用超人的故事講解 IoC（控制反轉）和 DI（依賴注入） · 王增輝的工作筆記

幾年前的知識很多人都開始不更新，于是面試的時候遇到各種問題。例如，現在面試時越來越多的問到設計模式。而IoC和反轉控制就是我們常常會問的。 > 容器，字面上理解就是裝東西的東西。常見的變量、對象屬性等都可以算是容器。一個容器能夠裝什么，全部取決于你對該容器的定義。當然，有這樣一種容器，它存放的不是文本、數值，而是對象、對象的描述（類、接口）或者是提供對象的回調，通過這種容器，我們得以實現許多高級的功能，其中最常提到的，就是 “解耦” 、“依賴注入（DI）”。本文就從這里開始。 ## IoC 容器 Laravel 的核心就是一個 IoC 容器，根據文檔，稱其為“服務容器”，顧名思義，該容器提供了整個框架中需要的一系列服務。作為初學者，很多人會在這一個概念上犯難，因此，我打算從一些基礎的內容開始講解，通過理解面向對象開發中依賴的產生和解決方法，來逐漸揭開“依賴注入”的面紗，逐漸理解這一神奇的設計理念。本文一大半內容都是通過舉例來讓讀者去理解什么是 IoC（控制反轉）和 DI（依賴注入），通過理解這些概念，來更加深入。更多關于 laravel 服務容器的用法建議閱讀文檔即可。 ### IoC 容器誕生的故事講解 IoC 容器有很多的文章，我之前也寫過。但現在我打算利用當下的靈感重新來過，那么開始吧。 > 超人和超能力，依賴的產生！面向對象編程，有以下幾樣東西無時不刻的接觸：接口、類還有對象。這其中，接口是類的原型，一個類必須要遵守其實現的接口；對象則是一個類實例化后的產物，我們稱其為一個實例。當然這樣說肯定不利于理解，我們就實際的寫點中看不中用的代碼輔助學習。 ### 怪物橫行的世界，總歸需要點超級人物來擺平。我們把一個“超人”作為一個類， ~~~ class Superman {} ~~~ 我們可以想象，一個超人誕生的時候肯定擁有至少一個超能力，這個超能力也可以抽象為一個對象，為這個對象定義一個描述他的類吧。一個超能力肯定有多種屬性、（操作）方法，這個盡情的想象，但是目前我們先大致定義一個只有屬性的“超能力”，至于能干啥，我們以后再豐富： ~~~ class Power { /** * 能力值 */ protected $ability; /** * 能力范圍或距離 */ protected $range; public function __construct($ability, $range) { $this->ability = $ability; $this->range = $range; } } ~~~ 這時候我們回過頭，修改一下之前的“超人”類，讓一個“超人”創建的時候被賦予一個超能力： ~~~ class Superman { protected $power; public function __construct() { $this->power = new Power(999, 100); } } ~~~ 這樣的話，當我們創建一個“超人”實例的時候，同時也創建了一個“超能力”的實例，但是，我們看到了一點，“超人”和“超能力”之間不可避免的產生了一個依賴。 > 所謂“依賴”，就是“我若依賴你，少了你就沒有我”。在一個貫徹面向對象編程的項目中，這樣的依賴隨處可見。少量的依賴并不會有太過直觀的影響，我們隨著這個例子逐漸鋪開，讓大家慢慢意識到，當依賴達到一個量級時，是怎樣一番噩夢般的體驗。當然，我也會自然而然的講述如何解決問題。 ### 一堆亂麻 —— 可怕的依賴之前的例子中，超能力類實例化后是一個具體的超能力，但是我們知道，超人的超能力是多元化的，每種超能力的方法、屬性都有不小的差異，沒法通過一種類描述完全。我們現在進行修改，我們假設超人可以有以下多種超能力：飛行，屬性有：飛行速度、持續飛行時間蠻力，屬性有：力量值能量彈，屬性有：傷害值、射擊距離、同時射擊個數我們創建了如下類： ~~~ class Flight { protected $speed; protected $holdtime; public function __construct($speed, $holdtime) {} } class Force { protected $force; public function __construct($force) {} } class Shot { protected $atk; protected $range; protected $limit; public function __construct($atk, $range, $limit) {} } ~~~ *為了省事兒我沒有詳細寫出 __construct() 這個構造函數的全部，只寫了需要傳遞的參數。好了，這下我們的超人有點“忙”了。在超人初始化的時候，我們會根據需要來實例化其擁有的超能力嗎，大致如下： ~~~ class Superman { protected $power; public function __construct() { $this->power = new Fight(9, 100); // $this->power = new Force(45); // $this->power = new Shot(99, 50, 2); /* $this->power = array( new Force(45), new Shot(99, 50, 2) ); */ } } ~~~ 我們需要自己手動的在構造函數內（或者其他方法里）實例化一系列需要的類，這樣并不好。