實(shí)例講解Java的Spring框架中的控制反轉(zhuǎn)和依賴注入
近來總是接觸到 IoC（Inversion of Control，控制反轉(zhuǎn)）、DI（Dependency Injection，依賴注入）等編程原則或者模式，而這些是著名 Java 框架 Spring、Struts 等的核心所在。針對(duì)此查了 Wikipedia 中各個(gè)條目，并從圖書館借來相關(guān)書籍，閱讀后有些理解，現(xiàn)結(jié)合書中的講解以及自己的加工整理如下：
eg1
問題描述：
開發(fā)一個(gè)能夠按照不同要求生成Excel或 PDF 格式的報(bào)表的系統(tǒng)，例如日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表等等。
解決方案：
根據(jù)“面向接口編程”的原則，應(yīng)該分離接口與實(shí)現(xiàn)，即將生成報(bào)表的功能提取為一個(gè)通用接口ReportGenerator，并提供生成 Excel 和 PDF格式報(bào)表的兩個(gè)實(shí)現(xiàn)類 ExcelGenerator 和 PDFGenerator，而客戶Client 再通過服務(wù)提供者 ReportService 獲取相應(yīng)的報(bào)表打印功能。
實(shí)現(xiàn)方法：
根據(jù)上面所述，得到如下類圖：
代碼實(shí)現(xiàn)：
interface ReportGenerator {
public void generate(Table table);
}
class ExcelGenerator implements ReportGenerator {
public void generate(Table table) {
System.out.println("generate an Excel report ...");
}
}
class PDFGenerator implements ReportGenerator {
public void generate(Table table) {
System.out.println("generate an PDF report ...");
}
}
class ReportService {
// 負(fù)責(zé)創(chuàng)建具體需要的報(bào)表生成器
private ReportGenerator generator = new PDFGenerator();
// private static ReportGenerator generator = new ExcelGenerator();
public void getDailyReport(Date date) {
table.setDate(date);
// ...
generator.generate(table);
}
public void getMonthlyReport(Month month) {
table.setMonth(month);
// ...
generator.generate(table);
}
}
public class Client {
public static void main(String[] args) {
ReportService reportService = new ReportService();
reportService.getDailyReport(new Date());
//reportService.getMonthlyReport(new Date());
}
}
eg2
問題描述：
如上面代碼中的注釋所示，具體的報(bào)表生成器由 ReportService 類內(nèi)部硬編碼創(chuàng)建，由此 ReportService 已經(jīng)直接依賴于 PDFGenerator 或 ExcelGenerator ，必須消除這一明顯的緊耦合關(guān)系。
解決方案：引入容器
引入一個(gè)中間管理者，也就是容器（Container），由其統(tǒng)一管理報(bào)表系統(tǒng)所涉及的對(duì)象（在這里是組件，我們將其稱為 Bean），包括 ReportService 和各個(gè) XXGenerator 。在這里使用一個(gè)鍵-值對(duì)形式的 HashMap 實(shí)例來保存這些 Bean。
實(shí)現(xiàn)方法：
得到類圖如下：
代碼實(shí)現(xiàn)：
class Container {
// 以鍵-值對(duì)形式保存各種所需組件 Bean
private static Map<String, Object> beans;
public Container() {
beans = new HashMap<String, Object>();
// 創(chuàng)建、保存具體的報(bào)表生起器
ReportGenerator reportGenerator = new PDFGenerator();
beans.put("reportGenerator", reportGenerator);
// 獲取、管理 ReportService 的引用
ReportService reportService = new ReportService();
beans.put("reportService", reportService);
}
public static Object getBean(String id) {
return beans.get(id);
}
}
class ReportService {
// 消除緊耦合關(guān)系，由容器取而代之
// private static ReportGenerator generator = new PDFGenerator();
private ReportGenerator generator = (ReportGenerator) Container.getBean("reportGenerator");
public void getDailyReport(Date date) {
table.setDate(date);
generator.generate(table);
}
public void getMonthlyReport(Month month) {
table.setMonth(month);
generator.generate(table);
}
}
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Container container = new Container();
ReportService reportService = (ReportService)Container.getBean("reportService");
reportService.getDailyReport(new Date());
