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一文说透依赖注入

  • 2021 年 3 月 26 日
  • 本文字数:3076 字

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一文说透依赖注入

控制反转在整洁架构中非常重要,而大部分现代框架的设计思想都是暗合《架构整洁之道》的,因此,在大部分现代框架中,都内置了依赖注入机制,以支持控制反转。

什么是依赖?

每个软件,都是由很多“组件”构成的。这里的“组件”是指广义的组件 —— 组成部件,它可能是函数,可能是类,可能是包,也可能是微服务。软件的架构,就是组件以及组件之间的关系。而这些组件之间的关系,就是(广义的)依赖关系。

依赖有多重要?

软件的维护工作,本质上都是由“变化”引起的,只要软件还活着,我们就无法对抗变化,只能顺应它。而组件之间的依赖关系决定了变化的传导范围。


一般来说,当被依赖的组件变化时,其依赖者也会随之变化。软件开发最怕的就是牵一发而动全身。所幸,并不是每次变化都必然会传导给它的依赖者们。


对于具体实现细节的修改,只要没有改变其外部契约(可简单理解为接口),其依赖者就不需要修改。对于更大规模的修改,比如更换计费策略,我们是不是就无法控制其传播了?也不见得。只要我们的设计能让两者的接口保持一致,就可以把变化控制在尽可能小的范围内。

整洁架构与 IoC

对于减少变更传播的方式,Bob 大叔在《架构整洁之道》中做过系统性的阐述,如下图:



在这张图中,我们要注意箭头的指向,箭头的指向就是依赖的方向。我们看到,所有的依赖都指向了用例(领域服务)并最终指向了业务实体。这样的架构很理想,因为业务实体的变化通常都比较少,即使变,通常也是必要的、无法回避的变化。反之,支持新的用户界面、换数据库、换外部系统等方面的变化都只会在很小的范围内传播。回顾一下你维护过的系统的各种变更,都属于哪一类呢?


这张图看起来很美,却和我们传统的编程方式截然不同。以展示器为例,在传统的编程方式下,我们需要在展示器中创建用户界面类的实例,并且设置用户界面的值以及接收来自用户界面的事件。这时候,我们就不得不让展示器“引用”用户界面的类,这样就产生了一个从展示器指向用户界面的依赖,破坏了架构的整洁性。


所以,我们要找到这样一种方式,让展示器能“控制”界面类。更泛化的说法是,让位于架构内层的组件,“控制”位于架构外层的组件,“控制”的方向与“依赖”的方向相反,所以,我们称其为“控制反转”(IoC)。

为什么要用依赖注入来管理依赖?

要想解除展示器对界面类的这种错误依赖,我们可以从界面类抽象出一个接口,展示器定义这样一个接口,然后让界面类实现它,这样展示器就不需要再知道界面类的存在了。唯一的问题是:接口本身是抽象的,所以它不能被直接实例化。如果让展示器负责实例化界面类,那么展示器又必须引用界面类了。好吧,一切似乎又回到了原点……不过,我们有另外的办法打破这种僵局。


引入第三方,通常是打破僵局的最佳方式之一。我们需要这样一个第三方:


  1. 它既知道如何将界面类实例化,又知道谁要控制这个实例所实现的接口。

  2. 它必须是个通用逻辑,也就是说它不应该关心界面类如何实例化的细节,它唯一要了解的信息是界面接口和界面类之间的“实现”关系,以及展示器与界面接口之间的“需要”关系。

  3. 它应该超然于整洁架构之外,作为整个架构的大管家,揽下所有“脏活儿”,让架构中的各个组件保持整洁。

  4. 展示器通常不用主动找这位大管家,因为大管家能看懂展示器的每一个眼神,展示器只要过“衣来伸手,饭来张口”的生活就可以了。当然,必要时展示器也可以主动跟大管家要这要那,不过,宅是一种幸福,费口舌的事情当然是越少越好。


这种“衣来伸手,饭来张口”的模式就叫做依赖注入,简称 DI。它是实现 IoC 最常见的方式。这个大管家,有个人尽皆知的名片,上面写着几个大字:Injector(注入器),当然也有人写得啰嗦一点:DI Container(注入容器)。


依赖注入实现原理简介

依赖注入的工作逻辑是这样的:

