深入浅出 Laravel 的 Facade 外观系统

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原文链接： segmentfault.com
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今天我们将学习 Laravel 核心架构中的另一个主题「Facade（外观）」。

本文将从以下几个方面出发，全面讲解 Laravel 中 Facade 的运行原理，为了便于理解后续中所有 Facade 译作「外观」：

  • 简单介绍「外观」设计模式；
  • Laravel「外观」的加载原理；
  • Laravel「外观」基本使用。

什么是「外观」设计模式

外观模式定义

为子系统中的一组接口提供一个统一的入口。外观模式定义了一个高层接口，这个接口使得这一子系统更加容易使用。

外观模式是一种使用频率非常高的结构型设计模式，它通过引入一个外观角色来简化客户端与子系统之间的交互，
为复杂的子系统调用提供一个统一的入口，降低子系统与客户端的耦合度，且客户端调用非常方便。 - 设计模式 Java 版

核心 就是在 客户端（使用者） 与 子系统（接口或服务） 之间引入一个「外观」角色。

将使用者与子系统从直接耦合，转变成由「外观」类提供统一的接口给使用者使用，以降低客户端与子系统之间的耦合度。

结构示意图：

design pattern of facade

关于「外观模式」可以阅读 设计模式 Java 版 - 外观模式

Laravel 外观组件

Laravel 中的「外观」组件实际上是服务容器中底层类的「静态代理」，它将 Laravel 内核中定义的「Contracts（在 Laravel 中又称为服务、契约或者通常我们所说的接口）」，以静态可调用的方式封装到各个「外观」服务中供我们使用。

外观加载原理

在讲解如何使用外观组件之前，我们依旧先去深入分析「外观」组件是如何被 Laravel 加载到项目中的。这一步是用好「外观」组件的前提。

外观组件配置

所有内置的外观组件的配置数据，同 Laravel 其它服务一样被定义在 config/app.php 文件中。让我们来浏览一下 aliases 节点的配置数据吧：

    ...
    'aliases' => [

        'App' => Illuminate\Support\Facades\App::class,
        'Artisan' => Illuminate\Support\Facades\Artisan::class,
        ...
    ],
    ...

外观配置定义格式遵循 「别名」：「外观类」 的数据格式。当一个 HTTP 请求被接收时，将在处理请求阶段将这些「外观」组件加载到服务中。

接下来将深入分析外观服务的加载过程。

加载外观服务

「外观」服务的加载工作由定义在 Illuminate\Foundation\Http\Kernel 内核中的 \Illuminate\Foundation\Bootstrap\RegisterFacades::class 启动程序完成。

引导启动外观服务

如果你已经阅读我的另一篇文章 深入剖析 Laravel 服务提供者实现原理，你应该对引导程序不会太陌生。

引导程序将在处理 HTTP 请求是完成引导启动 bootstrap()。所以这里我们需要深入到 RegisterFacades 类的内部去了解更多细节上的处理。

<?php

namespace Illuminate\Foundation\Bootstrap;

use Illuminate\Foundation\AliasLoader;
use Illuminate\Support\Facades\Facade;
use Illuminate\Foundation\PackageManifest;
use Illuminate\Contracts\Foundation\Application;

/**
 * @link https://github.com/laravel/framework/blob/56a58e0fa3d845bb992d7c64ac9bb6d0c24b745a/src/Illuminate/Foundation/Bootstrap/RegisterFacades.php
 */
class RegisterFacades
{
    /**
     * Bootstrap the given application. 引导启动服务
     */
    public function bootstrap(Application $app)
    {
        // 清除已解析的「外观」服务实例
        Facade::clearResolvedInstances();

        // 将 Laravel 服务容器注入到「外观」服务
        Facade::setFacadeApplication($app);

        // 加载所有外观服务
        AliasLoader::getInstance(array_merge(
            $app->make('config')->get('app.aliases', []),
            $app->make(PackageManifest::class)->aliases()
        ))->register();
    }
}

加载外观服务有 AliasLoader 组件完成：

  • 首先，会从配置文件 config/app.php 中读取所有的「外观」服务配置 aliases；
  • 再从清单文件中读取别名服务 $app->make(PackageManifest::class)->aliases()；
  • 将两个配置数组合并后注入到 AliasLoader 完成 注册（register）。

