實(shí)例講解Java的Spring框架中的控制反轉(zhuǎn)和依賴注入

更新時(shí)間：2016年02月16日 08:55:40 作者：haolloyin

這篇文章主要介紹了Java的Spring框架中的控制反轉(zhuǎn)和依賴注入,Spring是Java的SSH三大web開(kāi)發(fā)框架之一,需要的朋友可以參考下

近來(lái)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(lái)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(wèn)題描述：
開(kāi)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(guò)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：

201621685108610.jpg (523×261)

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(wèn)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(lái)保存這些 Bean。

實(shí)現(xiàn)方法：
得到類圖如下：

201621685213842.jpg (469×349)

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：

201621685245412.jpg (594×332)

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(kāi)來(lái)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(wèn)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(kāi)來(lái)。

實(shí)現(xiàn)方法：
類圖如下：

201621685311805.jpg (586×345)

代碼實(shí)現(xiàn)：

// 實(shí)際應(yīng)用中可以是用 interface 來(lái)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(wèn)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(guò) 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(wú)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(ài)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(guò)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：

201621685420071.jpg (572×349)

而原來(lái)的類圖如下，可以對(duì)照著看一下，注意注釋的提示：

201621685445066.jpg (578×349)

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(lái)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(yǔ)句，以及兩個(gè)無(wú)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(wú)關(guān)緊要的類
class Month { }
class Table {
 publicvoid setDate(Date date) { }
 publicvoid setMonth(Month month) { }
} 
// ------------ 以下均無(wú)甚重要改變 ----------------- //
interface ReportGenerator {
 publicvoid generate(Table table);
} 
class ExcelGenerator implements ReportGenerator { 
 public ExcelGenerator() {
  System.out.println("2...開(kāi)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(kāi)始初始化 PDFGenerator ...");
 } 
 publicvoid generate(Table table) {
  System.out.println("generate an PDF report ...");
 }
}
//------------ 以上均無(wú)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(kāi)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(lái)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(kāi)始注入 ReportGenerator ...");
  this.generator = generator;
 }
 
 private Table table = new Table(); 
 public ReportService() {
  System.out.println("3...開(kāi)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(kāi)始初始化 Container ...
2...開(kāi)始初始化 PDFGenerator ...
3...開(kāi)始初始化 ReportService ...
4...開(kāi)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(jiàn)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(cè)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(lái)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。控制權(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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