控制反转IOC、依赖注入DI的详细说明与举例

文章目录

- 引入
- IOC介绍
- IOC的实现
- - 通过构造函数注入依赖
  - 通过 setter 设值方法注入依赖
  - 依赖注入容器
- IOC优缺点
- - 优点
  - 缺点

阅读时忽略语言差异，参考了很多其他博主内容，参考博文在最后给出，侵删

引入

由于 HTTP 协议是一种无状态的协议，所以我们就需要使用「Session（会话）」机制对有状态的信息进行存储。一个典型的应用场景就是存储登录用户的状态到会话中。

<?php
$user = ['uid' => 1, 'uname' => '柳公子'];
$_SESSION['user'] = $user;

上面这段代码将登录用户 $user 存储「会话」的 user 变量内。之后，同一个用户发起请求就可以直接从「会话」中获取这个登录用户数据：

<?php
$user = $_SESSION['user'];

接着，我们将这段面向过程的代码，以面向对象的方法进行封装：

<?php
class SessionStorage
{
    public function __construct($cookieName = 'PHP_SESS_ID')
    {
        session_name($cookieName);
        session_start();
    }

    public function set($key, $value)
    {
        $_SESSION[$key] = $value;
    }

    public function get($key)
    {
        return $_SESSION[$key];
    }

    public function exists($key)
    {
        return isset($this->get($key));
    }
}

并且需要提供一个接口服务类 user:

<?php
class User
{
    protected $storage;

    public function __construct()
    {
        $this->storage = new SessionStorage();
    }

    public function login($user)
    {
        if (!$this->storage->exists('user')) {
            $this->storage->set('user', $user);
        }

        return 'success';
    }

    public function getUser()
    {
        return $this->storage->get('user');
    }
}

以上就是登录所需的大致功能，使用起来也非常容易：

<?php
$user = new User();
$user->login(['uid' => 1, 'uname' => '柳公子']);
$loginUser = $user->getUser();

这个功能实现非常简单：用户登录 login() 方法依赖于 $this->storage 存储对象，这个对象完成将登录用户的信息存储到「会话」的处理。

那么对于这个功能的实现，究竟还有什么值得我们去担心呢？

一切似乎几近完美，直到我们的业务做大了，会发现通过「会话」机制存储用户的登录信息已近无法满足需求了，我们需要使用「共享缓存」来存储用户的登录信息。这个时候就会发现：

User 对象的 login() 方法依赖于 $this->storage 这个具体实现，即耦合到一起了。这个就是我们需要面对的核心问题。

既然我们已经发现了问题的症结所在，也就很容易得到解决方案：让我们的 User 对象不依赖于具体的存储方式，但无论哪种存储方式，都需要提供 set 方法执行存储用户数据。

具体实现可以分为以下几个阶段：

定义 Storage 接口

定义 Storage 接口的作用是: 使 User 与 SessionStorage 实现类进行解耦，这样我们的 User 类便不再依赖于具体的实现了。

编写一个 Storage 接口似乎不会太复杂：

<?php

interface Storage
{
    public function set($key, $value);

    public function get($key);

    public function exists($key);
}

然后让 SessionStorage 类实现 Storage 接口：

<?php
class SessionStorage implements Storage
{
    public function __construct($cookieName = 'PHP_SESS_ID')
    {
        session_name($cookieName);
        session_start();
    }

    public function set($key, $value)
    {
        $_SESSION[$key] = $value;
    }

    public function get($key)
    {
        return $_SESSION[$key];
    }

    public function exists($key)
    {
        return isset($this->get($key));
    }
}

定义一个 Storage 接口让 User 类仅依赖 Storage 接口

现在我们的 User 类看起来既依赖于 Storage 接口又依赖于 SessionStorage 这个具体实现：

<?php

class User
{
    protected $storage;

    public function __construct()
    {
        $this->storage = new SessionStorage();
    }
}

当然这已经是一个完美的登录功能了，直到我将这个功能开放出来给别人使用。然而，如果这个应用同样是通过「会话」机制来存储用户信息，现有的实现不会出现问题。

但如果使用者将「会话」机制更换到下列这些存储方式呢？

将会话存储到 MySQL 数据库

将会话存储到 Memcached 缓存

将会话存储到 Redis 缓存

将会话存储到 MongoDB 数据库

…

<?php
// 想象下下面的所有实现类都有实现 get，set 和 exists 方法
class MysqlStorage {}

class MemcachedStorage {}

class RedisStorage {}

class MongoDBStorage {}

...