  1. 在应用启动时,会把界面类注册到注入器的“提供者映射表”(界面接口: 界面类)中,并且以界面接口作为自己的标记(Token)。也就是说把这个界面类注册为这个界面接口的提供者,当需要界面接口的实例时,可以由这个界面类来提供它。

  2. 在应用启动时,会把展示器类注册到注入器的“依赖树”(展示器 ---> 界面接口)中,表示展示器依赖一个界面接口的实例。如果展示器还依赖其它接口,那就还有更多类似的条目。而界面接口的提供者(界面类)还可能有其自身的依赖,最终形成一棵巨大的树。

  3. 当应用开始运行时,展示器会被实例化。注入器在实例化它的时候会发现展示器依赖一个界面接口的实例,于是注入器会尝试在其“实例映射表”(界面接口:界面接口实例)中根据这个界面接口查找相应的实例。如果找不到,就会去“提供者映射表”中查找这个界面接口的提供者,这里找到的是界面类。于是,注入器将这个界面类实例化,并将其记入“实例映射表”中,下次就不必再重新初始化它了。如果界面类还有自己的依赖,这个过程就会递归进行。


所以,注入器是这个依赖注入体系中的核心角色,它通过三个内部数据结构:提供者映射表、依赖树、实例映射表来完成整个过程。


但是,往“提供者映射表”中注册的过程该由谁来做呢?如果由界面类或展示器类自己做,那么它们将不得不“引用”注入器,而这不符合注入器的“人设”,理想的注入器应该是默默无闻的,最好让谁都不需要知道它。


那就只能让注入器自行完成这项工作了。


问题在于,注入器要怎么知道哪些类是可注入的呢?所以,我们要让这些可注入的类在实例化之前就具有某些特征,比如静态属性、静态方法,或者注解(Annotation)。


注解是最常见的方式,它像注释一样不被当做代码来执行,而是专门供别人阅读。但注释的读者完全是人类,而注解的主要读者除了人类之外还有框架或预编译器。


启动的时候,注入器会搜集具有指定特征的类,并将其注册到提供者映射表中,并且查找这些类的构造函数或具有某些特征的属性等,分析出其依赖关系,构建出“依赖树”。

更多的提供者

在前面的例子中,为了便于理解,我一直用类作为依赖提供者。但实际上,依赖提供者可以有很多形态:常量、变量、函数或者类都是可以的。


我们对依赖提供者唯一的期望是:它能给我们提供一个与特定标记对应的实例。至于这个实例是 new 出来的还是调用出来的,我们根本不需要关心。


通过这种面向目标而非面向实现的抽象化设计,我们为应对未来的变化留出了大量的灵活性,却不用付出多少代价。

依赖注入的实际应用

控制反转在整洁架构中非常重要,而大部分现代框架的设计思想都是暗合《架构整洁之道》的,因此,在大部分现代框架中,都内置了依赖注入机制,以支持控制反转。


最经典、最著名的当属 Spring Framework,可以说依赖注入无处不在。在 Java 后端开发中它几乎一统江湖就是其成功的见证。


在 Android Framework 等移动端框架中,依赖注入也是最常见的框架功能之一。


在前端领域,Angular 从 2009 年的 AngularJS 0.x 开始就支持了依赖注入。到了 Angular 2+ 的时代,借助 TypeScript 的语言特性,它甚至做得比 Spring Framework 还要全面、深入。

通过依赖注入改善设计

在面向对象编程的经典著作《设计模式》中,策略模式是使用最广泛的模式之一。但自行实现策略模式很繁琐,也容易出错。而依赖注入是策略模式的最佳实现方式之一。如果我们在设计中使用了策略模式,那么所有繁琐的工作都可以交给依赖注入框架来完成。我们抽象好策略接口,等将来需要换个策略时,只要修改下配置就可以了,而消费方的代码一点都不需要改。


深入理解了依赖注入技术,就可以将其灵活运用在你的各项实际工作中,设计出优美而灵活的应用架构。未来的你,以及接手你工作成果的人,会从你的高质量设计中受益匪浅。


本文转载自:ThoughtWorks 洞见(ID:TW-Insights)

原文链接:一文说透依赖注入

2021 年 3 月 26 日 08:004221

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