依赖注入 和 new 一个实例有什么区别吗？
作者：卡卷网发布时间：2024-12-25 01:17浏览数量：84次评论数量：0次
当面对复杂问题时，我们常常无从下手，难以找到明确的方向。此时，我通常使用 WWH 方法：What——搞清问题所在；Why——分析问题根本原因、How——如何解决问题。
所以这个系列叫做 WWH ，我会把平时遇到的技术问题和思考整理到这里。
今天，我们来看看系列的第二篇文章：
What - 什么是依赖注入 ？
关注公众号“dingtingli”，并回复「依赖注入」，会提供一份源代码，大家可以详细地了解这些神奇的功能是如何实现的。
当我们编写 Web 后端代码的时候，会遇到这样的代码：
class A {
private IB _b;
public A(IB b){
_b = b;
}
public void MethodA(){
_b.MethodB();
}
}
如果你跟我第一次的感觉相同，可能也会存在这样的困惑：在 Class A 中没有任何地方 new Class B 的实例，但是运行的时候，MethodA 中的变量 _b 已经是 Class B 的一个实例了，为什么会这样？
今天我们就带着疑问，了解一下依赖注入的来龙去脉。
文章从依赖注入的历史出发，分为三个部分：
- 依赖倒置原则
- 控制反转
- 依赖注入
1 依赖倒置原则
依赖倒置原则（DIP Dependency Inversion Principle）
在没有依赖注入的情况下，如果 Class A 调用了 Class B 的方法，这就意味着 Class A 依赖于 Class B。换句话说，在编译时 Class A 将取决于 Class B。
代码可以这么编写：
class A {
private B b；
public A(){
b = new B();
}
public void MethodA(){
b.MethodB();
}
}
在 90 年代的时候，代码差不多都是这么写的。这样的代码有什么问题吗？
为了准确地回答这个问题，让我们回到 1995 年。“Bob 大叔”（Robert C. Martin）当年提出了——依赖倒置原则。
这个原则有以下两个定义：
- 高层模块不应该依赖于低层模块，二者都应该依赖于抽象。
- 抽象不应该依赖于细节，细节应该依赖于抽象。
上面的代码很明显不符合这个原则，那么怎样才算能符合这个原则？
1.1 依赖倒置原则示例
我们来看看 “Bob 大叔” 在他的著作《敏捷软件开发，原则、模式与实践 C# 版》中的一个示例，来深入理解这个原则的具体含义。
假设有一个控制电水壶（Kettle）温度调节器的软件，该软件可以从一个 I/O 通道中读取当前的温度，并通过向另一个 I/O 通道发送指令来操作电水壶打开或者关闭。
调节器软件将电水壶的温度控制在一个范围（最低温度 和 最高温度之间）。当温度低于最低温度（minTemp）时，就发送指令打开（Turn On）电水壶。当温度高于最高温度（maxTemp）时，就发送指令关闭（Turn Off）电水壶。
根据上述需求，代码可以这样写：
//读取温度的 I/O 通道
const byte TERMOMETER = 0x86;
//操作电水壶开关的 I/O 通道
const byte KETTLE = 0x87;
// 开电水壶的指令
const byte TURNON = 1;
//关电水壶的指令
const byte TURNOFF = 0;
//温度调节器函数
void Regulate(double minTemp, double maxTemp)
{
for(;;)
{
//当温度高于最低温度时，就等待 1 秒中，继续循环。
while(in(TERMOMETER) > minTemp)
wait(1);
//否则就发送指令打开电水壶。
out(KETTLE,TURNON);
//当温度低于最高温度时，就等待 1 秒中，继续循环。
while(in(TERMOMETER) < maxTemp)
wait(1);
//否则就发送指令关闭电水壶。
out(KETTLE,TURNOFF);
}
}
整个函数的高层意图非常清晰，但是实现的代码中包括了许多底层的细节，in 和 out 函数都是系统底层函数。
如果其他类型的加热器（Heater）也有同样的调节温度需求，这段代码会因为包括了电水壶的底层细节无法被重用。
如何修改这段代码让它可以重用？这时候就可以使用依赖倒置原则。
在图中，可以看到 Regulate 调节器函数接受了两个接口参数：IThermometer 接口可以读取（Read）温度；IHeater 接口可以打开（TurnOn）或者关闭（TurnOff）加热器。
接口的定义和 Regulate 调节器函数都属于高层模块，函数只需要知道着这两个接口，跟具体加热器的实现细节无关。
