控制反转（IoC）与依赖注入（DI）

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转自：http://blog.xiaohansong.com/2015/10/21/IoC-and-DI/

前言

最近在学习Spring框架，它的核心就是IoC容器。要掌握Spring框架，就必须要理解控制反转的思想以及依赖注入的实现方式。下面，我们将围绕下面几个问题来探讨控制反转与依赖注入的关系以及在Spring中如何应用。

  • 什么是控制反转？
  • 什么是依赖注入？
  • 它们之间有什么关系？
  • 如何在Spring框架中应用依赖注入？

什么是控制反转

在讨论控制反转之前，我们先来看看软件系统中耦合的对象。
图1：软件系统中耦合的对象图1：软件系统中耦合的对象
从图中可以看到，软件中的对象就像齿轮一样，协同工作，但是互相耦合，一个零件不能正常工作，整个系统就崩溃了。这是一个强耦合的系统。齿轮组中齿轮之间的啮合关系,与软件系统中对象之间的耦合关系非常相似。对象之间的耦合关系是无法避免的，也是必要的，这是协同工作的基础。现在，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。

为了解决对象间耦合度过高的问题，软件专家Michael Mattson提出了IOC理论，用来实现对象之间的“解耦”。

控制反转（Inversion of Control）是一种是面向对象编程中的一种设计原则，用来减低计算机代码之间的耦合度。其基本思想是：借助于“第三方”实现具有依赖关系的对象之间的解耦。
图2：IOC解耦过程图2：IOC解耦过程
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：

  1. 软件系统在没有引入IOC容器之前，如图1所示，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。
  2. 软件系统在引入IOC容器之后，这种情形就完全改变了，如图2所示，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。

控制反转不只是软件工程的理论，在生活中我们也有用到这种思想。再举一个现实生活的例子：
海尔公司作为一个电器制商需要把自己的商品分销到全国各地，但是发现，不同的分销渠道有不同的玩法，于是派出了各种销售代表玩不同的玩法，随着渠道越来越多，发现，每增加一个渠道就要新增一批人和一个新的流程，严重耦合并依赖各渠道商的玩法。实在受不了了，于是制定业务标准，开发分销信息化系统，只有符合这个标准的渠道商才能成为海尔的分销商。让各个渠道商反过来依赖自己标准。反转了控制，倒置了依赖。

我们把海尔和分销商当作软件对象，分销信息化系统当作IOC容器，可以发现，在没有IOC容器之前，分销商就像图1中的齿轮一样，增加一个齿轮就要增加多种依赖在其他齿轮上，势必导致系统越来越复杂。开发分销系统之后，所有分销商只依赖分销系统，就像图2显示那样，可以很方便的增加和删除齿轮上去。

什么是依赖注入

依赖注入就是将实例变量传入到一个对象中去(Dependency injection means giving an object its instance variables)。

什么是依赖

如果在 Class A 中，有 Class B 的实例，则称 Class A 对 Class B 有一个依赖。例如下面类 Human 中用到一个 Father 对象，我们就说类 Human 对类 Father 有一个依赖。

public class Human {
    ...
    Father father;
    ...
    public Human() {
        father = new Father();
    }
}

仔细看这段代码我们会发现存在一些问题：

  1. 如果现在要改变 father 生成方式，如需要用new Father(String name)初始化 father，需要修改 Human 代码；
  2. 如果想测试不同 Father 对象对 Human 的影响很困难，因为 father 的初始化被写死在了 Human 的构造函数中；
  3. 如果new Father()过程非常缓慢，单测时我们希望用已经初始化好的 father 对象 Mock 掉这个过程也很困难。

依赖注入

上面将依赖在构造函数中直接初始化是一种 Hard init 方式，弊端在于两个类不够独立，不方便测试。我们还有另外一种 Init 方式，如下：

public class Human {
    ...
    Father father;
    ...
    public Human(Father father) {
        this.father = father;
    }
}

上面代码中，我们将 father 对象作为构造函数的一个参数传入。在调用 Human 的构造方法之前外部就已经初始化好了 Father 对象。像这种非自己主动初始化依赖，而通过外部来传入依赖的方式，我们就称为依赖注入。
现在我们发现上面 1 中存在的两个问题都很好解决了，简单的说依赖注入主要有两个好处：

  1. 解耦，将依赖之间解耦。
  2. 因为已经解耦，所以方便做单元测试，尤其是 Mock 测试。

控制反转和依赖注入的关系

我们已经分别解释了控制反转和依赖注入的概念。有些人会把控制反转和依赖注入等同，但实际上它们有着本质上的不同。

  • 控制反转是一种思想
  • 依赖注入是一种设计模式

IoC框架使用依赖注入作为实现控制反转的方式，但是控制反转还有其他的实现方式，例如说ServiceLocator，所以不能将控制反转和依赖注入等同。

Spring中的依赖注入

上面我们提到，依赖注入是实现控制反转的一种方式。下面我们结合Spring的IoC容器，简单描述一下这个过程。

class MovieLister...
    private MovieFinder finder;
    public void setFinder(MovieFinder finder) {
        this.finder = finder;
    }

class ColonMovieFinder...
    public void setFilename(String filename) {
        this.filename = filename;
    }

我们先定义两个类，可以看到都使用了依赖注入的方式，通过外部传入依赖，而不是自己创建依赖。那么问题来了，谁把依赖传给他们，也就是说谁负责创建finder，并且把finder传给MovieLister。答案是Spring的IoC容器。

要使用IoC容器，首先要进行配置。这里我们使用xml的配置，也可以通过代码注解方式配置。下面是spring.xml的内容

<beans>
    <bean id="MovieLister" class="spring.MovieLister">
        <property name="finder">
            <ref local="MovieFinder"/>
        </property>
    </bean>
    <bean id="MovieFinder" class="spring.ColonMovieFinder">
        <property name="filename">
            <value>movies1.txt</value>
        </property>
    </bean>
</beans>

在Spring中，每个bean代表一个对象的实例，默认是单例模式，即在程序的生命周期内，所有的对象都只有一个实例，进行重复使用。通过配置bean，IoC容器在启动的时候会根据配置生成bean实例。具体的配置语法参考Spring文档。这里只要知道IoC容器会根据配置创建MovieFinder，在运行的时候把MovieFinder赋值给MovieLister的finder属性，完成依赖注入的过程。

下面给出测试代码

public void testWithSpring() throws Exception {
    ApplicationContext ctx = new FileSystemXmlApplicationContext("spring.xml");//1
    MovieLister lister = (MovieLister) ctx.getBean("MovieLister");//2
    Movie[] movies = lister.moviesDirectedBy("Sergio Leone");
    assertEquals("Once Upon a Time in the West", movies[0].getTitle());
}
  1. 根据配置生成ApplicationContext，即IoC容器。
  2. 从容器中获取MovieLister的实例。

总结

  1. 控制反转是一种在软件工程中解耦合的思想，调用类只依赖接口，而不依赖具体的实现类，减少了耦合。控制权交给了容器，在运行的时候才由容器决定将具体的实现动态的“注入”到调用类的对象中。
  2. 依赖注入是一种设计模式，可以作为控制反转的一种实现方式。依赖注入就是将实例变量传入到一个对象中去(Dependency injection means giving an object its instance variables)。
  3. 通过IoC框架，类A依赖类B的强耦合关系可以在运行时通过容器建立，也就是说把创建B实例的工作移交给容器，类A只管使用就可以。

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