分，簡單來說，在調用鏈上，調用者屬于高層，被調用者屬于低層。在平時的業務代碼開發中，高層模塊依賴底層模型是沒有任何問題的。實際上，這條原則主要用來指導框架層面的設計，跟前面講到的控制反轉類似。我們拿 Tomcat 這個 Servlet 容器作為例子來解釋下。

Tomcat 是運行 Java Web 應用程序的容器。我們編寫 Web 應用程序代碼只需要部署在 Tomcat 容器下，便可以被 Tomcat 容器調用執行。