19 - 依赖反转原则

本文我们来学习最后一个原则：依赖反转原则。在前面文章中，我们讲到，单一职责原则和开闭原则的原理比较简单，但是，想要在实践中用好却比较难。而今天我们要讲到的依赖反转原则正好相反。这个原则用起来比较简单，但概念理解起来比较难。比如，下面这几个问题，你看看能否清晰地回答出来：

• “依赖反转”这个概念指的是“谁跟谁”的“什么依赖”被反转了？“反转”两个字该如何理解？
• 我们还经常听到另外两个概念：“控制反转”和“依赖注入”。这两个概念跟“依赖反转”有什么区别和联系呢？它们说的是同一个事情吗？
• 如果你熟悉 Java 语言，那 Spring 框架中的 IOC 跟这些概念又有什么关系呢？

本文将会带你将这些问题彻底搞个清楚。之后再有人问你，你就能轻松应对。

控制反转（IOC）

• 在讲“依赖反转原则”之前，我们先讲一讲“控制反转”。控制反转的英文翻译是 Inversion Of Control，缩写为 IOC。此处强调一下，如果你是 Java 工程师的话，暂时别把这个“IOC”跟 Spring 框架的 IOC 联系在一起

public class UserServiceTest {
  public static boolean doTest() {
    // ... 
  }
  
  public static void main(String[] args) {//这部分逻辑可以放到框架中
    if (doTest()) {
      System.out.println("Test succeed.");
    } else {
      System.out.println("Test failed.");
    }
  }
}

• 在上面的代码中，所有的流程都由程序员来控制。如果我们抽象出一个下面这样一个框架，我们再来看，如何利用框架来实现同样的功能。具体的代码实现如下所示：

public abstract class TestCase {
  public void run() {
    if (doTest()) {
      System.out.println("Test succeed.");
    } else {
      System.out.println("Test failed.");
    }
  }
  
  public abstract boolean doTest();
}
public class JunitApplication {
  private static final List testCases = new ArrayList<>();
  
  public static void register(TestCase testCase) {
    testCases.add(testCase);
  }
  
  public static final void main(String[] args) {
    for (TestCase case: testCases) {
      case.run();
    }
  }

• 把这个简化版本的测试框架引入到工程中之后，我们只需要在框架预留的扩展点，也就是 TestCase 类中的 doTest() 抽象函数中，填充具体的测试代码就可以实现之前的功能了，完全不需要写负责执行流程的 main() 函数了。 具体的代码如下所示：

public class UserServiceTest extends TestCase {
  @Override
  public boolean doTest() {
    // ... 
  }
}
// 注册操作还可以通过配置的方式来实现，不需要程序员显示调用register()
JunitApplication.register(new UserServiceTest();

• 刚刚举的这个例子，就是典型的通过框架来实现“控制反转”的例子。框架提供了一个可扩展的代码骨架，用来组装对象、管理整个执行流程。程序员利用框架进行开发的时候，只需要往预留的扩展点上，添加跟自己业务相关的代码，就可以利用框架来驱动整个程序流程的执行
• 这里的“控制”指的是对程序执行流程的控制，而“反转”指的是在没有使用框架之前，程序员自己控制整个程序的执行。在使用框架之后，整个程序的执行流程可以通过框架来控制。流程的控制权从程序员“反转”到了框架。
• 实际上，实现控制反转的方法有很多，除了刚才例子中所示的类似于模板设计模式的方法之外，还有马上要讲到的依赖注入等方法，所以，控制反转并不是一种具体的实现技巧，而是一个比较笼统的设计思想，一般用来指导框架层面的设计。

依赖注入（DI）

• 依赖注入跟控制反转恰恰相反，它是一种具体的编码技巧。依赖注入的英文翻译是 Dependency Injection，缩写为 DI。对于这个概念，有一个非常形象的说法，那就是：依赖注入是一个标价 25 美元，实际上只值 5 美分的概念。也就是说，这个概念听起来很“高大上”，实际上，理解、应用起来非常简单。
• 那到底什么是依赖注入呢？我们用一句话来概括就是：不通过 new() 的方式在类内部创建依赖类对象，而是将依赖的类对象在外部创建好之后，通过构造函数、函数参数等方式传递（或注入）给类使用。
• 通过一个例子来解释一下。在这个例子中，Notification 类负责消息推送，依赖 MessageSender 类实现推送商品促销、验证码等消息给用户。我们分别用依赖注入和非依赖注入两种方式来实现一下。具体的实现代码如下所示：

// 非依赖注入实现方式
public class Notification {
  private MessageSender messageSender;
  
  public Notification() {
    this.messageSender = new MessageSender(); //此处有点像hardcode
  }
  
  public void sendMessage(String cellphone, String message) {
    //...省略校验逻辑等...
    this.messageSender.send(cellphone, message);
  }
}
public class MessageSender {
  public void send(String cellphone, String message) {
    //....
  }
}
// 使用Notification
Notification notification = new Notification();
// 依赖注入的实现方式
public class Notification {
  private MessageSender messageSender;
  
  // 通过构造函数将messageSender传递进来
  public Notification(MessageSender messageSender) {
    this.messageSender = messageSender;
  }
  
  public void sendMessage(String cellphone, String message) {
    //...省略校验逻辑等...
    this.messageSender.send(cellphone, message);
  }
}
//使用Notification
MessageSender messageSender = new MessageSender();
Notification notification = new Notification(messageSender);