注册外观服务

最后我们来瞧瞧 AliasLoader 加载器是如何将所有的「外观」服务加载到系统中的。

<?php

namespace Illuminate\Foundation;

/**
 * @link https://github.com/laravel/framework/blob/56a58e0fa3d845bb992d7c64ac9bb6d0c24b745a/src/Illuminate/Foundation/AliasLoader.php
 */
class AliasLoader
{
    /**
     * Get or create the singleton alias loader instance. 获取或创建「别名加载器」单例实例。
     */
    public static function getInstance(array $aliases = [])
    {
        if (is_null(static::$instance)) {
            return static::$instance = new static($aliases);
        }

        $aliases = array_merge(static::$instance->getAliases(), $aliases);

        static::$instance->setAliases($aliases);

        return static::$instance;
    }

    /**
     * Set the registered aliases. 设置需注册别名数据。
     */
    public function setAliases(array $aliases)
    {
        $this->aliases = $aliases;
    }

    /**
     * Register the loader on the auto-loader stack. 将加载器注册到自动加载中。
     */
    public function register()
    {
        if (! $this->registered) {
            $this->prependToLoaderStack();

            $this->registered = true;
        }
    }

    /**
     * Prepend the load method to the auto-loader stack. 设置自动加载方法。
     */
    protected function prependToLoaderStack()
    {
        // 将 AliasLoader 的 load 方法作为 __autoload 的实现
        spl_autoload_register([$this, 'load'], true, true);
    }

    /**
     * Load a class alias if it is registered.从注册过的服务中加载这个「外观」服务。
     */
    public function load($alias)
    {
        if (static::$facadeNamespace && strpos($alias, static::$facadeNamespace) === 0) {
            $this->loadFacade($alias);

            return true;
        }

        if (isset($this->aliases[$alias])) {
            return class_alias($this->aliases[$alias], $alias);
        }
    }
}

注意 这里是知识点，在 AliasLoader->register() 完成「外服服务注册」涉及 PHP 两个知识的应用：

  • PHP 内置魔术方法 __autoload 的使用；
  • PHP 如何给类创建别名。

➤ 1. 外观服务的动态引入

我们知道 __autoload 魔术方法的作用是尝试加载未经定义的类，这样当我们使用一个未经引入的类时，则会自动的给我们引入这个类。

更优的解决方案是通过 spl_autoload_register 函数，将自定义的类加载程序作为 __autoload 的实现，以替代默认 __autoload() 模式函数或方法的行为。

所有 prependToLoaderStack() 方法：

    /**
     * Prepend the load method to the auto-loader stack. 设置自动加载方法。
     */
    protected function prependToLoaderStack()
    {
        // 将 AliasLoader 的 load 方法作为 __autoload 的实现
        spl_autoload_register([$this, 'load'], true, true);
    }

就是去完成这样的作用，将 AliasLoader->load() 方法作为自动加载程序的实现，在使用「外观」服务时动态引入这个类。

➤ 2. 支持外观服务别名

我们已经了解到当「外观」服务被使用时，由 AliasLoader->load() 去自动加载这个类。

与此同时，load 方法通过 class_alias($original, $alias) 函数完成别名注册。

这样，当我们使用 App 类时实际上就是在使用 Illuminate\Support\Facades\App 类。

很完美么，我们的「狗蛋」终于与「世界上最好的语言」画上了等号。你就是我，我就是你。

到这里其实已经完成了「外观」服务工作原理分析工作的 70%。

探秘 Facade

最后我们将揭开 Facade 的神秘面纱，研究一下 Laravel 是如何实现 Facade 设计模式的。

我们拿 IlluminateSupportFacadesApp 外观服务开刀，去解开类似 App::make() 静态方法使用的奥秘。

深入 FacadesApp：

<?php

namespace Illuminate\Support\Facades;

class App extends Facade
{
    /**
     * Get the registered name of the component.
     */
    protected static function getFacadeAccessor()
    {
        return 'app';
    }
}