此时我们似乎无法在不修改 User 类的构造函数的的情况下，完成替换 SessionStorage 类的实例化过程。即我们的模块与依赖的具体实现类耦合到一起了。

有没有这样一种解决方案，让我们的模块仅依赖于接口类，然后在项目运行阶段动态的插入具体的实现类，而非在编译（或编码）阶段将实现类接入到使用场景中呢？

这种动态接入的能力称为「插件」。

答案是有的：可以使用「控制反转」。

IOC介绍

面向对象设计的软件系统中，它的底层都是由N个对象构成的，各个对象之间通过相互合作（就像下面的齿轮一样），最终实现系统地业务逻辑。

控制反转IOC、依赖注入DI的详细说明与举例

伴随着工业级应用的规模越来越庞大，对象之间的依赖关系也越来越复杂，经常会出现对象之间的多重依赖性关系，因此，架构师和设计师对于系统的分析和设计，将面临更大的挑战。对象之间耦合度过高的系统，必然会出现牵一发而动全身的情形。

软件工程中的耦合是指各个模块依赖程度，为了便于维护，自然希望耦合越低越好。

耦合关系不仅会出现在对象与对象之间，也会出现在软件系统的各模块之间，以及软件系统和硬件系统之间。如何降低系统之间、模块之间和对象之间的耦合度，是软件工程永远追求的目标之一。为了解决对象之间的耦合度过高的问题，软件专家Michael Mattson 1996年提出了IOC理论，用来实现对象之间的“解耦”，目前这个理论已经被成功地应用到实践当中。

IOC是Inversion of Control的缩写，多数书籍翻译成“控制反转”。

1996年，Michael Mattson在一篇有关探讨面向对象框架的文章中，首先提出了IOC 这个概念。对于面向对象设计及编程的基本思想，前面我们已经讲了很多了，不再赘述，简单来说就是把复杂系统分解成相互合作的对象，这些对象类通过封装以后，内部实现对外部是透明的，从而降低了解决问题的复杂度，而且可以灵活地被重用和扩展。

IOC理论提出的观点大体是这样的：借助于“第三方”实现具有依赖关系的对象之间的解耦。如下图：

控制反转IOC、依赖注入DI的详细说明与举例

大家看到了吧，由于引进了中间位置的“第三方”，也就是IOC容器，使得A、B、C、D这4个对象没有了耦合关系，齿轮之间的传动全部依靠“第三方”了，全部对象的控制权全部上缴给“第三方”IOC容器，所以，IOC容器成了整个系统的关键核心，它起到了一种类似“粘合剂”的作用，把系统中的所有对象粘合在一起发挥作用，如果没有这个“粘合剂”，对象与对象之间会彼此失去联系，这就是有人把IOC容器比喻成“粘合剂”的由来。

我们再来做个试验：把上图中间的IOC容器拿掉，然后再来看看这套系统：

控制反转IOC、依赖注入DI的详细说明与举例

我们现在看到的画面，就是我们要实现整个系统所需要完成的全部内容。这时候，A、B、C、D这4个对象之间已经没有了耦合关系，彼此毫无联系，这样的话，当你在实现A的时候，根本无须再去考虑B、C和D了，对象之间的依赖关系已经降低到了最低程度。所以，如果真能实现IOC容器，对于系统开发而言，这将是一件多么美好的事情，参与开发的每一成员只要实现自己的类就可以了，跟别人没有任何关系！

我们再来看看，控制反转(IOC)到底为什么要起这么个名字？我们来对比一下：

软件系统在没有引入IOC容器之前，对象A依赖于对象B，那么对象A在初始化或者运行到某一点的时候，自己必须主动去创建对象B或者使用已经创建的对象B。无论是创建还是使用对象B，控制权都在自己手上。

软件系统在引入IOC容器之后，这种情形就完全改变了，由于IOC容器的加入，对象A与对象B之间失去了直接联系，所以，当对象A运行到需要对象B的时候，IOC容器会主动创建一个对象B注入到对象A需要的地方。

通过前后的对比，我们不难看出来：对象A获得依赖对象B的过程,由主动行为变为了被动行为，控制权颠倒过来了，这就是“控制反转”这个名称的由来。

IOC的实现

两种实现方式：依赖查找（DL）、依赖注入（DI）

控制反转IOC、依赖注入DI的详细说明与举例

DL 已经被抛弃，因为他需要用户自己去是使用 API 进行查找资源和组装对象，即有侵入性。

我们着重看看DI：

2004年，Martin Fowler探讨了同一个问题，既然IOC是控制反转，那么到底是“哪些方面的控制被反转了呢？”，经过详细地分析和论证后，他得出了答案：“获得依赖对象的过程被反转了”。控制被反转之后，获得依赖对象的过程由自身管理变为了由IOC容器主动注入。于是，他给“控制反转”取了一个更合适的名字叫做“依赖注入（Dependency Injection）”。他的这个答案，实际上给出了实现IOC的方法：注入。所谓依赖注入，就是由IOC容器在运行期间，动态地将某种依赖关系注入到对象之中。

