對(duì)于許多開發(fā)人員來(lái)說，控制反演（IoC）都是一個(gè)模糊的概念，因?yàn)樗麄冊(cè)诂F(xiàn)實(shí)世界中很少或沒有被應(yīng)用過。在最好的情況下，控制反演（IoC）可以加單的認(rèn)為是等效于依賴注入（DI）。實(shí)際上，只有在翻轉(zhuǎn)控制與依賴注入雙方都只是反映翻轉(zhuǎn)依賴管理控制的時(shí)候，才認(rèn)為兩者是等效的。雖然，依賴注入實(shí)際上是IoC的一種眾所周知的形式。但是，事實(shí)上IoC卻是一個(gè)相對(duì)更為廣泛的軟件設(shè)計(jì)范例，可以通過多種模式來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。在本文中，我們將介紹依賴注入，觀察者模式和模板方法模式如何實(shí)現(xiàn)控制反轉(zhuǎn)的。
正如許多其他設(shè)計(jì)模式，是從各種各樣的使用場(chǎng)景中總結(jié)出來(lái)的，IoC的實(shí)現(xiàn)方式，也是類似的一種適合開發(fā)者使用的折中方式：
一方面，高度解耦組件的設(shè)計(jì)，以及將應(yīng)用邏輯封裝在一個(gè)單一的地方，是實(shí)現(xiàn)IoC的直接而又自然的一種方式。
另一方面，上述實(shí)現(xiàn)需要至少需要構(gòu)建一個(gè)間接層，然而在某些用例中，這可能又是一種過度設(shè)計(jì)了。
接下來(lái)，不妨看幾個(gè)具體的實(shí)現(xiàn)，這將有助于您了解，如何在這些屬性之間進(jìn)行權(quán)衡折中。
IOC范式揭秘
控制反轉(zhuǎn)是一種帶有某些特征的模式。下面，給出了由Martin Fowler給出的一個(gè)IOC經(jīng)典范例，該范例實(shí)現(xiàn)的功能是從控制臺(tái)中收集用戶數(shù)據(jù)。
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public static void main(String[] args) { while (true) { BufferedReader userInputReader = new BufferedReader( new InputStreamReader(System.in)); System.out.println("Please enter some text: "); try { System.out.println(userInputReader.readLine()); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } }} |
這個(gè)用例中，在main方法中進(jìn)行流程控制：在無(wú)限循環(huán)調(diào)用中，讀取用戶輸入，并將讀取的內(nèi)容輸出到控制臺(tái)上。完全又main方法控制何時(shí)去讀取用戶輸入，何時(shí)去輸出。
考慮下，上述程序的一個(gè)新版本，該版本中需要通過圖形界面中的文本框來(lái)收件用戶輸入，另外還有個(gè)按鈕，該按鈕上綁定有一個(gè)action監(jiān)聽器。這樣的話，用戶每次點(diǎn)擊按鈕，輸入的文本由監(jiān)聽器收集并打印到面板。
在這個(gè)版本的程序中，它實(shí)際上是由事件監(jiān)聽器模型（在這種情況下，這是框架）的控制下，調(diào)用開發(fā)者編寫的用于讀取和打印用戶輸入的代碼。簡(jiǎn)單地說，框架將調(diào)用開發(fā)人員的代碼，而不是其他方式。該框架實(shí)際上是一個(gè)可擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)，它為開發(fā)人員提供了一組注入自定義代碼段的切入點(diǎn)。
這種情況下，控制已經(jīng)被有效的反轉(zhuǎn)了。
從更通用的角度來(lái)看，由框架定義的每個(gè)可調(diào)用擴(kuò)展點(diǎn)（以接口實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)繼承（也稱為子類）的形式）是IoC的一種明確定義的形式。
看下，下述這個(gè)簡(jiǎn)單的Servlet例子：
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public class MyServlet extends HttpServlet { protected void doPost( HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException { // developer implementation here } protected void doGet( HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException { // developer implementation here } } |
此處，HttpServlet類（屬于框架）是完全控制程序的元素，而不是MyServlet這個(gè)子類。在由servlet容器創(chuàng)建之后，當(dāng)收到servlet的GET和POST的HTTP請(qǐng)求，doGet（）和doPost（）方法中的代碼會(huì)分別自動(dòng)調(diào)用。
