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面试官:你是如何理解Java中依赖倒置和依赖注入以及控制反转的?

什么是依赖(Dependency)?

依赖是类与类之间的连接,依赖关系表示一个类依赖于另一个类的定义,通俗来讲

就是一种需要,例如一个人(Person)可以买车(Car)和房子(House),Person类依赖于Car类和House类

public static void main(String ... args){
        //TODO:

    Person person = new Person();
    person.buy(new House());
    person.buy(new Car());

}

static class Person{

    //表示依赖House
    public void buy(House house){}
    //表示依赖Car
    public void buy(Car car){}
}

static class House{

}

static class Car{

}
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依赖倒置 (Dependency inversion principle)

依赖倒置是面向对象设计领域的一种软件设计原则

软件设计有 6 大设计原则,合称 SOLID

1、单一职责原则(Single Responsibility Principle,简称SRP )

  • 核心思想: 应该有且仅有一个原因引起类的变更
  • 问题描述: 假如有类Class1完成职责T1,T2,当职责T1或T2有变更需要修改时,有可能影响到该类的另外一个职责正常工作。
  • 好处: 类的复杂度降低、可读性提高、可维护性提高、扩展性提高、降低了变更引起的风险。
  • 需注意: 单一职责原则提出了一个编写程序的标准,用“职责”或“变化原因”来衡量接口或类设计得是否优良,但是“职责”和“变化原因”都是不可以度量的,因项目和环境而异。

2、里氏替换原则(Liskov Substitution Principle,简称LSP)

  • 核心思想: 在使用基类的的地方可以任意使用其子类,能保证子类完美替换基类。
  • 通俗来讲: 只要父类能出现的地方子类就能出现。反之,父类则未必能胜任。
  • 好处: 增强程序的健壮性,即使增加了子类,原有的子类还可以继续运行。
  • 需注意: 如果子类不能完整地实现父类的方法,或者父类的某些方法在子类中已经发生“畸变”,则建议断开父子继承关系 采用依赖、聚合、组合等关系代替继承。

3、依赖倒置原则(Dependence Inversion Principle,简称DIP)

  • 核心思想:高层模块不应该依赖底层模块,二者都该依赖其抽象;抽象不应该依赖细节;细节应该依赖抽象;
  • 说明:高层模块就是调用端,低层模块就是具体实现类。抽象就是指接口或抽象类。细节就是实现类。
  • 通俗来讲: 依赖倒置原则的本质就是通过抽象(接口或抽象类)使个各类或模块的实现彼此独立,互不影响,实现模块间的松耦合。
  • 问题描述: 类A直接依赖类B,假如要将类A改为依赖类C,则必须通过修改类A的代码来达成。这种场景下,类A一般是高层模块,负责复杂的业务逻辑;类B和类C是低层模块,负责基本的原子操作;假如修改类A,会给程序带来不必要的风险。
  • 解决方案: 将类A修改为依赖接口interface,类B和类C各自实现接口interface,类A通过接口interface间接与类B或者类C发生联系,则会大大降低修改类A的几率。
  • 好处:依赖倒置的好处在小型项目中很难体现出来。但在大中型项目中可以减少需求变化引起的工作量。使并行开发更友好。

4、接口隔离原则(Interface Segregation Principle,简称ISP)

  • 核心思想:类间的依赖关系应该建立在最小的接口上
  • 通俗来讲: 建立单一接口,不要建立庞大臃肿的接口,尽量细化接口,接口中的方法尽量少。也就是说,我们要为各个类建立专用的接口,而不要试图去建立一个很庞大的接口供所有依赖它的类去调用。
  • 问题描述: 类A通过接口interface依赖类B,类C通过接口interface依赖类D,如果接口interface对于类A和类B来说不是最小接口,则类B和类D必须去实现他们不需要的方法。
  • 需注意:
  • 接口尽量小,但是要有限度。对接口进行细化可以提高程序设计灵活性,但是如果过小,则会造成接口数量过多,使设计复杂化。所以一定要适度
  • 提高内聚,减少对外交互。使接口用最少的方法去完成最多的事情
  • 为依赖接口的类定制服务。只暴露给调用的类它需要的方法,它不需要的方法则隐藏起来。只有专注地为一个模块提供定制服务,才能建立最小的依赖关系。

5、迪米特法则(Law of Demeter,简称LoD)

