理解依赖注入和控制反转

从一个任务开始讲

某天，公司领导找到开发人员，说要开发一个微信支付宝的收款明细获取功能，我们把这个任务作为一个案例进行说明。

第一步：设计

案例精简：把任务指派给开发人员完成。本句话中，有两个名词：“任务”和“开发人员”，所以我们考虑设计两个对象(任务和开发人员)。

开发人员对象：

package DependencyInjectionDemo;

public class Javaer {
    private String name;

    public Javaer(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void WriteCode() {
        System.out.println(this.name + " writting java code...");
    }
}

任务对象：

package DependencyInjectionDemo;

public class NewTask {

    private String name;
    private Javaer javaer;

    public NewTask(String name) {
        this.name = name;
        this.javaer = new Javaer("张三");
    }

    public void Start() {
        System.out.println(this.name + " started ..");
        this.javaer.WriteCode();
    }
}

场景类：

package DependencyInjectionDemo;

public class DependencyInjectionDemo {

    public static void main(String[] args) {
        NewTask task = new NewTask("开发微信支付宝收款明细获取工具");
        task.Start();
    }
}

运行结果：

开发微信支付宝收款明细获取工具 started ..
张三 writting java code...

现在让我们来分析一下这个设计存在的问题。

如果不追求复用和耦合，只是临时完成任务，这么写倒也无可厚非; 如果再有别的任务指派给其他开发人员，我们需要去代码内部修改编码; 如果有很仰慕你的同事需要复用你的实现，你不能打包成jar文件给他直接用，因为他不能从jar文件外部修改任务和开发人员；

所以，我们应当让用户来指派开发人员，改进一下：

package DependencyInjectionDemo;

public class NewTask {

    private String name;
    private Javaer javaer;

    public NewTask(String name) {
        this.name = name;
        //this.javaer = new Javaer("张三"); 删了啦
    }

    public void SetJavaer(Javaer javaer) {
        this.Javaer = javaer;
    }

    public void Start() {
        System.out.println(this.name + " started ..");
        this.javaer.WriteCode();
    }
}

场景类也要做一下修改：

package DependencyInjectionDemo;

public class DependencyInjectionDemo {

    public static void main(String[] args) {
        NewTask task = new NewTask("开发微信支付宝收款明细获取工具");
        task.SetJavaer(new Javaer("张三")); //加入这句
        task.Start();
    }
}

输出和前面的Demo是一样的：

开发微信支付宝收款明细获取工具 started ..
张三 writting java code...

现在，我们知道了一个事实，完成任务需要依赖特定的开发人员（NewTask类依赖Javaer类），开始时，NewTask类在构造时绑定开发人员，现在这种依赖可以在使用时按需要进行绑定。
这就是依赖注入

在上面的案例中，我们是通过Setter进行注入的，另外一种常用的注入方式是通过构造方法进行注入：

    public NewTask(String name, Javaer javaer) {
        this.name = name;
        this.javaer = javaer; //构造方法中进行注入
    }

这里联想一下，任务执行期间，任务执行者（本例中是张三）生病了，那么就需要另外安排一名开发人员继续任务的执行，怎么办呢？这个时候应该考虑的是Javaer这个对象的稳定性，如果开发人员这个对象稳定性非常高，我们可以考虑在NewTask的构造方法中进行注入，因为开发人员这个对象非常稳定，不会出现中途换帅的情况，但事实并非如此，张三生病了，就得允许不中断任务的情况下，重新指派另一名开发人员继续进行开发，很显然，在这个场景中，我们应该使用Setter注入，不需要重新New一个NewTask（也就是任务重新开始），直接使用Setter更换开发人员即可。

这里还有一种注入方式是配置文件注入，这就要求注入的对象稳定性非常高，甚至高到大于服务的生命周期（比如数据库连接）。

第二步：需求挖掘

我们知道，一个开发团队往往是多种开发语言并存的，有些任务适合用Java来完成，有些适合用C#，还有些任务适合用Python，现在问题来了，这个NewTask类库的使用者发现：任务只能指派给Javaer。