所以，依赖注入(DI)和控制反转(IOC)是从不同的角度的描述的同一件事情，就是指通过引入IOC容器，利用依赖关系注入的方式，实现对象之间的解耦。

依赖注入的形式主要有三种，我分别将它们叫做构造注入（ Constructor Injection）、设值方法注入（ Setter Injection）和接口注入（ Interface Injection）

通过构造函数注入依赖

通过前面的文章我们知道 User 类的构造函数既依赖于 Storage 接口，又依赖于 SessionStorage 这个具体的实现。

现在我们通过重写 User 类的构造函数，使其仅依赖于 Storage 接口：

<?php

class User
{
    protected $storage;

    public function __construct(Storage $storage)
    {
        $this->storage = $storage;
    }
}

我们知道 User 类中的 login 和 getUser 方法内依赖的是 $this->storage 实例，也就无需修改这部分的代码了。

之后我们就可以通过「依赖注入」完成将 SessionStorage 实例注入到 User 类中，实现高内聚低耦合的目标：

<?php
$storage = new SessionStorage('SESSION_ID');
$user = new User($storage);

通过 setter 设值方法注入依赖

设值注入也很简单：

<?php

class User
{
    protected $storage;

    public function setStorage(Storage $storage)
    {
        $this->storage = $storage;
    }
}

使用也几乎和构造方法注入一样：

<?php
$storage = new SessionStorage('SESSION_ID');
$user = new User();
$user->setStorage($storage);

接口注入就是实现相关接口，通过接口定义调用其中的inject方法完成注入过程。

依赖注入容器

上面实现依赖注入的过程仅仅可以当做一个演示，真实的项目中肯定没有这样使用的。那么我们在项目中该如何去实现依赖注入呢?

嗯，这是个好问题，所以现在我们需要了解另外一个与「依赖注入」相关的内容「依赖注入容器」。

依赖注入容器我们在给「依赖注入」下定义的时候有提到由一个独立的组装模块（容器）完成对实现类的实例化工作，那么这个组装模块就是「依赖注入容器」。

「依赖注入容器」是一个知道如何去实例化和配置依赖组件的对象。

尽管，我们已经能够将 User 类与实现分离，但是还需要进一步，才能称之为完美。

定义一个简单的服务容器：

<?php
class Container
{
    public function getStorage()
    {
        return new SessionStorage();
    }

    public function getUser()
    {
        $user = new User($this->getStorage());
        return $user;
    }
}

使用也很简单：

<?php
$container = new Container();
$user = $container->getUser();

我们看到，如果我们需要使用 User 对象仅需要通过 Container 容器的 getUser 方法即可获取这个实例，而无需关心它是如何被创建创建出来的。

IOC优缺点

优点

1、灵活性

对于广泛使用的接口，更改其实现类变得更简单（例如，用生产实例替换模拟web服务）

更改给定类的检索策略更简单（例如，将服务从类路径移动到JNDI树）

添加拦截器很容易，而且在一个地方就可以完成（例如，将缓存拦截器添加到基于JDBC的DAO中）

2、可读性

该项目有一个统一一致的组件模型，代码更简洁，而且没有依赖项查找代码（例如调用JNDI InitialContext）

3、可测试性

当依赖项通过构造函数或setter公开时，可以很容易地替换

更容易的测试可以带来更多的测试，更多的测试会带来更好的代码质量、更低的耦合、更高的内聚性

缺点

第一、软件系统中由于引入了第三方IOC容器，生成对象的步骤变得有些复杂，本来是两者之间的事情，又凭空多出一道手续，所以，我们在刚开始使用IOC框架的时候，会感觉系统变得不太直观。所以，引入了一个全新的框架，就会增加团队成员学习和认识的培训成本，并且在以后的运行维护中，还得让新加入者具备同样的知识体系。

第二、由于IOC容器生成对象是通过反射方式，在运行效率上有一定的损耗。如果你要追求运行效率的话，就必须对此进行权衡。

第三、具体到IOC框架产品(比如：Spring)来讲，需要进行大量的配制工作，比较繁琐，对于一些小的项目而言，客观上也可能加大一些工作成本。

第四、IOC框架产品本身的成熟度需要进行评估，如果引入一个不成熟的IOC框架产品，那么会影响到整个项目，所以这也是一个隐性的风险。

我们大体可以得出这样的结论：一些工作量不大的项目或者产品，不太适合使用IOC框架产品。另外，如果团队成员的知识能力欠缺，对于IOC框架产品缺乏深入的理解，也不要贸然引入。最后，特别强调运行效率的项目或者产品，也不太适合引入IOC框架产品，像WEB2.0网站就是这种情况。

参考：

https://www.cnblogs.com/DebugLZQ/archive/2013/06/05/3107957.html

https://www.jianshu.com/p/17b66e6390fd

https://segmentfault.com/a/1190000014803412

https://segmentfault.com/a/1190000014719665

控制反转IOC、依赖注入DI的详细说明与举例

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通过构造函数注入依赖

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IOC优缺点

优点

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