设计模式学习笔记 - 设计原则 - 5.依赖反转原则（控制反转、依赖反转、依赖注入）

前言

今天学习 SOLID 中的最后一个原则，依赖反转原则。

本章内容，可以带着如下几个问题：

“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” 这两个字该如何理解。
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” 有什么区别和联系吗？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 跟这些概念有什么关系？

控制反转（IOC）

在讲依赖反转原则之前，我们先讲下“控制反转”。

如果你是Java工程师的话，暂时别把这个 “IOC” 和 Spring 框架的 “IOC” 联系在一起。关于 Spring 的 IOC ，我们待会还会讲到。

先通过一个例子来查看，什么是控制反转。

public class UserServiceTest {public static final 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 succeeded.");} 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。如果我们抽象出下面这样一个框架，再来看，如何利用框架来实现同样的功能。

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();}}
}

这个简化版本的测试框架引入到工程之后，我们只需要在框架预留的扩展点，即 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。具体代码如下所示：

public class UserServiceTest extends TestCase {@Overridepublic void 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());

上面例子，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，用来封装对象、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”是指流程的控制权从程序员“反转”到了框架。在没有使用框架前，程序员自己控制整个程序的执行；使用框架后，整个执行流程可以通过框架来控制。

实际上，实现控制反转的方法有很多，除了上面的例子中类似模板设计模式的方法之外，还有依赖注入等方法。所以，控制反转并不是一种具体的实现技巧，而是一种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）

依赖注入和控制反转相反，它是一种编码技巧。

依赖注入英文翻译为：Dependency Injection，缩写为 DI。

什么是依赖注入？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的对象，而是将依赖类对象在外部建好之后，通过构造函数、函数参数等方式传递（或注入）给类适用。

通过一个例子来解释下。在这个例子中， Notification 类负责消息推送，依赖 MessageSender 类来实现推送商品促销、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.sendMessage(cellPhone, message);}
}public class MessageSender {public void sendMessage(String cellPhone, String message) {// ...}
}// 使用Notification
Notification notification = new Notification();// 依赖注入实现方式
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.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);

通过依赖注入的方式将对象传递进来，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。这一点在我们之前将“开闭原则”的也提到过。当然，上面代码还有继续优化的空间，把 MessageSender 定义成接口，基于接口而非实现编程。改造后代码如下：

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);

实际上，只需掌握刚刚举的例子，就掌握了依赖注入。尽管依赖注入非常简单，但却非常有用。

依赖注入框架（DI Framework）

弄懂了什么是“依赖注入”，在来看下，什么“依赖注入框架”。还是借用刚刚例子来解释。

在采用依赖注入实现的 Notification 类中，虽然不需要使用类似 hard code 的方式，在类内部通过 new 来创建 MessageHandler 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：

public class Demo {public static void main(String[] args) {MessageSender messageSender = new SmsSender(); // 创建对象Notification notification = new Notification(messageSender); // 依赖注入notification.sendMessage("13910221123", "短信验证码：2345");}
}

在实际开发中，一些项目可能会涉及几十、上百、甚至几百个类，类对象的创建的依赖注入会变得非常复杂。如果这部分工作由程序员自己写代码来完成，容易出错且开发成本比较高。而创建和依赖注入的工作，本身和业务无关，完全可以抽象成框架来自动完成。

这个框架就是“依赖注入框架”。只需要通过依赖注入框架提供的扩展点，简单配置以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、管理对象的生命这周期、依赖注入等事情。

实际上，现成的依赖注入框架有很多，比如 Google Guice、Java Spring、Pico Container 等。

不过，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，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。

依赖反转原则（DIP）

接下来讲一下本章的主角：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。有时也翻译成依赖倒置原则。

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.

翻译成中文，大概意思是： 高层模块不要依赖低层模块。高层模块和低层模块应该通过抽象来相互依赖。此外，抽象不要依赖具体实现细节，具体实现细节依赖抽象。

所谓高层模块和低层模块的划分，简单来说，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型是没有任何问题的。实际上，这条原则主要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下。

Tomcat 是运行 Java Web 应用程序的容器。我们编写 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。