所以为了更好的复用，我们的需求应该变成：任务既能指派给Javaer，也能指派给Pythoner和CSharper，以及其他任何以后可能加入的开发语言。

很自然的，我想到了使用接口:

package DependencyInjectionDemo;

public interface Coder {
    void WriteCode();
}

修改原来的Javaer,实现Coder接口：

package DependencyInjectionDemo;

public class Javaer implements Coder {
    private String name;

    public Javaer(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void WriteCode() {
        System.out.println(this.name + " writting java code...");
    }
}

Python开发人员实现Coder接口：

package DependencyInjectionDemo;

public class Pythoner implements Coder{
    private String name;
    public Pythoner(String name) {
        this.name = name;
    }
    @Override
    public void WriteCode() {
        System.out.println(this.name + " writting python code...");
    }
}

C# 开发人员实现Coder接口：

package DependencyInjectionDemo;

public class CSharper implements Coder {

    private String name;

    public CSharper(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void WriteCode() {
        System.out.println(this.name + " writting c# code...");
    }
}

修改任务类中的Javaer为Coder：

public class NewTask {

    private String name;
    private Coder coder;

    public NewTask(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void SetCoder(Coder coder) {
        this.coder= coder;
    }

    public void Start() {
        System.out.println(this.name + " started ..");
        this.coder.WriteCode();
    }
}

修改场景类：

package DependencyInjectionDemo;

public class DependencyInjectionDemo {

    public static void main(String[] args) {
        NewTask task = new NewTask("开发微信支付宝收款明细获取工具");
        task.SetCoder(new Javaer("张三"));
        // 都是Coder，允许注入
        // task.SetCoder(new Pythoner("李四"));
        // task.SetCoder(new CSharper("王五"));
        task.Start();
    }
}

现在，我们可以指派任务给pythoner，CSharper和Javaer了，加入以后加入了Ruby或者Go语言开发人员，类库的使用者只需要实现Coder接口，就可以把任务指派给新来的开发人员了，不需要修改NewTask代码，实现了低耦合和可扩展性。

在讲下面的内容之前，我们先来熟悉一个名词：控制反转，四个字，拆成两个词，一个是控制，一个是反转。结合上面的例子，我们的NewTask开始的时候依赖开发人员，其在内部主动创建了开发人员对象，后来我们发现这样造成了强依赖，于是就把NewTask的主动创建开发人员这个操作撤销了，修改成了在外部实现开发人员实例并传入到NewTask内部，NewTask现在只能被动的接收我们创建的开发人员对象，从主动到被动，控制实现了反转。

概念

控制反转是原则，依赖注入是方式。

除了依赖注入(Dependency Injection, 简称DI)，还有另外一种方式是“依赖查找（Dependency Locate）”， 场景类需要服务类时，从一个获取点主动取得指定的服务类。这种方式变被动接收注入为主动获取，使得场景类在需要时主动获取服务类，如我们向一个统管全局的Factory传入一个字符串，Factory返回给我一个相应服务类的实例。

不过，不论使用简单工厂（Simple Factory）还是抽象工厂（Abstract Factory），都避免不了判断服务类类型或工厂类型，这样系统中总要有一个地方存在不符合OCP的if…else或switch…case结构，这种缺陷是Simple Factory和Abstract Factory以及依赖获取本身无法消除的，而在某些支持反射的语言中（如Java和C#），通过将反射机制的引入彻底解决了这个问题。

反射与依赖注入

上面的例子中，假设我们再增加一个语言的分支（如Go）而且使用了工厂模式（简单或抽象工厂），我们需要实现Coder接口，虽然符合开闭原则（对扩展开放，对修改关闭），但最终，我们还是要回到工厂方法内部，去增加一个swith或ifelse分支，以完善我们的判断，这就破坏了开闭原则。依赖注入本身是没有能力解决这个问题的，但语言本身的反射机制（Reflection）却能从根本上解决这个问题。

现在的问题是，最终我们找到的这个对象，还是需要通过“new”操作来实例化，那么，我们如何通过不修改代码的方式，“new”出一个新的实例呢？

来试着实现一下：

package DependencyInjectionDemo;

import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;

public class DependencyInjectionDemo {

    private static String taskName; //任务
    private static String coderName; //语言
    private static String devName; //开发人员

    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException {

        /*现在我可以把这些写到配置文件中了*/
        taskName = "新任务名称";
        coderName = "Pythoner";
        devName = "小明";

