php實現依賴注入(DI)和控制反轉(IOC)

neuSnail發表於2019-02-16

此篇文章轉載自laravel-china,chongyi的文章
https://laravel-china.org/top…
原文地址: http://www.insp.top/learn-lar… ,轉載務必保留來源,謝謝了!

容器,字面上理解就是裝東西的東西。常見的變數、物件屬性等都可以算是容器。一個容器能夠裝什麼,全部取決於你對該容器的定義。當然,有這樣一種容器,它存放的不是文字、數值,而是物件、物件的描述(類、介面)或者是提供物件的回撥,通過這種容器,我們得以實現許多高階的功能,其中最常提到的,就是 “解耦” 、“依賴注入(DI)”。本文就從這裡開始。
IoC 容器, laravel 的核心#

Laravel 的核心就是一個 IoC 容器,根據文件,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,通過理解物件導向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麼是 IoC(控制反轉) 和 DI(依賴注入),通過理解這些概念,來更加深入。更多關於 laravel 服務容器的用法建議閱讀文件即可。

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,那麼開始吧。

超人和超能力,依賴的產生!#

物件導向程式設計,有以下幾樣東西無時不刻的接觸:介面、類還有物件。這其中,介面是類的原型,一個類必須要遵守其實現的介面;物件則是一個類例項化後的產物,我們稱其為一個例項。當然這樣說肯定不利於理解,我們就實際的寫點中看不中用的程式碼輔助學習。

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物件,為這個物件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”,至於能幹啥,我們以後再豐富:

class Power {

/**
 * 能力值
 */
protected $ability;

/**
 * 能力範圍或距離
 */
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”建立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,當我們建立一個“超人”例項的時候,同時也建立了一個“超能力”的例項,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”。
在一個貫徹物件導向程式設計的專案中,這樣的依賴隨處可見。少量的依賴並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,超能力類例項化後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
我們建立瞭如下類:

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() 這個建構函式的全部,只寫了需要傳遞的引數。

好了,這下我們的超人有點“忙”了。在超人初始化的時候,我們會根據需要來例項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建構函式內(或者其他方法裡)例項化一系列需要的類,這樣並不好。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:為什麼不可以這樣呢?超人的能力可以被隨時更換,只需要新增或者更新一個晶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、裝置或者晶片等(我們後面統一稱為 “模組”),植入超人體內的某一個介面,這個介面是一個既定的,只要這個 “模組” 滿足這個介面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,元件、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)”,於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例項,都可以被一個或多個 “工廠” 建立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,我們建立了一個工廠,它可以製造各種各樣的模組,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 建立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組
    $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,只是沒有那麼多 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組
    foreach ($modules as $moduleName => $moduleOptions) {
        $this->power[] = $factory->makeModule($moduleName, $moduleOptions);
    }
}

}

// 建立超人
$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” 的建立不再依賴任何一個 “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檔案,使得我們變得很輕鬆。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” 的依賴後,對付小怪獸們變得更加得心應手。但這也正如你所看到的,依賴並未解除,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:介面未知(即沒有一個很好的契約模型,關於這個我馬上會有解釋)、產生物件型別單一。總之就是,還是不夠靈活。雖然如此,工廠模式依舊十分優秀,並且適用於絕大多數情況。不過我們為了講解後面的 依賴注入 ,這裡就先誇大一下工廠模式的缺陷咯。
我們知道,超人依賴的模組,我們要求有統一的介面,這樣才能和超人身上的注入介面對接,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 —— 由於工廠模式下,所有的模組都已經在工廠類中安排好了,如果有新的、高階的模組加入,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)
由於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介面,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,都符合這樣的介面,自然就可被正常使用。

interface SuperModuleInterface
{

/**
 * 超能力啟用方法
 *
 * 任何一個超能力都得有該方法,並擁有一個引數
 *@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,我們定下了一個介面 (超能力模組的規範、契約),所有被創造的模組必須遵守該規範,才能被生產。
其實,這就是 php 中 介面( interface ) 的用處和意義!很多人覺得,為什麼 php 需要介面這種東西?難道不是 java 、 C# 之類的語言才有的嗎?這麼說,只要是一個正常的物件導向程式語言(雖然 php 可以程式導向),都應該具備這一特性。因為一個 物件(object) 本身是由他的模板或者原型 —— 類 (class) ,經過例項化後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介面。這種由程式語言本身提出的硬性規範,會增加更多優秀的特性。
雖然有些繞,但通過我們接下來的例項,大家會慢慢領會介面帶來的好處。
這時候,那些提出更好的超能力模組的高智商人才,遵循這個介面,建立了下述(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 (就這麼俗)
    */

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,不遵守契約胡亂製造模組,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,提供的模組例項必須是一個 SuperModuleInterface 介面的實現。否則就會提示錯誤。

正是由於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,並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。
什麼叫做 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、建構函式 __construct 中通過工廠方法、自行手動 new 的),而是由外部以引數或其他形式注入的,都屬於 依賴注入(DI) 。是不是豁然開朗?事實上,就是這麼簡單。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,並注入一個超能力模組依賴
$superMan = new Superman($superModule);
關於依賴注入這個本文的主要配角,也就這麼多需要講的。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!#

剛剛列了一段程式碼:

$superModule = new XPower;

$superMan = new Superman($superModule);
讀者應該看出來了,手動的建立了一個超能力模組、手動的建立超人並注入了剛剛建立超能力模組。呵呵,手動。

現代社會,應該是高效率的生產,乾淨的車間,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。我們需要一種高階的生產車間,我們只需要向生產車間提交一個指令碼,工廠便能夠通過指令自動化生產。這種更為高階的工廠,就是工廠模式的昇華 —— 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!

