浅谈 IoC / DI

作者: 李眼镜 | 来源:发表于2017-10-24 14:42 被阅读0次

1.背景

刚开始接触 spring ，一定不会少看到 IoC、DI 这两个单词。

先把 spring 撇开，单独看看 IoC 和 DI 是什么意思呢？

找两个定义：

IoC，全称 Inverse of Control，控制反转。是指，由容器/第三方系统（例如 spring ）来控制业务对象之间的依赖关系，而不是像传统方式中由代码来直接控制。
DI，全称 Dependency Injection，依赖注入。是指，自身对象中的内置对象是通过注入的方式进行创建。

呃，看完了，似懂非懂。。。

2.举个“吃饭”的例子

场景：在沙县小吃/学校食堂吃饭。

沙县小吃：

顾客到店：老板，我要一份炒米线。
老板：好嘞，这就给你做。

学校食堂：

学生到食堂：阿姨，我要这个西红柿炒蛋，加4两米饭。
食堂阿姨：好嘞，这就给你装盘。

区别在哪呢？

“沙县小吃”是由顾客到店后主动要求“我要吃什么”，然后餐馆才去 new 一个你要吃的菜。
“学校食堂”是由食堂提前 new 很多可以提供给顾客吃的菜，顾客来了之后直接挑选装盘就可以了。

3.再举个例子

场景：接口参数检查

假设，我们的后台服务拆两个类：MyService 和 Validator 。很明显，MyService 依赖 Validator。

考虑一下，最简单的实现方式是什么呢？

3.1 传统实现，new

简单介绍一下用到的类和接口：

IValidate.java，接口定义了 validate() 方法，对一个 String 类型参数做检查。
NotnullValidator.java 实现了 IValidate 接口的validate()方法，要求参数不能为空。
MyService.java，定义了一个Serve() 方法，用来接收外部参数，然后对参数做非空检查。
Client.java，模拟调用方，请求MyService。

代码示例：

// IValidator.java
interface IValidator.java {
    public void validate(String param);
}

// NotnullValidator.java
class NotnullValidator implements IValidator{
    @Override
    public void validate(String param){
        System.out.println(this.getClass().getSimpleName()+ " validating param {"+param+"}");
        if(null == param || 0 == param.length()){
            System.out.println(this.getClass().getSimpleName() + " param can not be null or empty");
        }
    }
}

// MyService.java
class MyService.java {
    void Serve(String param){
        System.out.println(this.getClass().getSimpleName() + " param = " + param);
        NotnullValidator notnullValidator = new NotnullValidator();
        notnullValidator.validate(param);
    }
}

// Client.java
public class Client {
    public static void main(String[] args){
        MyService myService = new MyService();
        myService.Serve("");
        myService.Serve("123");
        /**
         * 这样做的弊端是，依赖隐藏在函数内部，模块化、可用性、扩展性、易测性都不好。
         */
    }
}

在这个例子中，MyService 直接在 Serve() 方法内部 new 了一个 NotNullValidator 实例，进行参数检查。

这样做的问题在于：

扩展性差，如果需要其他校验器，就要在 MyService 内部做大调整了。
依赖管理困难，IValidator 实例的生命周期在 MyService 之内，无法管理。
可测性差，耦合太严重，依赖和行为完全堆到一起去了，没法做单元测试。

那么，有什么解决方法呢？
很简单，把 new NotNullValidator 这个操作拿出来就可以了。

3.2 构造子注入

同样的例子，我们可以在 MyService 内部定义一个 IValidator 成员变量，然后再定义一个 MyService 的带参构造函数。

代码示例：

// IValidator.java
interface IValidator {
    public void validate(String param);
}

// NotnullValidator.java
class NotnullValidator implements IValidator{
    @Override
    public void validate(String param){
        System.out.println(this.getClass().getSimpleName()+ " validating param {"+param+"}");
        if(null == param || 0 == param.length()){
            System.out.println(this.getClass().getSimpleName() + " param can not be null or empty");
        }
    }
}