        NewTask task = new NewTask(taskName);
        Coder coder = getCoder(coderName, devName);
        task.SetCoder(coder);

        /* 以前这么写 */
        // task.SetCoder(new Pythoner("李四"));
        // task.SetCoder(new CSharper("王五"));

        task.Start();
    }

    /**
     * 根据类名获取类实例
     * @param coderName
     * @param name
     * @return 类的实例对象
     * @throws ClassNotFoundException
     * @throws NoSuchMethodException
     * @throws IllegalAccessException
     * @throws InvocationTargetException
     * @throws InstantiationException
     */
    public static Coder getCoder(String coderName, String name) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException {
        Constructor c = Class.forName("DependencyInjectionDemo."+coderName).getConstructor(String.class);
        Coder coder = (Coder)c.newInstance(new Object[] {name});
        return coder;
    }
}

输出：

新任务名称 started ..
小明 writting python code...

以上代码，实现了一个根据类名获取实例的getCoder方法，该方法有两个参数，一个是类名，另一个是Coder的构造参数name。在场景操作中，分别定义了任务名称，语言，开发人员三个变量，现在假设这些变量完全是从配置文件中读取的，那么，当我们以后增加新的语言，增加新的开发人员时，只需要新增加一个Coder接口的实现，然后修改配置文件即可。真正实现了OCP原则。怎么样？是不是感觉自己很牛逼？

以下为摘录内容，来源:依赖注入那些事儿

IoC Container

说到依赖注入的话，就不能不提到IoC Container(IoC容器)，那么到底什么是IoC容器？我们还是先来看看它的出现背景。

我们知道，软件开发领域有句著名的论断：不要重复发明*！因为软件开发讲求复用，所以，对于应用频繁的需求，总是有人设计各种通用框架和类库以减轻人们的开发负担。例如，数据持久化是非常频繁的需求，于是各种ORM框架应运而生；再如，对MVC的需求催生了Struts等一批用来实现MVC的框架。

随着面向对象分析与设计的发展和成熟，OOA&D被越来越广泛应用于各种项目中，然而，我们知道，用OO就不可能不用多态性，用多态性就不可能不用依赖注入，所以，依赖注入变成了非常频繁的需求，而如果全部手工完成，不但负担太重，而且还容易出错。再加上反射机制的发明，于是，自然有人开始设计开发各种用于依赖注入的专用框架。这些专门用于实现依赖注入功能的组件或框架，就是IoC Container。

从这点看，IoC Container的出现有其历史必然性。目前，最著名的IoC也许就是Java平台上的Spring框架的IoC组件，而.NET平台上也有Spring.NET和Unity等。

IoC Container 的分类

前面曾经讨论了三种依赖注入方式，但是，想通过方式对IoC Container进行分类很困难，因为现在IoC Container都设计很完善，几乎支持所有依赖注入方式。不过，根据不同框架的特性和惯用法，还是可以讲IoC Container分为两个大类。

重量级IoC Container
所谓重量级IoC Container，是指一般用外部配置文件（一般是XML）作为依赖源，并托管整个系统各个类的实例化的IoC Container。这种IoC Container，一般是承接了整个系统几乎所有多态性的依赖注入工作，并承接了所有服务类的实例化工作，而且这些实例化依赖于一个外部配置文件，这种IoC Container，很像通过一个文件，定义整个系统多态结构，视野宏大，想要很好驾驭这种IoC Container，需要一定的架构设计能力和丰富的实践经验。

Spring和Spring.NET是重量级IoC Container的例子。一般来说，这种IoC Container稳定性有余而活性不足，适合进行低活多态性的依赖注入。

轻量级IoC Container

还有一种IoC Container，一般不依赖外部配置文件，而主要使用传参的Setter或Construtor注入，这种IoC Container叫做轻量级IoC Container。这种框架很灵活，使用方便，但往往不稳定，而且依赖点都是程序中的字符串参数，所以，不适合需要大规模替换和相对稳定的低活多态性，而对于高活多态性，有很好的效果。

Unity是一个典型的轻量级IoC Container。

参考文献

依赖注入那些事儿
轻松理解 Java开发中的依赖注入(DI)和控制反转(IOC)