所有的加热器只需实现这两个接口就可以，这些接口的实现属于底层模块。
这就是依赖关系倒置，高层的 Regulate 调节器函数，不再依赖任何加热器的底层细节，函数本身有了很好的可用性。
最终 Regulate 调节器函数可以写成下面这样：
void Regulate(IThermometer t, IHeater h,
double minTemp, double maxTemp)
{
for(;;)
{
while(t.Read() > minTemp)
wait(1);
h.TurnOn();
while(t.Read() > maxTemp)
wait(1);
h.TurnOff();
}
}
1.2 使用依赖倒置原则优化代码
依赖倒置原则，不仅解释了为什么之前代码的写法不好，而且提出了解决方案。
让我们再次回到之前的例子中：
代码 1 直接依赖：
class A {
private B b；
public A(){
b = new B();
}
public void MethodA(){
b.MethodB();
}
}
class B {
public void MethodB(){
//code of method.
}
}
之前已经提到，在这段代码中 Class A 依赖于 Class B。如果 Class A 是高层模块，如何让 Class A 不依赖于 Class B？
根据依赖倒置原则，我们可以让 Class A 依赖于 Class B 的抽象 IB。
代码 2 依赖倒置：
class A {
public void MethodA(IB b){
b.MethodB();
}
}
interface IB {
void MethodB();
}
class B : IB {
public void MethodB(){
//code of method.
}
}
此时，Class A 和 Class B 的依赖关系反转了。
Class A 和接口 IB 属于高层模块，Class B 作为接口 IB 的实现属于底层模块。
但是想要调用 Class A 中的 MethodA，应用程序仍然需要先 new 一个 Class B 的实例。
class Test {
static void Main(){
A a = new A();
B b = new B();
a.MethodA(b);
}
}
这样的调用关系，在编译时 Class A 依赖于抽象 IB；在运行时，实例 a 仍然直接调用了实例 b，所以应用程序需要事先准备好 Class B 的实例 b。
这跟我们说的依赖注入有什么关系？让我们带着这个疑问，先进入下一个概念——控制反转 (IoC Inversion of Control)。
2 控制反转
控制反转 (IoC Inversion of Control)
2.1 直接依赖和依赖倒置运行时的执行方向
我们回过头来，再看看之前的两段代码。
代码 1 直接依赖：
class A {
private B b；
public A(){
b = new B();
}
public void MethodA(){
b.MethodB();
}
}
class B {
public void MethodB(){
//code of method.
}
}
第一段代码使用了直接依赖的方式，Class A 依赖于 Class B。编译时依赖关系顺着运行时执行的方向流动，二者方向是一致的。
代码 2 依赖倒置：
class A {
public void MethodA(IB b){
b.MethodB();
}
}
interface IB {
void MethodB();
}
class B : IB {
public void MethodB(){
//code of method.
}
}
第二段代码使用了依赖倒置原则，使得代码在编译阶段的依赖关系发生了反转。Class A 在编译时可以调用 Class B 的抽象 IB 上的方法。而在运行时，Class A 的实例仍然直接调用 Class B 的实例。
在代码的运行阶段，这两段代码的执行流程是一致的。
因为，在传统的面向对象程序中，执行的代码（主函数）需要先实例化对象、再调用方法，这样代码才能继续执行。
2.2 控制反转介绍
我们回过头来，看看文章最开始使用的代码示例。
代码 3 控制反转：
class A {
private IB _b;
public A(IB b){
_b = b;
}
public void MethodA(){
_b.MethodB();
}
}
interface IB {
void MethodB();
}
class B : IB {
public void MethodB(){
//code of method.