  • 核心思想: 类间解耦。
  • 通俗来讲: 一个类对自己依赖的类知道的越少越好。自从我们接触编程开始,就知道了软件编程的总的原则:低耦合,高内聚。无论是面向过程编程还是面向对象编程,只有使各个模块之间的耦合尽量的低,才能提高代码的复用率。低耦合的优点不言而喻,但是怎么样编程才能做到低耦合呢?那正是迪米特法则要去完成的。

6、开放封闭原则(Open Close Principle,简称OCP)

  • 核心思想: 尽量通过扩展软件实体来解决需求变化,而不是通过修改已有的代码来完成变化
  • 通俗来讲: 一个软件产品在生命周期内,都会发生变化,既然变化是一个既定的事实,我们就应该在设计的时候尽量适应这些变化,以提高项目的稳定性和灵活性。

依赖倒置原则的定义如下:

  • 上层模块不应该依赖底层模块,它们都应该依赖于抽象。
  • 抽象不应该依赖于细节,细节应该依赖于抽象。

什么是上层模块和底层模块?

不管你承认不承认,“有人的地方就有江湖”,我们都说人人平等,但是对于任何一个组织机构而言,它一定有架构的设计有职能的划分。按照职能的重要性,自然而然就有了上下之分。并且,随着模块的粒度划分不同这种上层与底层模块会进行变动,也许某一模块相对于另外一模块它是底层,但是相对于其他模块它又可能是上层

组织架构


公司管理层就是上层,CEO 是整个事业群的上层,那么 CEO 职能之下就是底层。

然后,我们再以事业群为整个体系划分模块,各个部门经理以上部分是上层,那么之下的组织都可以称为底层。

由此,我们可以看到,在一个特定体系中,上层模块与底层模块可以按照决策能力高低为准绳进行划分。

那么,映射到我们软件实际开发中,一般我们也会将软件进行模块划分,比如业务层、逻辑层和数据层。

业务模块


业务层中是软件真正要进行的操作,也就是做什么

逻辑层是软件现阶段为了业务层的需求提供的实现细节,也就是怎么做

数据层指业务层和逻辑层所需要的数据模型。

因此,如前面所总结,按照决策能力的高低进行模块划分。业务层自然就处于上层模块,逻辑层和数据层自然就归类为底层。

什么是抽象和细节?

象如其名字一样,是一件很抽象的事物。抽象往往是相对于具体而言的,具体也可以被称为细节,当然也被称为具象。

比如:

  1. 这是一幅画。画是抽象,而油画、素描、国画而言就是具体。
  2. 这是一件艺术品,艺术品是抽象,而画、照片、瓷器等等就是具体了。
  3. 交通工具是抽象,而公交车、单车、火车等就是具体了。
  4. 表演是抽象,而唱歌、跳舞、小品等就是具体。

上面可以知道,抽象可以是物也可以是行为。

具体映射到软件开发中,抽象可以是接口或者抽象类形式。

 /**
 * Driveable 是接口,所以它是抽象
 */
public interface Driveable {
    void drive();
}
/**
 * 而 Bike 实现了接口,它们被称为具体。
 */
public class Bike implements Driveable {
    @Override
    public void drive() {
        System.out.println("Bike drive");
    }
}
/**
 * 而 Car实现了接口,它们被称为具体。
 */
public class Car implements Driveable {
    @Override
    public void drive() {
        System.out.println("Car drive.");
    }
}
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依赖倒置的好处

在平常的开发中,我们大概都会这样编码。

public class Person {

    private Bike mBike;
    private Car mCar;
    private Train mTrain;

    public Person(){
        mBike = new Bike();
        //mCar = new Car();
//        mTrain = new Train();
    }

    public void goOut(){
        System.out.println("出门啦");
        mBike.drive();
        //mCar.drive();
//        mTrain.drive();
    }

    public static void main(String ... args){
            //TODO:
        Person person = new Person();
        person.goOut();
    }
}
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我们创建了一个 Person 类,它拥有一台自行车,出门的时候就骑自行车。