我们看到它的实现内部仅仅定义了一个 getFacadeAccessor 方法，该方法的功能是获取已注册组件的名称 app;除此之外，一无所有。

看来在这里我们得不到什么有用的信息了。继续调查基类 IlluminateSupportFacadesFacade。如果你有去通便浏览全部的源码。

<?php

namespace Illuminate\Support\Facades;

use Mockery;
use RuntimeException;
use Mockery\MockInterface;

/**
 * @link https://github.com/laravel/framework/blob/5.6/src/Illuminate/Support/Facades/Facade.php
 */
abstract class Facade
{
    /**
     * Handle dynamic, static calls to the object.
     */
    public static function __callStatic($method, $args)
    {
        $instance = static::getFacadeRoot();

        if (! $instance) {
            throw new RuntimeException('A facade root has not been set.');
        }

        return $instance->$method(...$args);
    }
}

你会发现这个 Facade 基类并没有定义类似 make 的方法，那么这里能够静态调用 App::make() 看来是需要从 __callStatic 着手才行。

不过在这里我们需要再次厘清一个事实：「外观」模式的功能是什么?

将使用者与子系统从直接耦合，转变成由「外观」类提供统一的接口给使用者使用，以降低客户端与子系统之间的耦合度。

这句话的意思就是我「外观」啥也不提供，就是一层对服务（或者说组件或接口）的封装，然后以统一的方式提供给你们外部调用。

好了现在我们来看看 Facade::__callStatic 是如何获取实际的服务并调用响应的方法的吧。

  • 首先，通过 getFacadeRoot 静态方法获取实际服务的实例对象；
  • 然后，调用实例对象的相关方法并返回处理结果。
<?php

namespace Illuminate\Support\Facades;

use Mockery;
use RuntimeException;
use Mockery\MockInterface;

abstract class Facade
{
    /**
     * Get the root object behind the facade. 从 facade 中解析出真实服务的对象
     */
    public static function getFacadeRoot()
    {
        return static::resolveFacadeInstance(static::getFacadeAccessor());
    }

    /**
     * Resolve the facade root instance from the container.me 从 Laravel 服务容器中解析出真实服务的对象
     */
    protected static function resolveFacadeInstance($name)
    {
        if (is_object($name)) {
            return $name;
        }

        if (isset(static::$resolvedInstance[$name])) {
            return static::$resolvedInstance[$name];
        }

        return static::$resolvedInstance[$name] = static::$app[$name];
    }
}

从 getFacadeRoot 解析对象的功能中我们可以看到：它会调用实现「外观」的 getFacadeAccessor 方法获取到组件（服务或者说接口）的名称；然后从 Laravel 服务容器 static::$app[$name]（app 是在 RegisterFacades 中注册到「外观」中） 中解析出相关服务。

到这里，我们就将「外观」服务的基本工作原理给分析透彻了。

另外有关「外观」组件的一些细枝末节，如：

还是需要你自行深入到 Facade 基类去一探究竟。

扫盲 ArrayAccess 接口

另外补充一个知识点就是关于 static::$app[$name] 这一句代码。你不经要问，这有啥好补充的呢，不就是一个简单获取数据么。

获取数据不假，简单也不假。

不过你仔细看一下，你会发现 static::$app 静态成员变量难道不是一个 \Illuminate\Contracts\Foundation\Application 实现实例么，怎么可以从对象中以数组的方式获取值呢？

这是因为我们的服务容器 Illuminate\Container\Container 实现了 ArrayAccess 接口。

该接口的功能是提供像访问数组一样访问对象的能力的接口，这样就可以像数组一样访问对象访问成员。

/**
 *@link https://github.com/laravel/framework/blob/5.6/src/Illuminate/Container/Container.php
 */
class Container implements ArrayAccess, ContainerContract
{
    /**
     * Get the value at a given offset. 获取一个偏移位置的值，实际上从容器中解析出服务。
     */
    public function offsetGet($key)
    {
        return $this->make($key);
    }
}

Laravel「外观」基本使用

外观服务的一个典型使用场景是在定义路由时使用 Route::get('/', ...)。这样一看似乎「Laravel 别名服务」也就不这么神秘了。

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