// MyService.java
class MyService {
    private IValidator validator;

    MyService(IValidator validator) {
        System.out.println("构造子注入");
        this.validator = validator;
    }

    void Serve(String param){
        System.out.println(this.getClass().getSimpleName() + " param = " + param);
        validator.validate(param);
    }
}

// Client.java
public class Client {
    public static void main(String[] args){
        NotnullValidator notnullValidator = new NotnullValidator();
        MyService myService = new MyService(notnullValidator);
        myService.Serve("");
        myService.Serve("123");
        /**
         * 依赖由外部管理，可测性变强了。
         * 这其实就是一种依赖注入方法。
         * 通过构造方法注入依赖，叫做"构造子注入"。
         */
    }
}

在这里，Client 自己 new 了一个 NotNullValidator 实例，通过构造方法传给新的 MyService 实例。

这样，类与类之间的依赖关系由外部管理，可测试性、可复用性都得到了很大的提升。

从应用程序的角度描述，依赖关系不再是 MyService 正向获得一个 IValidator 实现的实例，而是 Client 先实例化一个自己想要的 IValidator 实现，然后注入到 MyService，这就是“控制反转”（IoC）。

从 Client 的角度描述，Client 负责 IValidator 的实例化，并将其注入到 MyService，这就是“依赖注入”（DI）。

IoC其实就是把主动变被动，并有效的分离了对象和它所需要的外部资源，使得它们松散耦合，有利于功能复用，更重要的是使得程序的整个体系结构变得非常灵活。

除了通过构造器注入外，还有另外两种依赖注入方法。

3.3 设值注入

设值注入是利用类成员变量的 setter 方法进行依赖注入的一种方式。

代码示例：

// IValidator.java
interface IValidator {
    public void validate(String param);
}

// NotnullValidator.java
class NotnullValidator implements IValidator{
    @Override
    public void validate(String param){
        System.out.println(this.getClass().getSimpleName()+ " validating param {"+param+"}");
        if(null == param || 0 == param.length()){
            System.out.println(this.getClass().getSimpleName() + " param can not be null or empty");
        }
    }
}

// MyService.java
class MyService {
    private IValidator validator;

    void setValidator(IValidator validator) {
        System.out.println("设值注入");
        this.validator = validator;
    }

    void Serve(String param){
        System.out.println(this.getClass().getSimpleName() + " param = " + param);
        validator.validate(param);
    }
}

// Client.java
public class Client {
    public static void main(String[] args){
        NotnullValidator notnullValidator = new NotnullValidator();
        MyService myService = new MyService();
        myService.setValidator(notnullValidator);
        myService.Serve("");
        myService.Serve("123");
        /**
         * 通过成员变量的setter方法注入依赖，叫做"设值注入"
         */
    }
}

这里，为 MyService 的成员变量 validator 定义了setValidator() 方法，从而使得外部可以通过这个 setValidator() 方法注入 IValidator 依赖。

3.4 接口注入

接口注入是指，通过实现特定接口的依赖注入方法实现依赖注入的一种方式。

代码示例：

// IValidator.java
interface IValidator {
    public void validate(String param);
}

// MyInject.java
interface MyInject {
    public void inject(IValidator validator);
}

// NotnullValidator.java
class NotnullValidator implements IValidator{
    @Override
    public void validate(String param){
        System.out.println(this.getClass().getSimpleName()+ " validating param {"+param+"}");
        if(null == param || 0 == param.length()){
            System.out.println(this.getClass().getSimpleName() + " param can not be null or empty");
        }
    }
}

// MyService.java
class MyService implements MyInject {
    private IValidator validator;

    void Serve(String param){
        System.out.println(this.getClass().getSimpleName() + " param = " + param);
        validator.validate(param);
    }

    @Override
    public void inject(IValidator validator) {
        System.out.println("接口注入");
        this.validator = validator;
    }
}

