PHP设计模式-谈谈控制反转(IoC)、依赖注入(DI)和工厂模式

知识标签: php/mysql/apache 设计模式

容器,字面上理解就是装东西的东西。常见的变量、对象属性等都可以算是容器。一个容器能够装什么,全部取决于你对该容器的定义。当然,有这样一种容器,它存放的不是文本、数值,而是对象、对象的描述(类、接口)或者是提供对象的回调,通过这种容器,我们得以实现许多高级的功能,其中最常提到的,就是 “解耦” 、“依赖注入(DI)”。本文就从这里开始。

IoC 容器 —— 控制反转

关于Laravel的服务容器
Laravel 的核心就是一个 IoC容器,根据文档,称其为“服务容器”,顾名思义,该容器提供了整个框架中需要的一系列服务。更多关于 laravel 服务容器的用法建议阅读文档

IoC 容器诞生的故事

超人和超能力,依赖的产生

面向对象编程,有以下几样东西无时不刻的接触:

  • 接口
  • 对象

接口是类的原型,一个类必须要遵守其实现的接口;对象则是一个类实例化后的产物,我们称其为一个实例。

当然这样说肯定不利于理解,我们写点代码辅助学习。

超人和超能力

怪物横行的世界,总归需要点超级人物来摆平。

我们把一个“超人”作为一个类,

class Superman {}

我们可以想象,一个超人诞生的时候肯定拥有至少一个超能力,这个超能力也可以抽象为一个对象,为这个对象定义一个描述他的类吧。一个超能力肯定有多种属性、(操作)方法。

class Power {
    /**
     * 能力值
     */
    protected $ability;

    /**
     * 能力范围或距离
     */
    protected $range;

    public function __construct($ability, $range)
    {
        $this->ability = $ability;
        $this->range = $range;
    }
}

这时候我们回过头,修改一下之前的“超人”类,让一个“超人”创建的时候被赋予一个超能力:

class Superman
{
    protected $power;

    public function __construct()
    {
        $this->power = new Power(999, 100);
    }
}

这样的话,当我们创建一个“超人”实例的时候,同时也创建了一个“超能力”的实例,但是,我们看到了一点,“超人”和“超能力”之间不可避免的产生了一个依赖。

所谓“依赖”,就是 “我若依赖你,我就不能离开你”。

在一个贯彻面向对象编程的项目中,这样的依赖随处可见。少量的依赖并不会有太过直观的影响,我们随着这个例子逐渐铺开,让大家慢慢意识到,当依赖达到一个量级时,是怎样一番噩梦般的体验。当然,我也会自然而然的讲述如何解决问题。

问题:依赖的产生

之前的例子中,超能力类实例化后是一个具体的超能力,但是我们知道,超人的超能力是多元化的,每种超能力的方法、属性都有不小的差异,没法通过一种类描述完全。我们现在进行修改,我们假设超人可以有以下多种超能力:

飞行,属性有:飞行速度、持续飞行时间
蛮力,属性有:力量值
能量弹,属性有:伤害值、射击距离、同时射击个数
我们创建了如下类:

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 $limit;
    /**
     * 为了省事儿我没有详细写出 __construct() 这个构造函数的全部,只写了需要传递的参数
     */
    public function __construct($atk, $range, $limit) {}
}

好了,这下我们的超人有点“忙”了。在超人初始化的时候,我们会根据需要来实例化其拥有的超能力吗,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)
        );
        */
    }
}

我们需要自己手动的在构造函数内(或者其他方法里)实例化一系列需要的类,这样并不好。可以想象,假如需求变更(不同的怪物横行地球),需要更多的有针对性的新的超能力,或者需要变更超能力的方法,我们必须 重新改造 超人。换句话说就是,改变超能力的同时,我还得重新制造个超人。效率太低了!

这时,灵机一动的人想到:为什么不可以这样呢?超人的能力可以被随时更换,只需要添加或者更新一个芯片或者其他装置啥的(想到钢铁侠没)。这样的话就不要整个重新来过了。

我们不应该手动在 “超人” 类中固化了他的 “超能力” 初始化的行为,而转由外部负责,由外部创造超能力模组、装置或者芯片等(我们后面统一称为 “模组”),植入超人体内的某一个接口,这个接口是一个既定的,只要这个 “模组” 满足这个接口的装置都可以被超人所利用,可以提升、增加超人的某一种能力。这种由外部负责其依赖需求的行为,我们可以称其为 “控制反转(IoC)”。

工厂模式,依赖转移!
当然,实现控制反转的方法有几种。在这之前,不如我们先了解一些好玩的东西。

我们可以想到,组件、工具(或者超人的模组),是一种可被生产的玩意儿,生产的地方当然是 “工厂(Factory)”,于是有人就提出了这样一种模式: 工厂模式。

工厂模式

就是一个类所依赖的外部事物的实例,都可以被一个或多个 “工厂” 创建的这样一种开发模式,就是 “工厂模式”。

我们为了给超人制造超能力模组,我们创建了一个工厂,它可以制造各种各样的模组,且仅需要通过一个方法:

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]);
        }
    }
}

这时候,超人 创建之初就可以使用这个工厂!

class Superman
{
    protected $power;

    public function __construct()
    {
        // 初始化工厂
        $factory = new SuperModuleFactory;

        // 通过工厂提供的方法制造需要的模块
        $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,我们不再需要在超人初始化之初,去初始化许多第三方类,只需初始化一个工厂类,即可满足需求。但这样似乎和以前区别不大,只是没有那么多 new 关键字。其实我们稍微改造一下这个类,你就明白,工厂类的真正意义和价值了。

class Superman
{
    protected $power;

    public function __construct(array $modules)
    {
        // 初始化工厂
        $factory = new SuperModuleFactory;

        // 通过工厂提供的方法制造需要的模块
        foreach ($modules as $moduleName => $moduleOptions) {
            $this->power[] = $factory->makeModule($moduleName, $moduleOptions);
        }
    }
}
// 创建超人
$superman = new Superman([
    'Fight' => [9, 100],
    'Shot' => [99, 50, 2]
]);

现在修改的结果令人满意。现在,“超人” 的创建不再依赖任何一个 “超能力” 的类,我们如若修改了或者增加了新的超能力,只需要针对修改 SuperModuleFactory 即可。扩充超能力的同时不再需要重新编辑超人的类文件,使得我们变得很轻松。但是,这才刚刚开始。

IoC 容器的重要组成 —— 依赖注入

由 “超人” 对 “超能力” 的依赖变成 “超人” 对 “超能力模组工厂” 的依赖后,对付小怪兽们变得更加得心应手。但这也正如你所看到的,依赖并未解除,只是由原来对多个外部的依赖变成了对一个 “工厂” 的依赖。假如工厂出了点麻烦,问题变得就很棘手。

其实大多数情况下,工厂模式已经足够了。工厂模式的缺点就是:接口未知(即没有一个很好的契约模型,关于这个我马上会有解释)、产生对象类型单一。总之就是,还是不够灵活。虽然如此,工厂模式依旧十分优秀,并且适用于绝大多数情况。不过我们为了讲解后面的依赖注入 ,这里就先夸大一下工厂模式的缺陷咯。

我们知道,超人依赖的模组,我们要求有统一的接口,这样才能和超人身上的注入接口对接,最终起到提升超能力的效果。

事实上,我之前说谎了,不仅仅只有一堆小怪兽,还有更多的大怪兽。嘿嘿。额,这时候似乎工厂的生产能力显得有些不足 —— 由于工厂模式下,所有的模组都已经在工厂类中安排好了,如果有新的、高级的模组加入,我们必须修改工厂类(好比增加新的生产线):

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!': .......
        }
    }
}

其实灵感就差一步!你可能会想到更为灵活的办法!对,下一步就是我们今天的主要配角

DI (依赖注入)

由于对超能力模组的需求不断增大,我们需要集合整个世界的高智商人才,一起解决问题,不应该仅仅只有几个工厂垄断负责。不过高智商人才们都非常自负,认为自己的想法是对的,创造出的超能力模组没有统一的接口,自然而然无法被正常使用。这时我们需要提出一种契约,这样无论是谁创造出的模组,都符合这样的接口,自然就可被正常使用。

interface SuperModuleInterface
{
    /**
     * 超能力激活方法
     *
     * 任何一个超能力都得有该方法,并拥有一个参数
     *@param array $target 针对目标,可以是一个或多个,自己或他人
     */
    public function activate(array $target);
}

上文中,我们定下了一个接口 (超能力模组的规范、契约),所有被创造的模组必须遵守该规范,才能被生产。

这时候,那些提出更好的超能力模组的高智商人才,遵循这个接口,创建了下述(模组)类:

/**
 * X-超能量
 */
class XPower implements SuperModuleInterface
{
    public function activate(array $target)
    {
        // 这只是个例子。。具体自行脑补
    }
}

/**
 * 终极炸弹 (就这么俗)
 */
class UltraBomb implements SuperModuleInterface
{
    public function activate(array $target)
    {
        // 这只是个例子。。具体自行脑补
    }
}

同时,为了防止有些 “砖家” 自作聪明,或者一些叛徒恶意捣蛋,不遵守契约胡乱制造模组,影响超人,我们对超人初始化的方法进行改造:

class Superman
{
    protected $module;

    public function __construct(SuperModuleInterface $module)
    {
        $this->module = $module;
    }
}

改造完毕!现在,当我们初始化 “超人” 类的时候,提供的模组实例必须是一个 SuperModuleInterface 接口的实现。否则就会提示错误。

正是由于超人的创造变得容易,一个超人也就不需要太多的超能力,我们可以创造多个超人,并分别注入需要的超能力模组即可。这样的话,虽然一个超人只有一个超能力,但超人更容易变多,我们也不怕怪兽啦!