//reportService.getMonthlyReport(new Date());
}
}
時(shí)序圖大致如下：
效果：
如上面所示，ReportService 不再與具體的 ReportGenerator 直接關(guān)聯(lián)，已經(jīng)用容器將接口和實(shí)現(xiàn)隔離開來了，提高了系統(tǒng)組件 Bean 的重用性，此時(shí)還可以使用配置文件在 Container 中實(shí)時(shí)獲取具體組件的定義。
eg3
問題描述：
然而，觀察上面的類圖，很容易發(fā)現(xiàn) ReportService 與 Container 之間存在雙向關(guān)聯(lián)，彼此互相有依賴關(guān)系。并且，如果想要重用 ReportService，由于它也是直接依賴于單獨(dú)一個(gè) Container 的具體查找邏輯。若其他容器具體不同的組件查找機(jī)制（如 JNDI），此時(shí)重用 ReportService 意味著需要修改 Container 的內(nèi)部查找邏輯。
解決方案：引入 Service Locator
再次引入一個(gè)間接層 Service Locator，用于提供組件查找邏輯的接口，請(qǐng)看Wikipedia 中的描述 或者 Java EE 對(duì)其的描述1 、描述2 。這樣就能夠?qū)⒖赡茏兓狞c(diǎn)隔離開來。
實(shí)現(xiàn)方法：
類圖如下：
代碼實(shí)現(xiàn)：
// 實(shí)際應(yīng)用中可以是用 interface 來提供統(tǒng)一接口
class ServiceLocator {
private static Container container = new Container();
public static ReportGenerator getReportGenerator() {
return (ReportGenerator)container.getBean("reportGeneraator");
}
}
class ReportService {
private ReportGenerator reportGenerator = ServiceLocator.getReportGenerator();
// ...
}
eg4
問題描述：
然而，不管是引入 Container 還是使用 Service Locator ，ReportService 對(duì)于具體組件的查找、創(chuàng)建的方式都是‘主動(dòng)'的，這意味著作為客戶的 ReportService 必須清楚自己需要的是什么、到哪里獲取、如何獲取。一下子就因?yàn)?What、Where、How 而不得不增加了具體邏輯細(xì)節(jié)。
例如，在前面‘引入Container '的實(shí)現(xiàn)方法中，有如下代碼：
class ReportService {
// 消除緊耦合關(guān)系，由容器取而代之
// private static ReportGenerator generator = new PDFGenerator();
// 通過 Container..getBean("reportGenerator") ‘主動(dòng)'查找
private ReportGenerator generator = (ReportGenerator) Container
.getBean("reportGenerator");
在‘引入 Service Locator '的實(shí)現(xiàn)方法中，有如下代碼：
class ServiceLocator {
privatestatic Container container = new Container();
publicstatic ReportGenerator getReportGenerator() {
// 還是container.getBean(), 用了委托而已
return (ReportGenerator) container.getBean("reportGeneraator");
}
}
class ReportService {
// ReportService 最終還是‘主動(dòng)'查找，委托給ServiceLocator 而已
private ReportGenerator reportGenerator = ServiceLocator.getReportGenerator();
}
解決方案：
在這種情況下，變‘主動(dòng)'為‘被動(dòng)'無疑能夠減少 ReportService 的內(nèi)部知識(shí)（即查找組件的邏輯）。根據(jù)控制反轉(zhuǎn)（IoC）原則，可江此種拉（Pull，主動(dòng)的）轉(zhuǎn)化成推（Push，被動(dòng)的）的模式。
例如，平時(shí)使用的 RSS 訂閱就是Push的應(yīng)用，省去了我們一天好幾次登錄自己喜愛的站點(diǎn)主動(dòng)獲取文章更新的麻煩。
而依賴注入（DI）則是實(shí)現(xiàn)這種被動(dòng)接收、減少客戶（在這里即ReportService）自身包含復(fù)雜邏輯、知曉過多的弊病。
實(shí)現(xiàn)方法：
因?yàn)槲覀兿Ｍ恰粍?dòng)'的接收，故還是回到 Container 的例子，而不使用 Service Locator 模式。由此得到修改后的類圖如下：
而原來的類圖如下，可以對(duì)照著看一下，注意注釋的提示：
代碼實(shí)現(xiàn)：
為了使例子能夠編譯、運(yùn)行，并且稍微利用跟蹤代碼的運(yùn)行結(jié)果來顯式整個(gè)類圖實(shí)例化、互相協(xié)作的先后順序，在各個(gè)類的構(gòu)造器中加入了不少已編號(hào)的打印語句，以及兩個(gè)無關(guān)緊要的類，有點(diǎn)啰唆，具體如下：
import java.util.Date;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
// 為了能夠編譯運(yùn)行，多了兩個(gè)無關(guān)緊要的類
class Month { }
class Table {
publicvoid setDate(Date date) { }
publicvoid setMonth(Month month) { }
}
// ------------ 以下均無甚重要改變 ----------------- //
interface ReportGenerator {
publicvoid generate(Table table);
}
class ExcelGenerator implements ReportGenerator {
public ExcelGenerator() {
System.out.println("2...開始初始化 ExcelGenerator ...");
}
publicvoid generate(Table table) {