// Client.java
public class Client {
    public static void main(String[] args){
        NotnullValidator notnullValidator = new NotnullValidator();
        MyService myService = new MyService();
        myService.inject(notnullValidator);
        myService.Serve("");
        myService.Serve("123");
        /**
         * 通过实现一个单独的依赖注入接口，实现依赖注入，叫做"接口注入"。
         * 不常见的用法，构造函数和setter就够用了。
         *
         * 通过构造函数、setter、接口注入依赖，仍然存在问题。
         * 加入一个类A依赖非常多的其他类，每一个都要手动new，然后set，太麻烦了。
         * 怎么办呢？上框架。
         */
    }
}

这里定义了一个 MyInject 接口，接口内部参数 inject() 用于注入 IValidator 。
MyService 实现了这个接口，Client 可以通过 inject() 注入IValidator 实例。

上面提到的三种注入方式：构造子注入、设值注入、接口注入，实际上都是提供一个“入口”函数，允许外部调用方向内注入 IValidator 依赖，只是形式不同罢了。

但是，外部系统管理这些 “new” 操作的话，如果接口内有多层传递依赖，或者依赖项比较多的时候，Client 负担就太重了。

怎么办呢？上框架。

IoC/DI 框架要做的事情，就是：new 什么，什么时候 new ，new 完了要给谁。。。

IoC/DI 框架有很多，这里主要介绍两个，Spring 和 Guice。

4. IoC/DI 框架

4.1 spring

IoC是spring的核心，对于spring框架来说，就是由 spring 来负责控制对象的生命周期和对象间的关系。

想要使用 spring ，至少需要两个核心包：group: 'org.springframework', name: 'spring-core' 和group: 'org.springframework', name: 'spring-context'。

spring 通过一个叫做“容器”的东西来管理所有的 bean 对象。

当 Spring 应用程序被加载到内存中时，spring 框架通过读取 “配置元数据”，来完成对象的实例化、配置和组装。应用程序可以从容器中取bean，方法是getBean()。

在这里，接口和类定义同上一章。
只是，额外增加 xml 配置文件用于定义 bean 的生命周期及依赖关系。

PS：“配置元数据” 可以通过 XML、Java注解、Java代码来标识，代码示例只给出xml配置。

代码有点多，我分开说哈。
记得以下几步：

引入上面说的两个包。
写 java 代码定义 bean。
写 xml 配置文件。
Client。

构建工具用的是gradle，所以这么引包：

// build.gradle
group 'com.ann.javas.topics'
version '1.0-SNAPSHOT'

apply plugin: 'java'
sourceCompatibility = 1.8

repositories {
    mavenCentral()
}

dependencies {
    compile group: 'org.springframework', name: 'spring-core', version: '4.3.11.RELEASE'
    compile group: 'org.springframework', name: 'spring-context', version: '4.3.11.RELEASE'
}

本例中，给出了5种xml配置方法：构造子注入、设值注入、自动装载byName，自动装载byType，自动装载constructor。

先列下java代码，bean 定义没变，就是Client.java里面的内容多了点：

// IValidator.java
public interface IValidator {
    public void validate(String param);
}

// NotnullValidator.java
public class NotnullValidator implements IValidator{
    @Override
    public void validate(String param) {
        System.out.println(this.getClass().getSimpleName()+ " validating param {"+param+"}");
        if(null == param || 0 == param.length()){
            System.out.println(this.getClass().getSimpleName() + " param can not be null or empty");
        }
    }
}

// MyService.java
public class MyService {
    private IValidator validator;

    public MyService(IValidator validator) {
        this.validator = validator;
    }

    public void setValidator(IValidator validator) {
        this.validator = validator;
    }

    public MyService() {
    }

    void Serve(String param){
        System.out.println(this.getClass().getSimpleName() + " param = " + param);
        validator.validate(param);
    }
}


// Client.java
public class Client {
    /**
     * 构造子注入 和 设值注入，唯一的区别就是标签中定义依赖的元素不同。
     * 构造子注入使用：constructor-arg，设值注入使用：property。
     *
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("case1：测试spring容器构造子注入（基于XML配置）...");
        demo1();
        System.out.println("..................................................");