與典型的繼承方式相比，即子類是控制的元素，而不是基類，該例中，控件已經(jīng)被反轉(zhuǎn)了。
事實(shí)上，servlet的方法是模板方法模式的實(shí)現(xiàn)，稍后我們?cè)偕钊胗懻摗?/p>
使用那些通過提供可擴(kuò)展API，秉承開閉原則的框架時(shí)，使用框架的開發(fā)人員的角色，最終被歸結(jié)為定義自己的一組自定義類，即開發(fā)人員要么通過實(shí)現(xiàn)框架提供的一個(gè)或多個(gè)接口方式，要么通過繼承現(xiàn)有基類的方式。反過來(lái)，類的實(shí)例卻是直接框架進(jìn)行實(shí)例化，并且這些事例是被框架調(diào)用的。
此處引用Fowler的話：該框架調(diào)用開發(fā)人員，而不是開發(fā)人員調(diào)用該框架。因此，IoC通常被稱為好萊塢原則：不要打電話給我們，我們會(huì)打電話給你。
IOC的實(shí)現(xiàn)方式
該問題上，顯而易見的是，實(shí)現(xiàn)控制反轉(zhuǎn)是有幾種不同方法的。我們不妨來(lái)總結(jié)一下，那些常見的實(shí)現(xiàn)方式。
注入依賴實(shí)現(xiàn)IOC
如前所述，注入依賴是IOC的一種實(shí)現(xiàn)方式，而且是最常見的一種面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)方式。但是，思考一下：注入依賴究竟是如何達(dá)到控制反轉(zhuǎn)效果的呢？
為了回答這個(gè)問題，我們給出如下一個(gè)原始的例子：
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public interface UserQueue { void add(User user); void remove(User user); User get(); } public abstract class AbstractUserQueue implements UserQueue { protected LinkedList<User> queue = new LinkedList<>(); @Override public void add(User user) { queue.addFirst(user); } @Override public void remove(User user) { queue.remove(user); } @Override public abstract User get(); } public class UserFifoQueue extends AbstractUserQueue { public User get() { return queue.getLast(); } } public class UserLifoQueue extends AbstractUserQueue { public User get() { return queue.getFirst(); } } |
UserQueue 接口定義了公共的API，用于在一個(gè)隊(duì)列中去存放User對(duì)象（為了簡(jiǎn)單明了，此處忽略User的具體實(shí)現(xiàn)）。AbstractUserQueue則是為后續(xù)的繼承類，提供了一些公用的方法實(shí)現(xiàn)。最后的UserFifoQueue 和 UserLifoQueue，則是分別實(shí)現(xiàn)了FIFO 和 LIFO 隊(duì)列。
這是，實(shí)現(xiàn)子類多態(tài)性的一種有效方式。但是這具體用什么來(lái)買我們好處呢？實(shí)際上，好處還是蠻多的。
通過創(chuàng)建一個(gè)依賴于UserQueue抽象類型（也稱為DI術(shù)語(yǔ)中的服務(wù)）的客戶端類，可以在運(yùn)行時(shí)注入不同的實(shí)現(xiàn)，無(wú)需會(huì)重構(gòu)使用客戶端類的代碼：
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public class UserProcessor { private UserQueue userQueue; public UserProcessor(UserQueue userQueue) { this.userQueue = userQueue; } public void process() { // process queued users here } } |
UserProcessor展示了，注入依賴確實(shí)是IOC的一種方式。
我們可以通過一些硬編碼方式 如 new 操作，直接在構(gòu)造函數(shù)中實(shí)例化在UserProcessor中獲取對(duì)隊(duì)列的依賴關(guān)系。但是，這是典型的代碼硬編程，它引入了客戶端類與其依賴關(guān)系之間的強(qiáng)耦合，并大大降低了可測(cè)性。耳邊警鐘聲聲想起啦！不是嗎？是的，這樣設(shè)計(jì)真的很挫。