不过,自行车适应很短的距离。如果,我要出门逛街呢?自行车就不大合适了。于是就要改成汽车。

不过,如果我要到北京去,那么汽车也不合适了。

有没有一种方法能让 Person 的变动少一点呢?因为这是最基础的演示代码,如果工程大了,代码复杂了,Person 面对需求变动时改动的地方会更多。

而依赖倒置原则正好适用于解决这类情况。

下面,我们尝试运用依赖倒置原则对代码进行改造。

我们再次回顾下它的定义。

上层模块不应该依赖底层模块,它们都应该依赖于抽象。

抽象不应该依赖于细节,细节应该依赖于抽象。

首先是上层模块和底层模块的拆分。

按照决策能力高低或者重要性划分,Person 属于上层模块,Bike、Car 和 Train 属于底层模块。

上层模块不应该依赖于底层模块。

person架构


public class Person {

//    private Bike mBike;
    private Car mCar;
    private Train mTrain;
    private Driveable mDriveable;

    public Person(){
//        mBike = new Bike();
        //mCar = new Car();
       mDriveable = new Train();
    }

    public void goOut(){
        System.out.println("出门啦");
        mDriveable.drive();
        //mCar.drive();
//        mTrain.drive();
    }

    public static void main(String ... args){
            //TODO:
        Person person = new Person();
        person.goOut();
    }
}
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可以看到,依赖倒置实质上是面向接口编程的体现

控制反转 (IoC)

控制反转 IoC 是 Inversion of Control的缩写,意思就是对于控制权的反转,对么控制权是什么控制权呢?

Person自己掌控着内部 mDriveable 的实例化。

现在,我们可以更改一种方式。将 mDriveable 的实例化移到 Person 外面。

public class Person2 {

    private Driveable mDriveable;

    public Person2(Driveable driveable){
        this.mDriveable = driveable;
    }

    public void goOut(){
        System.out.println("出门啦");
        mDriveable.drive();
        //mCar.drive();
//        mTrain.drive();
    }

    public static void main(String ... args){
            //TODO:
        Person2 person = new Person2(new Car());
        person.goOut();
    }
}
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就这样无论出行方式怎么变化,Person 这个类都不需要更改代码了。

在上面代码中,Person 把内部依赖的创建权力移交给了 Person2这个类中的 main() 方法。也就是说 Person 只关心依赖提供的功能,但并不关心依赖的创建。

这种思想其实就是 IoC,IoC 是一种新的设计模式,它对上层模块与底层模块进行了更进一步的解耦。控制反转的意思是反转了上层模块对于底层模块的依赖控制。

比如上面代码,Person 不再亲自创建 Driveable 对象,它将依赖的实例化的权力交接给了 Person2。而 Person2在 IoC 中又指代了 IoC 容器 这个概念。

依赖注入(Dependency injection)

依赖注入,也经常被简称为 DI,其实在上一节中,我们已经见到了它的身影。它是一种实现 IoC 的手段。什么意思呢?

为了不因为依赖实现的变动而去修改 Person,也就是说以可能在 Driveable 实现类的改变下不改动 Person 这个类的代码,尽可能减少两者之间的耦合。我们需要采用上一节介绍的 IoC 模式来进行改写代码。

这个需要我们移交出对于依赖实例化的控制权,那么依赖怎么办?Person 无法实例化依赖了,它就需要在外部(IoC 容器)赋值给它,这个赋值的动作有个专门的术语叫做注入(injection),需要注意的是在 IoC 概念中,这个注入依赖的地方被称为 IoC 容器,但在依赖注入概念中,一般被称为注射器 (injector)。

表达通俗一点就是:我不想自己实例化依赖,你(injector)创建它们,然后在合适的时候注入给我

实现依赖注入有 3 种方式:

  1. 构造函数中注入
  2. setter 方式注入
  3. 接口注入
/**
 * 接口方式注入
 * 接口的存在,表明了一种依赖配置的能力。
 */
public interface DepedencySetter {
    void set(Driveable driveable);
}
public class Person2  implements DepedencySetter {

    //接口方式注入
    @Override
    public void set(Driveable driveable) {
        this.mDriveable = mDriveable;
    }

    private Driveable mDriveable;

    //构造函数注入
    public Person2(Driveable driveable){
        this.mDriveable = driveable;
    }

    //setter 方式注入
    public void setDriveable(Driveable mDriveable) {
        this.mDriveable = mDriveable;
    }

    public void goOut(){
        System.out.println("出门啦");
        mDriveable.drive();
        //mCar.drive();
//        mTrain.drive();
    }

    public static void main(String ... args){
            //TODO:
        Person2 person = new Person2(new Car());
        person.goOut();
    }
}
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最后

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