        System.out.println("case2：测试spring容器设值注入（基于XML配置）...");
        demo2();
        System.out.println("..................................................");

        System.out.println("case3：测试spring容器自动装载byName（基于XML配置）...");
        demo3();
        System.out.println("..................................................");

        System.out.println("case4：测试spring容器自动装载byType（基于XML配置）...");
        demo4();
        System.out.println("..................................................");

        System.out.println("case5：测试spring容器自动装载constructor（基于XML配置）...");
        demo5();
        System.out.println("..................................................");

    }

    private static void demo1(){
        // 读取配置文件
        ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("demo5_configioc-byxml-case1.xml");
        // 构造子注入实例
        MyService service = (MyService)context.getBean("s");
        service.Serve("");
        service.Serve("123");
    }

    private static void demo2(){
        // 读取配置文件
        ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("demo5_configioc-byxml-case2.xml");
        // 设值注入实例
        MyService service = (MyService)context.getBean("s");
        service.Serve("");
        service.Serve("123");
    }

    private static void demo3(){
        // 读取配置文件
        ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("demo5_configioc-byxml-case3.xml");
        // 自动装载，byName
        MyService service = (MyService)context.getBean("s");
        service.Serve("");
        service.Serve("123");
    }

    private static void demo4(){
        // 读取配置文件
        ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("demo5_configioc-byxml-case4.xml");
        // 自动装载，byType
        MyService service = (MyService)context.getBean("s");
        service.Serve("");
        service.Serve("123");
    }

    private static void demo5(){
        // 读取配置文件
        ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("demo5_configioc-byxml-case5.xml");
        // 自动装载，constructor
        MyService service = (MyService)context.getBean("s");
        service.Serve("");
        service.Serve("123");
    }
}

然后是xml配置文件，有5个：

// demo5_configioc-byxml-case1.xml
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
       xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
       xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans
        http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd">
    <!-- 配置两个 bean，并指明他们的依赖关系： MyService 依赖 NotnullValidator -->
    <!-- 被依赖的 NotnullValidator 会在 MyService 构造之前构造 -->
    <!-- 用 constructor-arg 配置，就是构造子注入 -->
    <bean id="s" class="com.ann.javas.topics.iocdi.demo5.usespring.MyService">
        <constructor-arg ref="p"/>
    </bean>
    <bean id="p" class="com.ann.javas.topics.iocdi.demo5.usespring.NotnullValidator">
    </bean>
</beans>

// demo5_configioc-byxml-case2.xml
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
       xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
       xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans
        http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd">
    <!-- 配置两个 bean，并指明他们的依赖关系： MyService 依赖 NotnullValidator -->
    <!-- 被依赖的 NotnullValidator 会在 MyService 构造之前构造 -->
    <!-- 用 property 配置，就是设值注入 -->
    <bean id="s" class="com.ann.javas.topics.iocdi.demo5.usespring.MyService">
        <property name="validator" ref="p"/>
    </bean>
    <bean id="p" class="com.ann.javas.topics.iocdi.demo5.usespring.NotnullValidator">
    </bean>
</beans>

// demo5_configioc-byxml-case3.xml
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
       xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
       xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans
        http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd">
    <!-- 配置两个 bean，并指明他们的依赖关系： MyService 依赖 NotnullValidator -->
    <!-- 被依赖的 NotnullValidator 会在 MyService 构造之前构造 -->
    <!-- 自动装载 byName，根据 id 或 name 查找 bean 并自动装配 -->
    <bean id="s" class="com.ann.javas.topics.iocdi.demo5.usespring.MyService" autowire="byName">
    </bean>
    <!-- 这里的 id 必须和 MyService 中定义的IValidator 变量名一致，否则 byName 无法识别 -->
    <bean id="validator" class="com.ann.javas.topics.iocdi.demo5.usespring.NotnullValidator">
    </bean>
</beans>