System.out.println("generate an Excel report ...");
}
}
class PDFGenerator implements ReportGenerator {
public PDFGenerator() {
System.out.println("2...開始初始化 PDFGenerator ...");
}
publicvoid generate(Table table) {
System.out.println("generate an PDF report ...");
}
}
//------------ 以上均無甚重要改變 ----------------- //
class Container {
// 以鍵-值對(duì)形式保存各種所需組件 Bean
privatestatic Map<String, Object> beans;
public Container() {
System.out.println("1...開始初始化 Container ...");
beans = new HashMap<String, Object>();
// 創(chuàng)建、保存具體的報(bào)表生起器
ReportGenerator reportGenerator = new PDFGenerator();
beans.put("reportGenerator", reportGenerator);
// 獲取、管理 ReportService 的引用
ReportService reportService = new ReportService();
// 注入上面已創(chuàng)建的具體 ReportGenerator 實(shí)例
reportService.setReportGenerator(reportGenerator);
beans.put("reportService", reportService);
System.out.println("5...結(jié)束初始化 Container ...");
}
publicstatic Object getBean(String id) {
System.out.println("最后獲取服務(wù)組件...getBean() --> " + id + " ...");
returnbeans.get(id);
}
}
class ReportService {
// private static ReportGenerator generator = new PDFGenerator();
// 消除上面的緊耦合關(guān)系，由容器取而代之
// private ReportGenerator generator = (ReportGenerator) Container
// .getBean("reportGenerator");
// 去除上面的“主動(dòng)”查找，提供私有字段來保存外部注入的對(duì)象
private ReportGenerator generator;
// 以 setter 方式從外部注入
publicvoid setReportGenerator(ReportGenerator generator) {
System.out.println("4...開始注入 ReportGenerator ...");
this.generator = generator;
}
private Table table = new Table();
public ReportService() {
System.out.println("3...開始初始化 ReportService ...");
}
publicvoid getDailyReport(Date date) {
table.setDate(date);
generator.generate(table);
}
publicvoid getMonthlyReport(Month month) {
table.setMonth(month);
generator.generate(table);
}
}
publicclass Client {
publicstaticvoid main(String[] args) {
// 初始化容器
new Container();
ReportService reportService = (ReportService) Container
.getBean("reportService");
reportService.getDailyReport(new Date());
// reportService.getMonthlyReport(new Date());
}
}
運(yùn)行結(jié)果：
1...開始初始化 Container ... 2...開始初始化 PDFGenerator ... 3...開始初始化 ReportService ... 4...開始注入 ReportGenerator ... 5...結(jié)束初始化 Container ... 最后獲取服務(wù)組件...getBean() --> reportService ... generate an PDF report ...
注意：
1、根據(jù)上面運(yùn)行結(jié)果的打印順序，可見代碼中加入的具體編號(hào)是合理的，模擬了程序執(zhí)行的流程，于是也就不再畫序列圖了。
2、注意該例子中對(duì)IoC、DI的使用，是以ReportService為客戶端（即組件需求者）為基點(diǎn)的，而代碼中的Client 類main()中的測試代碼才是服務(wù)組件的最終用戶，但它需要的不是組件，而是組件所具有的服務(wù)。
3、實(shí)際在Spring框剪中，初始化Container顯然不是最終用戶Client應(yīng)該做的事情，它應(yīng)該由服務(wù)提供方事先啟動(dòng)就緒。
4、在最終用戶Client中，我們還是用到Container.getBean("reportService")來獲取事先已在Container的構(gòu)造函數(shù)中實(shí)例化好的服務(wù)組件。而在具體應(yīng)用中，通常是用XML等配置文件將可用的服務(wù)組件部署到服務(wù)器中，再由Container讀取該配置文件結(jié)合反射技術(shù)得以創(chuàng)建、注入具體的服務(wù)組件。
分析：
之前是由ReportService主動(dòng)從Container中請(qǐng)求獲取服務(wù)組件，而現(xiàn)在是被動(dòng)地等待Container注入（Inject，也就是Push）服務(wù)組件?？刂茩?quán)明顯地由底層模塊（ReportService 是組件需求者）轉(zhuǎn)移給高層模塊（Container 是組件提供者），也就是控制反轉(zhuǎn)了。
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