該類在構(gòu)造函數(shù)中聲明對(duì)抽象類 UserQueue 的依賴。也就是說，依賴關(guān)系不再通過 在構(gòu)造函數(shù)中使用 new 操作， 相反，通過外部注入的方式，要么使用依賴注入框架（如CDI和谷歌的Guice），要么使用factory或builders模式。
簡(jiǎn)而言之，使用DI，客戶端類的依賴關(guān)系的控制，不再位于這些類中；而是在注入器中進(jìn)行：
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public static void main(String[] args) { UserFifoQueue fifoQueue = new UserFifoQueue(); fifoQueue.add(new User("user1")); fifoQueue.add(new User("user2")); fifoQueue.add(new User("user3")); UserProcessor userProcessor = new UserProcessor(fifoQueue); userProcessor.process();} |
上述方式達(dá)到了預(yù)期效果，而且對(duì)UserLifoQueue的注入也簡(jiǎn)單明了。顯而易見，DI確實(shí)是實(shí)現(xiàn)IOC的一種方式（該例中，DI是實(shí)現(xiàn)IOC的一個(gè)中間層）。
觀察者模式實(shí)現(xiàn)IOC
直接通過觀察者模式實(shí)現(xiàn)IOC，也是一種常見的直觀方式。廣義上講，通過觀察者實(shí)現(xiàn)IOC，與前文提到的通過GUI界面中的action監(jiān)聽器方式類似。但是在使用action監(jiān)聽器情況下，只有在特定的用戶事件發(fā)生時(shí)（點(diǎn)擊鼠標(biāo)，鍵盤或窗口事件等），才會(huì)發(fā)生調(diào)用。觀察者模式通常用于在模型視圖的上下文中，跟蹤模型對(duì)象的狀態(tài)的變遷。
在一個(gè)典型的實(shí)現(xiàn)中，一到多個(gè)觀察者綁定到可觀察對(duì)象（也稱為模式術(shù)語(yǔ)中的主題），例如通過調(diào)用addObserver方法進(jìn)行綁定。一旦定義了被觀察者和觀察者之間的綁定，則被觀察者狀態(tài)的變遷都會(huì)觸發(fā)調(diào)用觀察者的操作。
為了深入了解這個(gè)概念，給出如下例子：
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@FunctionalInterfacepublic interface SubjectObserver { void update(); } |
值發(fā)生改變時(shí)，會(huì)觸發(fā)調(diào)用上述這個(gè)很簡(jiǎn)單的觀察者。真實(shí)情況下，通常會(huì)提供功能更豐富的API，如需要保存變化的實(shí)例，或者新舊值，但是這些都不需要觀察action（行為）模式，所以這里舉例盡量簡(jiǎn)單。
下面，給出一個(gè)被觀察者類:
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public class User { private String name; private List<SubjectObserver> observers = new ArrayList<>(); public User(String name) { this.name = name; } public void setName(String name) { this.name = name; notifyObservers(); } public String getName() { return name; } public void addObserver(SubjectObserver observer) { observers.add(observer); } public void deleteObserver(SubjectObserver observer) { observers.remove(observer); } private void notifyObservers(){ observers.stream().forEach(observer -> observer.update()); }} |
User類中，當(dāng)通過setter方法變更其狀態(tài)事，都會(huì)觸發(fā)調(diào)用綁定到它的觀察者。
使用主題觀察者和主題，以下是實(shí)例給出了觀察方式：
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public static void main(String[] args) { User user = new User("John"); user.addObserver(() -> System.out.println( "Observable subject " + user + " has changed its state.")); user.setName("Jack");} |