// demo5_configioc-byxml-case4.xml
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
       xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
       xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans
        http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd">
    <!-- 配置两个 bean，并指明他们的依赖关系： MyService 依赖 NotnullValidator -->
    <!-- 被依赖的 NotnullValidator 会在 MyService 构造之前构造 -->
    <!-- 自动装载byType，根据 class 查找并自动装配 bean -->
    <bean id="s" class="com.ann.javas.topics.iocdi.demo5.usespring.MyService" autowire="byType">
    </bean>
    <bean id="b" class="com.ann.javas.topics.iocdi.demo5.usespring.NotnullValidator">
    </bean>
</beans>

// demo5_configioc-byxml-case5.xml
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
       xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
       xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans
        http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd">
    <!-- 配置两个 bean，并指明他们的依赖关系： MyService 依赖 NotnullValidator -->
    <!-- 被依赖的 NotnullValidator 会在 MyService 构造之前构造 -->
    <!-- 自动装载 constructor，根据 bean 的构造函数定义进行查找并自动装配 -->
    <bean id="s" class="com.ann.javas.topics.iocdi.demo5.usespring.MyService" autowire="constructor">
    </bean>
    <bean id="b" class="com.ann.javas.topics.iocdi.demo5.usespring.NotnullValidator">
    </bean>
</beans>

代码中的注释有简单介绍，详细的内容就不再赘述~

4.2 guice

guice 是谷歌开发的轻量级 DI 框架，号称比 spring 快10倍，虽然我没测过，但确实蛮好用的就是了。

想要使用guice，需要引包：group: 'com.google.inject', name: 'guice'

guice 允许你使用 @Inject 进行注解构造函数的方式，来进行自动实例化构造参数。也可以通过实现 Module 的 configure(Binder binder) 方法定义依赖注入规则。

在程序启动时，你可以使用 Guice.createInjector(自定义Module) 来生成一个injector，之后就可以从 injector 中获取你需要 guice 为你实例化的类，方法是 injector.getInstance(你想要的类.class)。

用guice非常简单：

引包。
java代码。

同样gradle构建：

// build.gradle
group 'com.ann.javas.topics'
version '1.0-SNAPSHOT'

apply plugin: 'java'

sourceCompatibility = 1.8

repositories {
    mavenCentral()
}

dependencies {
    compile group: 'com.google.inject', name: 'guice', version: '4.0'
}

java代码：

// IValidator.java
interface IValidator {
    public void validate(String param);
}

// NotnullValidator.java
class NotnullValidator implements IValidator {
    @Override
    public void validate(String param){
        System.out.println(this.getClass().getSimpleName()+ " validating param {"+param+"}");
        if(null == param || 0 == param.length()){
            System.out.println(this.getClass().getSimpleName() + " param can not be null or empty");
        }
    }
}


// MyService.java
class MyService  {
    @Inject
    private IValidator validator;

    void Serve(String param){
        System.out.println(this.getClass().getSimpleName() + " param = " + param);
        validator.validate(param);
    }
}


// MyModule.java
public class MyModule implements Module{
    @Override
    public void configure(Binder binder) {
        System.out.println("guice注入规则，绑定 IValidator 到 NotnullValidator");
        binder.bind(IValidator.class).to(NotnullValidator.class);
    }
}


// Client.java
public class Client {
    public static void main(String[] args){
        // 定义依赖注入规则
        MyModule module = new MyModule();

        // 根据注入规则，生成 injector
        Injector injector = Guice.createInjector(module);

        // 获取 MyService 实例
        MyService myService = injector.getInstance(MyService.class);

        // 来两个case
        myService.Serve("");
        myService.Serve("123");
    }
}

如你所见，MyModule中定义了依赖注入规则，将 IValidator 绑定到 NotnullValidator。这样，当某个类需要一个IValidator的时候，guice就会给它一个NotNullValidator实例。

其他的请看注释说明~

浅谈 IoC / DI

1.背景

2.举个“吃饭”的例子

3.再举个例子

3.1 传统实现，new

3.2 构造子注入

3.3 设值注入

3.4 接口注入

4. IoC/DI 框架

4.1 spring

4.2 guice

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