• 通过依赖注入的方式来将依赖的类对象传递进来，这样就提高了代码的扩展性，我们可以灵活地替换依赖的类。这一点在我们之前讲“开闭原则”的时候也提到过。当然，上面代码还有继续优化的空间，我们还可以把 MessageSender 定义成接口，基于接口而非实现编程。改造后的代码如下所示：

public class Notification {
  private MessageSender messageSender;
  
  public Notification(MessageSender messageSender) {
    this.messageSender = messageSender;
  }
  
  public void sendMessage(String cellphone, String message) {
    this.messageSender.send(cellphone, message);
  }
}
public interface MessageSender {
  void send(String cellphone, String message);
}
// 短信发送类
public class SmsSender implements MessageSender {
  @Override
  public void send(String cellphone, String message) {
    //....
  }
}
// 站内信发送类
public class InboxSender implements MessageSender {
  @Override
  public void send(String cellphone, String message) {
    //....
  }
}
//使用Notification
MessageSender messageSender = new SmsSender();
Notification notification = new Notification(messageSender);

• 实际上，你只需要掌握刚刚举的这个例子，就等于完全掌握了依赖注入。尽管依赖注入非常简单，但却非常有用，在后面的章节中，我们会讲到，它是编写可测试性代码最有效的手段。

依赖注入框架（DI Framework）

• 弄懂了什么是“依赖注入”，我们再来看一下，什么是“依赖注入框架”。我们还是借用刚刚的例子来解释。
• 在采用依赖注入实现的 Notification 类中，虽然我们不需要用类似 hard code 的方式，在类内部通过 new 来创建 MessageSender 对象，但是，这个创建对象、组装（或注入）对象的工作仅仅是被移动到了更上层代码而已，还是需要我们程序员自己来实现。具体代码如下所示：

public class Demo {
  public static final void main(String args[]) {
    MessageSender sender = new SmsSender(); //创建对象
    Notification notification = new Notification(sender);//依赖注入
    notification.sendMessage("13918942177", "短信验证码：2346");
  }
}

• 在实际的软件开发中，一些项目可能会涉及几十、上百、甚至几百个类，类对象的创建和依赖注入会变得非常复杂。如果这部分工作都是靠程序员自己写代码来完成，容易出错且开发成本也比较高。而对象创建和依赖注入的工作，本身跟具体的业务无关，我们完全可以抽象成框架来自动完成。
• 你可能已经猜到，这个框架就是“依赖注入框架”。我们只需要通过依赖注入框架提供的扩展点，简单配置一下所有需要创建的类对象、类与类之间的依赖关系，就可以实现由框架来自动创建对象、管理对象的生命周期、依赖注入等原本需要程序员来做的事情。
• 实际上，现成的依赖注入框架有很多，比如 Google Guice、Java Spring、Pico Container、Butterfly Container 等。不过，如果你熟悉 Java Spring 框架，你可能会说，Spring 框架自己声称是控制反转容器（Inversion Of Control Container）。
• 实际上，这两种说法都没错。只是控制反转容器这种表述是一种非常宽泛的描述，DI 依赖注入框架的表述更具体、更有针对性。因为我们前面讲到实现控制反转的方式有很多，除了依赖注入，还有模板模式等，而 Spring 框架的控制反转主要是通过依赖注入来实现的。不过这点区分并不是很明显，也不是很重要，你稍微了解一下就可以了。

依赖反转原则（DIP）

• 前面讲了控制反转、依赖注入、依赖注入框架，现在，我们来讲一讲今天的主角：依赖反转原则。依赖反转原则的英文翻译是 Dependency Inversion Principle，缩写为 DIP。中文翻译有时候也叫依赖倒置原则。

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

• 将它翻译成中文，大概意思就是：高层模块（high-level modules）不要依赖低层模块（low-level）。高层模块和低层模块应该通过抽象（abstractions）来互相依赖。除此之外，抽象（abstractions）不要依赖具体实现细节（details），具体实现细节（details）依赖抽象（abstractions）。
• 所谓高层模块和低层模块的划分，简单来说就是，在调用链上，调用者属于高层，被调用者属于低层。在平时的业务代码开发中，高层模块依赖底层模块是没有任何问题的。实际上，这条原则主要还是用来指导框架层面的设计，跟前面讲到的控制反转类似。我们拿 Tomcat 这个 Servlet 容器作为例子来解释一下。
• Tomcat 是运行 Java Web 应用程序的容器。我们编写的 Web 应用程序代码只需要部署在 Tomcat 容器下，便可以被 Tomcat 容器调用执行。按照之前的划分原则，Tomcat 就是高层模块，我们编写的 Web 应用程序代码就是低层模块。Tomcat 和应用程序代码之间并没有直接的依赖关系，两者都依赖同一个“抽象”，也就是 Servlet 规范。Servlet 规范不依赖具体的 Tomcat 容器和应用程序的实现细节，而 Tomcat 容器和应用程序依赖 Servlet 规范。

小结

• 控制反转是一个比较笼统的设计思想，并不是一种具体的实现方法，一般用来指导框架层面的设计。这里所说的“控制”指的是对程序执行流程的控制，而“反转”指的是在没有使用框架之前，程序员自己控制整个程序的执行。在使用框架之后，整个程序的执行流程通过框架来控制。流程的控制权从程序员“反转”给了框架。
• 依赖注入和控制反转恰恰相反，它是一种具体的编码技巧。我们不通过 new 的方式在类内部创建依赖类的对象，而是将依赖的类对象在外部创建好之后，通过构造函数、函数参数等方式传递（或注入）给类来使用。
• 我们通过依赖注入框架提供的扩展点，简单配置一下所有需要的类及其类与类之间依赖关系，就可以实现由框架来自动创建对象、管理对象的生命周期、依赖注入等原本需要程序员来做的事情。
• 依赖反转原则也叫作依赖倒置原则。这条原则跟控制反转有点类似，主要用来指导框架层面的设计。高层模块不依赖低层模块，它们共同依赖同一个抽象。抽象不要依赖具体实现细节，具体实现细节依赖抽象。