// 建立一個容器(後面稱作超級工廠)
$container = new Container;

// 向該 超級工廠 新增 超人 的生產指令碼
$container->bind(`superman`, function($container, $moduleName) {

return new Superman($container->make($moduleName));

});

// 向該 超級工廠 新增 超能力模組 的生產指令碼
$container->bind(`xpower`, function($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`);
// …隨意新增
看到沒?通過最初的 繫結(bind) 操作,我們向 超級工廠 註冊了一些生產指令碼,這些生產指令碼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 的依賴關係,更重要的是,容器類也絲毫沒有和他們產生任何依賴!我們通過註冊、繫結的方式向容器中新增一段可以被執行的回撥(可以是匿名函式、非匿名函式、類的方法)作為生產一個類的例項的 指令碼 ,只有在真正的 生產(make) 操作被呼叫執行時,才會觸發。

這樣一種方式,使得我們更容易在建立一個例項的同時解決其依賴關係,並且更加靈活。當有新的需求,只需另外繫結一個“生產指令碼”即可。

實際上,真正的 IoC 容器更為高階。我們現在的例子中,還是需要手動提供超人所需要的模組引數,但真正的 IoC 容器會根據類的依賴需求,自動在註冊、繫結的一堆例項中搜尋符合的依賴需求,並自動注入到建構函式引數中去。Laravel 框架的服務容器正是這麼做的。實現這種功能其實理論上並不麻煩,但我並不會在本文中寫出,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 完美的支援反射機制!關於反射,php 官方文件有詳細的資料,並且中文翻譯基本覆蓋,足夠學習和研究!
http://php.net/manual/zh/book…
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,根據介面契約創造規範的超能力模組。超人開始批量產出。最終,人人都是超人,你也可以是哦

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階的 IoC 容器。

可以說,laravel 的核心本身十分輕量,並沒有什麼很神奇很實質性的應用功能。很多人用到的各種功能模組比如 Route(路由)、Eloquent ORM(資料庫 ORM 元件)、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組提供的,這些類從註冊到例項化,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 類被定義在這個名稱空間:IlluminateRoutingRouter,檔案 vendor/laravel/framework/src/Illuminate/Routing/Router.php。

我們通過開啟發現,這個類的這一系列方法,如 get,post,any 等都不是靜態(static)方法,這是怎麼一回事兒?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,一個類需要繫結、註冊至容器中,才能被“製造”。

對,一個類要被容器所能夠提取,必須要先註冊至這個容器。既然 laravel 稱這個容器叫做服務容器,那麼我們需要某個服務,就得先註冊、繫結這個服務到容器,那麼提供服務並繫結服務至容器的東西,就是 服務提供者(ServiceProvider)。

雖然,繫結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、模組會有需要其他類和元件的情況,為了保證初始化階段不會出現所需要的模組和元件沒有註冊的情況,laravel 將註冊和初始化行為進行拆分,註冊的時候就只能註冊,初始化的時候就是初始化。拆分後的產物就是現在的 服務提供者。
服務提供者主要分為兩個部分,register(註冊) 和 boot(引導、初始化),具體參考文件。register 負責進行向容器註冊“指令碼”,但要注意註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於 Route 的方法為何能以靜態方法訪問的問題。實際上這個問題文件上有寫,簡單說來就是模擬一個類,提供一個靜態魔術方法__callStatic,並將該靜態方法對映到真正的方法上。

我們使用的 Route 類實際上是 IlluminateSupportFacadesRoute 通過 class_alias() 函式創造的 別名 而已,這個類被定義在檔案 vendor/laravel/framework/src/Illuminate/Support/Facades/Route.php 。

我們開啟檔案一看……誒?怎麼只有這麼簡單的一段程式碼呢?

<?php namespace IlluminateSupportFacades;

/**

  • @see IlluminateRoutingRouter
    */

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,到這裡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,這是什麼意思呢?事實上,這個值被一個 ServiceProvider 註冊過,大家應該知道註冊了個什麼,當然是那個真正的路由類!

有人會問,Facade 是怎麼實現的。我並不想說得太細,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,並不容易忘記。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。

這裡要總結的內容就是,其實很多事情並不複雜,怕的是複雜的理論內容。我覺得很多東西一旦想通也就那麼回事兒。很多人覺得 laravel 這不好那不好、這裡難哪裡難,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 的粉絲那麼就是跟風炒作。Laravel 最大的特點和優秀之處就是使用了很多 php 比較新(實際上並不新)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,並 基礎紮實!如果你覺得學 laravel 框架十分困難,那麼原因只有一個:你 php 基礎不好。

另外,善於利用名稱空間和麵向物件的諸多特性,去追尋一些東西,你會發現,原來這一切這麼容易。

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