}
}
代码 3 控制反转和代码 2 依赖倒置的结构很类似，所以，很明显代码 3 控制反转也是符合依赖倒置原则的。
但这两段代码的使用还是不一样，在使用代码 3 控制反转的项目中，开发人员不需要编写任何实例化 Class B 的代码。
为什么会这样？这时就必须引入控制反转 （IoC Inversion of Control）概念了。
2.3 控制反转的概念
控制反转的主要思想是：有一个独立的框架，它可以获得接口 IB 合适的实现类 Class B，并主动创建这个类的实例，再赋值给 Class A 类的一个字段 _b。
如下图所示：
此时，程序执行的控制流程（先实例化对象、再调用方法），就从应用程序本身转移到了 IoC 框架中。也就是说，程序的主要控制者发生了反转，从应用程序变成了 IoC 框架。
从上面的介绍可以看出，框架的一个重要特征是：用户为框架定义的方法，经常会从框架本身，而不是从用户的应用程序代码中调用。
这种控制权的倒置有时被称为好莱坞原则：
不要调用我们，我们会调用你。
Don't call me; I'll call you.
在协调和安排应用活动的顺序方面，框架往往扮演着主程序的角色。这种控制的倒置使得框架有能力作为可扩展的骨架。
2.4 控制反转的示例
带着上面的理论，我们再来看看 代码 3 控制反转中的代码片段：
class A {
private IB _b;
public A(IB b){
_b = b;
}
public void MethodA(){
_b.MethodB();
}
}
代码中，为框架定义的方法——构造函数 public A(IB b) ，会被框架调用而不是应用程序本身调用。
这就是为什么我们在项目中看不到任何调用这个构造函数的原因。
控制反转框架在运行时调用了 Class A 的构造函数，发现参数需要 IB 接口，就找到了接口 IB 合适的实现类 Class B，然后创建了 Class B 的实例，最后赋值给构造函数的参数。
在这里，程序执行的控制流程完全发生了转变，从应用程序转移到了控制反转框架中。
控制反转的发展也经历了很长时间的迭代：
从 1983 年，Richard E. Sweet 提出好莱坞原则开始；到 1998 年，随着 Java Apache 服务器框架的提出，Stefano Mazzocchi 将控制反转作为框架的主要驱动设计原则之一，普及了这个概念；最后，在 2003 年，Spring、PicoContainer 等框架纷纷实现了控制反转。最终才有了文章最开始展示的那种类型的代码。
3 依赖注入
依赖注入（DI Dependency Injection）
说了半天，我们还没有提及文章标题中的名词——依赖注入。
2004 年，Martin Fowler 在他的文章《控制反转容器&依赖注入模式》首次提出了依赖注入这个名词。
文章中指出，控制反转这个词太宽泛，并不能很好地解释这个框架的具体实现。作者和 IoC 爱好者们商讨出了一个新的名称：依赖注入。
这个名词很形象地解释了控制反转在运行时发生了什么。比如我们之前的代码 3 中，在运行时，构造函数 public A(IB b) 需要接口 IB 的一个实例，此时框架就像是给函数打针一样，注入了 Class B 的实例。
下面这幅漫画生动地展现了用户的使用感受。
打个比方，包饺子的时候我们不需要确定具体是什么馅，只管包就行了，在吃饺子的时候，我说想吃韭菜鸡蛋馅的饺子，这时候就有人用针管给我的饺子注入韭菜鸡蛋馅。
4 历史演变过程
从上面的描述中我们可以看到，依赖倒置原则是一个软件设计原则，而使用了控制反转的代码都符合这一原则。
控制反转框架，将程序执行的控制流程从应用程序转移到了框架中。最终使用的感觉就是，开发者在代码中所依赖的对象，会在运行的时候直接注入到相应的方法中去，所以就有了一个新名词——依赖注入。
整个技术的演变历程如下：
我们现在明白了依赖倒置设计原则和控制反转框架的功能，你不觉得控制反转框架很神奇，它到底是如何实现这些功能的呢？
关注公众号“dingtingli”，并回复「依赖注入」，会提供一份源代码，大家可以详细地了解这些神奇的功能是如何实现的。
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