可以想象，假如需求變更（不同的怪物橫行地球），需要更多的有針對性的新的超能力，或者需要變更超能力的方法，我們必須重新改造超人。換句話說就是，改變超能力的同時，我還得重新制造個超人。效率太低了！新超人還沒創造完成世界早已被毀滅。 > 這時，靈機一動的人想到：為什么不可以這樣呢？超人的能力可以被隨時更換，只需要添加或者更新一個芯片或者其他裝置啥的（想到鋼鐵俠沒）。這樣的話就不要整個重新來過了。 > 對，就是這樣的。我們不應該手動在 “超人” 類中固化了他的 “超能力” 初始化的行為，而轉由外部負責，由外部創造超能力模組、裝置或者芯片等（我們后面統一稱為 “模組”），植入超人體內的某一個接口，這個接口是一個既定的，只要這個 “模組” 滿足這個接口的裝置都可以被超人所利用，可以提升、增加超人的某一種能力。這種由外部負責其依賴需求的行為，我們可以稱其為 “控制反轉（IoC）”。 ### 工廠模式，依賴轉移！當然，實現控制反轉的方法有幾種。在這之前，不如我們先了解一些好玩的東西。 > 我們可以想到，組件、工具（或者超人的模組），是一種可被生產的玩意兒，生產的地方當然是 “工廠（Factory）”，于是有人就提出了這樣一種模式：工廠模式。工廠模式，顧名思義，就是一個類所以依賴的外部事物的實例，都可以被一個或多個 “工廠” 創建的這樣一種開發模式，就是 “工廠模式”。我們為了給超人制造超能力模組，我們創建了一個工廠，它可以制造各種各樣的模組，且僅需要通過一個方法： ~~~ class SuperModuleFactory { public function makeModule($moduleName, $options) { switch ($moduleName) { case 'Fight': return new Fight($options[0], $options[1]); case 'Force': return new Force($options[0]); case 'Shot': return new Shot($options[0], $options[1], $options[2]); } } } ~~~ 這時候，超人創建之初就可以使用這個工廠！ ~~~ class Superman { protected $power; public function __construct() { // 初始化工廠 $factory = new SuperModuleFactory; // 通過工廠提供的方法制造需要的模塊 $this->power = $factory->makeModule('Fight', [9, 100]); // $this->power = $factory->makeModule('Force', [45]); // $this->power = $factory->makeModule('Shot', [99, 50, 2]); /* $this->power = array( $factory->makeModule('Force', [45]), $factory->makeModule('Shot', [99, 50, 2]) ); */ } } ~~~ 可以看得出，我們不再需要在超人初始化之初，去初始化許多第三方類，只需初始化一個工廠類，即可滿足需求。但這樣似乎和以前區別不大，只是沒有那么多 new 關鍵字。其實我們稍微改造一下這個類，你就明白，工廠類的真正意義和價值了。 ~~~ class Superman { protected $power; public function __construct(array $modules) { // 初始化工廠 $factory = new SuperModuleFactory; // 通過工廠提供的方法制造需要的模塊 foreach ($modules as $moduleName => $moduleOptions) { $this->power[] = $factory->makeModule($moduleName, $moduleOptions); } } } // 創建超人 $superman = new Superman([ 'Fight' => [9, 100], 'Shot' => [99, 50, 2] ]); ~~~ 現在修改的結果令人滿意。現在，“超人” 的創建不再依賴任何一個 “超能力” 的類，我們如若修改了或者增加了新的超能力，只需要針對修改 SuperModuleFactory 即可。擴充超能力的同時不再需要重新編輯超人的類文件，使得我們變得很輕松。但是，這才剛剛開始。 ### 再進一步！IoC 容器的重要組成 —— 依賴注入！由 “超人” 對 “超能力” 的依賴變成 “超人” 對 “超能力模組工廠” 的依賴后，對付小怪獸們變得更加得心應手。但這也正如你所看到的，依賴并未解除，只是由原來對多個外部的依賴變成了對一個 “工廠” 的依賴。假如工廠出了點麻煩，問題變得就很棘手。 > 其實大多數情況下，工廠模式已經足夠了。工廠模式的缺點就是：接口未知（即沒有一個很好的契約模型，關于這個我馬上會有解釋）、產生對象類型單一。總之就是，還是不夠靈活。雖然如此，工廠模式依舊十分優秀，并且適用于絕大多數情況。不過我們為了講解后面的依賴注入，這里就先夸大一下工廠模式的缺陷咯。我們知道，超人依賴的模組，我們要求有統一的接口，這樣才能和超人身上的注入接口對接，最終起到提升超能力的效果。