什么叫做依赖注入?

本文从开头到现在提到的一系列依赖,只要不是由内部生产(比如初始化、构造函数 __construct 中通过工厂方法、自行手动 new 的),而是由外部以参数或其他形式注入的,都属于依赖注入(DI) 。

下面就是一个典型的依赖注入:

// 超能力模组
$superModule = new XPower;

// 初始化一个超人,并注入一个超能力模组依赖
$superMan = new Superman($superModule);

更为先进的工厂 —— IoC 容器

刚刚列了一段代码:

$superModule = new XPower;
$superMan = new Superman($superModule);

读者应该看出来了,手动的创建了一个超能力模组、手动的创建超人并注入了刚刚创建超能力模组。呵呵,手动。

现代社会,应该是高效率的生产,干净的车间,完美的自动化装配。

一群怪兽来了,如此低效率产出超人是不现实,我们需要自动化 —— 最多一条指令,千军万马来相见。我们需要一种高级的生产车间,我们只需要向生产车间提交一个脚本,工厂便能够通过指令自动化生产。这种更为高级的工厂,就是工厂模式的升华 —— IoC 容器。

接下来我们利用代码总结一下IOC 和 DI

能力类的接口所有能力必须实现它

/**
 * SuperModuleInterface.php
 * 
 * 利用接口规范超能力
 */
interface SuperModuleInterface
{
    /**
     * 超能力激活方法
     *
     * 任何一个超能力都得有该方法,并拥有一个参数
     * @param array $target 针对目标,可以是一个或多个,自己或他人
     */
    public function activate(array $target);
}

生成超能力

/**
 * XPower.php
 * 
 * X-超能量(继承接口)
 */
class XPower implements SuperModuleInterface
{
    public function activate(array $target = [])
    {
        echo "X-超能量";
    }
}
/**
 * UltraBomb.php
 *
 * 终极炸弹 (继承接口)
 */
class UltraBomb implements SuperModuleInterface
{
    public function activate(array $target = [])
    {
       echo "终极炸弹";
    }
}

超人类:依赖注入超能力接口,给超人添加超能力

/**
 * 超人类型
 */
class Superman
{
    protected $module;

    public function __construct(SuperModuleInterface $module)
    {
        $this->module = $module;
    }

    public function showSuperman(array $arr = [])
    {
        $this->module->activate($arr);
    }
}
include './SuperModuleInterface.php';
include './XPower.php';
include './Superman.php';
include './UltraBomb.php';

// 超能力模组
$superModule = new XPower();

// 初始化一个超人,并注入一个超能力模组依赖
$superMan = new Superman($superModule);

$superMan->showSuperman([111]);

引入容器:
我们要先明确容器中存放内容:能力对象、制造超人方法
容器的实现包含两个方法:绑定对象(将对象存在在容器中)、调用对象方法(从容器中取出对象使用)

/**
 * Container.php
 *
 * 创建容器类
 * 存放对象(存放能力和制造超人的脚本)
 * 实现-绑定对象到容器中
 * 实现-调用容器中的对象
 */
class Container
{
    protected $binds;

    protected $instances;

    /**
     * 绑定对象
     * @param $abstract
     * @param $concrete
     */
    public function bind($abstract, $concrete)
    {
        if ($concrete instanceof Closure) {
            $this->binds[$abstract] = $concrete;
        } else {
            $this->instances[$abstract] = $concrete;
        }
    }

    /**
     * 调用对象方法
     * @param       $abstract
     * @param array $parameters
     * @return mixed
     */
    public function make($abstract, $parameters = [])
    {
        if (isset($this->instances[$abstract])) {
            return $this->instances[$abstract];
        }

        array_unshift($parameters, $this);

        return call_user_func_array($this->binds[$abstract], $parameters);
    }
}

include './SuperModuleInterface.php';
include './XPower.php';
include './Superman.php';
include './UltraBomb.php';
include './Container.php';

// 创建一个容器(后面称作超级工厂)
$container = new Container;

// 向该 超级工厂添加超人的生产脚本
$container->bind('superman', function($container, $moduleName) {
    return new Superman($container->make($moduleName));  //$container->make($moduleName) 为调用超能力对象
});

// 向该 超级工厂添加超能力模组的生产脚本
$container->bind('xpower', function($container) {
    return new XPower;
});

$container->bind('ultrabomb', function($container) {
    return new UltraBomb;
});

// 开始启动生产
$superman_1 = $container->make('superman', ['xpower']);
$superman_2 = $container->make('superman', ['ultrabomb']);
$superman_3 = $container->make('superman', ['xpower']);

$superman_1->showSuperman();

DIP:依赖倒置原则(软件设计原则)
IOC:控制反转(DIP的具体实现、设计模式)
DI:依赖注入(IOC的具体实现)
IOC容器:是依赖注入框架(DI框架)

本问整理自:http://laravelacademy.org/post/769.html



作者:PHP的艺术编程
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