每當(dāng)User對(duì)象的狀態(tài)通過setter方法進(jìn)行修改時(shí)，觀察者將被通知并向控制臺(tái)打印出一條消息。到目前為止，給出了觀察者模式的一個(gè)簡(jiǎn)單用例。不過，通過這個(gè)看似簡(jiǎn)單的用例，我們了解到在這種情況下控制是如何實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)的。
觀察者模式下，主題就是起到”框架層“的作用，它完全主導(dǎo)何時(shí)何地去觸發(fā)誰(shuí)的調(diào)用。觀察者的主動(dòng)權(quán)被外放，因?yàn)橛^察者無(wú)法主導(dǎo)自己何時(shí)被調(diào)用（只要它們已經(jīng)被注冊(cè)到某個(gè)主題中的話）。這意味著，實(shí)際上我們可以發(fā)現(xiàn)控制被反轉(zhuǎn)的”事發(fā)地“ – - – 當(dāng)觀察者綁定到主題時(shí)：
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user.addObserver(() -> System.out.println( "Observable subject " + user + " has changed its state.")); |
上述用例，簡(jiǎn)要說明了為什么，觀察者模式（或GUI驅(qū)動(dòng)環(huán)境中的action監(jiān)聽器）是實(shí)現(xiàn)IoC的一種非常簡(jiǎn)單的方式。正是以這種分散式設(shè)計(jì)軟件組件的形式，使得控制得以發(fā)生反轉(zhuǎn)。
通過模板方法模式實(shí)現(xiàn)IoC
模板方法模式實(shí)現(xiàn)的思想是在一個(gè)基類中通過幾個(gè)抽象方法（也稱算法步驟）來(lái)定義一個(gè)通用的算法，然后讓子類提供具體的實(shí)現(xiàn)，這樣保證算法結(jié)構(gòu)不變。
我們可以應(yīng)用這個(gè)思想，定義一個(gè)通用的算法來(lái)處理領(lǐng)域?qū)嶓w：
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public abstract class EntityProcessor { public final void processEntity() { getEntityData(); createEntity(); validateEntity(); persistEntity(); } protected abstract void getEntityData(); protected abstract void createEntity(); protected abstract void validateEntity(); protected abstract void persistEntity(); } |
processEntity() 方法是個(gè)模板方法，它定義了處理實(shí)體的算法，而抽象方法代表了算法的步驟，它們必須在子類中實(shí)現(xiàn)。通過多次繼承 EntityProcessor 并實(shí)現(xiàn)不同的抽象方法，可以實(shí)現(xiàn)若干算法版本。
雖然這說清楚了模板方法模式背后的動(dòng)機(jī)，但人們可能想知道為什么這是 IoC 的模式。
典型的繼承中，子類調(diào)用基類中定義的方法。而這種模式下，相對(duì)真實(shí)的情況是：子類實(shí)現(xiàn)的方法(算法步驟)被基類的模板方法調(diào)用。因此，控制實(shí)際是在基類中進(jìn)行的，而不是在子類中。
這也是 IoC 的典型例子，通過分層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。這種情況下，模板方法只是可調(diào)的擴(kuò)展點(diǎn)的一個(gè)漂亮的名字，被開發(fā)者用來(lái)管理自己的一系列實(shí)現(xiàn)。
總結(jié)
盡管控制反轉(zhuǎn)普遍存在于 Java 的生態(tài)系統(tǒng)中，特別是很多框架普遍采用了依賴注入，但對(duì)于多數(shù)開發(fā)者來(lái)說，這個(gè)模式仍然很模糊，對(duì)其應(yīng)用也受限于依賴注入。在這篇文章中，我展示了幾種實(shí)際可用的實(shí)現(xiàn) IoC 的方法，闡明了這一概念。
依賴注入：從客戶端獲得依賴關(guān)系的控制不再存在于這些類中。它存由底層的注入器 / DI 框架來(lái)處理。
觀察者模式：當(dāng)主體發(fā)生變化時(shí)，控制從觀察者傳遞到主體。
模板方法模式：控制發(fā)生在定義模板方法的基類中，而不是實(shí)現(xiàn)算法步驟的子類中。
像往常一樣，怎樣以及何時(shí)使用 IoC 是通過對(duì)每個(gè)用例的分析來(lái)決定的，不要為了 IoC 而 IoC。
以上就是本文的全部?jī)?nèi)容，希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持服務(wù)器之家。
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