事實上，我之前說謊了，不僅僅只有一堆小怪獸，還有更多的大怪獸。嘿嘿。額，這時候似乎工廠的生產能力顯得有些不足 —— 由于工廠模式下，所有的模組都已經在工廠類中安排好了，如果有新的、高級的模組加入，我們必須修改工廠類（好比增加新的生產線）： ~~~ class SuperModuleFactory { public function makeModule($moduleName, $options) { switch ($moduleName) { case 'Fight': return new Fight($options[0], $options[1]); case 'Force': return new Force($options[0]); case 'Shot': return new Shot($options[0], $options[1], $options[2]); // case 'more': ....... // case 'and more': ....... // case 'and more': ....... // case 'oh no! its too many!': ....... } } } ~~~ 看到沒。。。噩夢般的感受！ > 其實靈感就差一步！你可能會想到更為靈活的辦法！對，下一步就是我們今天的主要配角 —— DI （依賴注入）由于對超能力模組的需求不斷增大，我們需要集合整個世界的高智商人才，一起解決問題，不應該僅僅只有幾個工廠壟斷負責。不過高智商人才們都非常自負，認為自己的想法是對的，創造出的超能力模組沒有統一的接口，自然而然無法被正常使用。這時我們需要提出一種契約，這樣無論是誰創造出的模組，都符合這樣的接口，自然就可被正常使用。 ~~~ interface SuperModuleInterface { /** * 超能力激活方法 * * 任何一個超能力都得有該方法，并擁有一個參數 *@param array $target 針對目標，可以是一個或多個，自己或他人 */ public function activate(array $target); } ~~~ 上文中，我們定下了一個接口（超能力模組的規范、契約），所有被創造的模組必須遵守該規范，才能被生產。其實，這就是 php 中接口（ interface ）的用處和意義！很多人覺得，為什么 php 需要接口這種東西？難道不是 java 、 C# 之類的語言才有的嗎？這么說，只要是一個正常的面向對象編程語言（雖然 php 可以面向過程），都應該具備這一特性。因為一個對象（object）本身是由他的模板或者原型 —— 類（class），經過實例化后產生的一個具體事物，而有時候，實現統一種方法且不同功能（或特性）的時候，會存在很多的類（class），這時候就需要有一個契約，讓大家編寫出可以被隨時替換卻不會產生影響的接口。這種由編程語言本身提出的硬性規范，會增加更多優秀的特性。雖然有些繞，但通過我們接下來的實例，大家會慢慢領會接口帶來的好處。這時候，那些提出更好的超能力模組的高智商人才，遵循這個接口，創建了下述（模組）類： ~~~ /** * X-超能量 */ class XPower implements SuperModuleInterface { public function activate(array $target) { // 這只是個例子。。具體自行腦補 } } /** * 終極炸彈（就這么俗） */ class UltraBomb implements SuperModuleInterface { public function activate(array $target) { // 這只是個例子。。具體自行腦補 } } ~~~ 同時，為了防止有些 “磚家” 自作聰明，或者一些叛徒惡意搗蛋，不遵守契約胡亂制造模組，影響超人，我們對超人初始化的方法進行改造： ~~~ class Superman { protected $module; public function __construct(SuperModuleInterface $module) { $this->module = $module } } ~~~ 改造完畢！現在，當我們初始化 “超人” 類的時候，提供的模組實例必須是一個 SuperModuleInterface 接口的實現。否則就會提示錯誤。正是由于超人的創造變得容易，一個超人也就不需要太多的超能力，我們可以創造多個超人，并分別注入需要的超能力模組即可。這樣的話，雖然一個超人只有一個超能力，但超人更容易變多，我們也不怕怪獸啦！ > 現在有人疑惑了，你要講的依賴注入呢？ > > 其實，上面講的內容，正是依賴注入。 > 什么叫做依賴注入？本文從開頭到現在提到的一系列依賴，只要不是由內部生產（比如初始化、構造函數 __construct 中通過工廠方法、自行手動 new 的），而是由外部以參數或其他形式注入的，都屬于依賴注入（DI）。是不是豁然開朗？事實上，就是這么簡單。下面就是一個典型的依賴注入： ~~~ // 超能力模組 $superModule = new XPower; // 初始化一個超人，并注入一個超能力模組依賴 $superMan = new Superman($superModule); ~~~ 關于依賴注入這個本文的主要配角，也就這么多需要講的。理解了依賴注入，我們就可以繼續深入問題。慢慢走近今天的主角…… ### 更為先進的工廠 —— IoC 容器！剛剛列了一段代碼： ~~~ $superModule = new XPower; $superMan = new Superman($superModule); ~~~ 讀者應該看出來了，手動的創建了一個超能力模組、手動的創建超人并注入了剛剛創建超能力模組。呵呵，手動。現代社會，應該是高效率的生產，干凈的車間，完美的自動化裝配。一群怪獸來了，如此低效率產出超人是不現實，我們需要自動化 —— 最多一條指令，千軍萬馬來相見。我們需要一種高級的生產車間，我們只需要向生產車間提交一個腳本，工廠便能夠通過指令自動化生產。這種更為高級的工廠，就是工廠模式的升華 —— IoC 容器。 ~~~ class Container { protected $binds; protected $instances; public function bind($abstract, $concrete) { if ($concrete instanceof Closure) { $this->binds[$abstract] = $concrete; } else { $this->instances[$abstract] = $concrete; } } public function make($abstract, $parameters = []) { if (isset($this->instances[$abstract])) { return $this->instances[$abstract]; } array_unshift($parameters, $this); return call_user_func_array($this->binds[$abstract], $parameters); } } ~~~ 這時候，一個十分粗糙的容器就誕生了。現在的確很簡陋，但不妨礙我們進一步提升他。先著眼現在，看看這個容器如何使用吧！ ~~~ // 創建一個容器（后面稱作超級工廠） $container = new Container; // 向該超級工廠添加超人的生產腳本 $container->bind('superman', function($container, $moduleName) { return new Superman($container->make($moduleName)); }); // 向該超級工廠添加超能力模組的生產腳本 $container->bind('xpower', function($container) { return new XPower; }); // 同上 $container->bind('ultrabomb', function($container) { return new UltraBomb; }); // ****************** 華麗麗的分割線 ********************** // 開始啟動生產 $superman_1 = $container->make('superman', 'xpower'); $superman_2 = $container->make('superman', 'ultrabomb'); $superman_3 = $container->make('superman', 'xpower'); // ...隨意添加 ~~~ 看到沒？通過最初的綁定（bind）操作，我們向超級工廠注冊了一些生產腳本，這些生產腳本在生產指令下達之時便會執行。發現沒有？我們徹底的解除了超人與超能力模組的依賴關系，更重要的是，容器類也絲毫沒有和他們產生任何依賴！我們通過注冊、綁定的方式向容器中添加一段可以被執行的回調（可以是匿名函數、非匿名函數、類的方法）作為生產一個類的實例的腳本，只有在真正的生產（make）操作被調用執行時，才會觸發。這樣一種方式，使得我們更容易在創建一個實例的同時解決其依賴關系，并且更加靈活。當有新的需求，只需另外綁定一個“生產腳本”即可。實際上，真正的 IoC 容器更為高級。我們現在的例子中，還是需要手動提供超人所需要的模組參數，但真正的 IoC 容器會根據類的依賴需求，自動在注冊、綁定的一堆實例中搜尋符合的依賴需求，并自動注入到構造函數參數中去。Laravel 框架的服務容器正是這么做的。實現這種功能其實理論上并不麻煩，但我并不會在本文中寫出，因為……我懶得寫。 > 不過我告訴大家，這種自動搜尋依賴需求的功能，是通過反射（Reflection）實現的，恰好的，php 完美的支持反射機制！關于反射，php 官方文檔有詳細的資料，并且中文翻譯基本覆蓋，足夠學習和研究！ > > [http://php.net/manual/zh/book.reflection.php](http://php.net/manual/zh/book.reflection.php) 現在，到目前為止，我們已經不再懼怕怪獸們了。高智商人才集思廣益，井井有條，根據接口契約創造規范的超能力模組。超人開始批量產出。最終，人人都是超人，你也可以是哦?![:stuck_out_tongue_closed_eyes:](http://www.emoji-cheat-sheet.com/graphics/emojis/stuck_out_tongue_closed_eyes.png ":stuck_out_tongue_closed_eyes:")！ ## 回歸正常世界。我們開始重新審視 laravel 的核心。現在，我們開始慢慢解讀 laravel 的核心。其實，laravel 的核心就是一個 IoC 容器，也恰好是我之前所說的高級的 IoC 容器。可以說，laravel 的核心本身十分輕量，并沒有什么很神奇很實質性的應用功能。很多人用到的各種功能模塊比如 Route（路由）、Eloquent ORM（數據庫 ORM 組件）、Request and Response（請求和響應）等等等等，實際上都是與核心無關的類模塊提供的，這些類從注冊到實例化，最終被你所使用，其實都是 laravel 的服務容器負責的。我們以大家最常見的 Route 類作為例子。大家可能經常見到路由定義是這樣的： ~~~ Route::get('/', function() { // bla bla bla... }); ~~~ 實際上， Route 類被定義在這個命名空間：Illuminate\Routing\Router，文件 vendor/laravel/framework/src/Illuminate/Routing/Router.php。我們通過打開發現，這個類的這一系列方法，如 get，post，any 等都不是靜態（static）方法，這是怎么一回事兒？不要急，我們繼續。 ### 服務提供者我們在前文介紹 IoC 容器的部分中，提到了，一個類需要綁定、注冊至容器中，才能被“制造”。對，一個類要被容器所能夠提取，必須要先注冊至這個容器。既然 laravel 稱這個容器叫做服務容器，那么我們需要某個服務，就得先注冊、綁定這個服務到容器，那么提供服務并綁定服務至容器的東西，就是服務提供者（ServiceProvider）。 > 雖然，綁定一個類到容器不一定非要通過服務提供者（ServiceProvider）。 > > 但是，我們知道，有時候我們的類、模塊會有需要其他類和組件的情況，為了保證初始化階段不會出現所需要的模塊和組件沒有注冊的情況，laravel 將注冊和初始化行為進行拆分，注冊的時候就只能注冊，初始化的時候就是初始化。拆分后的產物就是現在的服務提供者。 > 服務提供者主要分為兩個部分，register（注冊）和 boot（引導、初始化），具體參考文檔。register 負責進行向容器注冊“腳本”，但要注意注冊部分不要有對未知事物的依賴，如果有，就要移步至 boot 部分。 ### Facade 我們現在解答之前關于 Route 的方法為何能以靜態方法訪問的問題。實際上這個問題文檔上有寫，簡單說來就是模擬一個類，提供一個靜態魔術方法__callStatic，并將該靜態方法映射到真正的方法上。我們使用的 Route 類實際上是 Illuminate\Support\Facades\Route 通過 class_alias() 函數創造的別名而已，這個類被定義在文件 vendor/laravel/framework/src/Illuminate/Support/Facades/Route.php 。我們打開文件一看……誒？怎么只有這么簡單的一段代碼呢？ ~~~ <?php namespace Illuminate\Support\Facades; /** * @see \Illuminate\Routing\Router */ class Route extends Facade { /** * Get the registered name of the component. * * @return string */ protected static function getFacadeAccessor() { return 'router'; } } ~~~ 其實仔細看，會發現這個類繼承了一個叫做 Facade 的類，到這里謎底差不多要解開了。上述簡單的定義中，我們看到了 getFacadeAccessor 方法返回了一個 route，這是什么意思呢？事實上，這個值被一個 ServiceProvider 注冊過，大家應該知道注冊了個什么，當然是那個真正的路由類！ > 有人會問，Facade 是怎么實現的。我并不想說得太細，一個是我懶，另一個原因就是，自己發現一些東西更容易理解，并不容易忘記。很多細節我已經說了，建議大家自行去研究。 > 至此，我們已經講的差不多了。 ## 和平！我們該總結總結了！無論如何，世界和平了。這里要總結的內容就是，其實很多事情并不復雜，怕的是復雜的理論內容。我覺得很多東西一旦想通也就那么回事兒。很多人覺得 laravel 這不好那不好、這里難哪里難，我只能說，laravel 的確不是一流和優秀的框架，說 laravel 是一流、優秀的框架的人，不是 laravel 的粉絲那么就是跟風炒作。Laravel 最大的特點和優秀之處就是使用了很多 php 比較新（實際上并不新）的概念和技術（也就一堆語法糖）而已。因此 laravel 的確符合一個適宜學習的框架。Laravel 的構思的確和其他框架有很大不同，這也要求學習他的人必須熟練 php，并基礎扎實！如果你覺得學 laravel 框架十分困難，那么原因只有一個：你 php 基礎不好。另外，善于利用命名空間和面向對象的諸多特性，去追尋一些東西，你會發現，原來這一切這么容易。希望你記住本站：PHP學院——跳槽、就業不恐慌！ > 原文地址：?[http://www.insp.top/learn-laravel-container](http://www.insp.top/learn-laravel-container)?，轉載務必保留來源，謝謝了！