看《墨攻》理解IoC—Spring底层核心

概述

    IoC（反向控制：Inverse of Control）是Spring容器的底层核心功能，AOP功能、声明事务等功能在此基础上生根开花。但是IoC这个重要的概念却比较晦涩隐讳，拐弯抹角，不容易让人望文生义，不能不说是一大遗憾。不过IoC确实包括很多内涵，它涉及到代码解耦，设计模式优化等问题的考量。
2006年多部贺岁大片以让人应接不暇的频率纷至沓来，其中张之亮的《墨攻》算是比较出彩的一部，讲述了战国时期墨家人革离帮助梁国反抗赵国侵略的个人英雄主义故事，恢宏壮阔，浑雄凝重的历史场面相当震撼。其中有一个场景：当刘德华所饰的墨者革离到达梁国都城下，城上梁国守军问：“来者何人？”，刘德华回答：“墨者革离！”，我们不妨用Java对这段“城门问对”的场景进行编剧并借由这个例子来理解IoC的内涵。

剧本和饰演者耦合
 
MoAttack代表《墨攻》的剧本，cityGetAsk()代表“城门问对”这段剧情，LiuDeHua是具体饰演者刘天王：

 

代码清单 1  MoAttack：通过演员安排剧本

public class MoAttack {
     public void cityGateAsk(){
             LiuDeHua ldh = new LiuDeHua(); ①演员直接侵入剧本
             ldh.responseAsk("墨者革离！");
     }
}

 

我们会发现以上剧本在①处，作为具体饰演者的刘德华直接侵入到剧本中，使剧本和演员直接耦合在一起：
                       

                                                          图 1 剧本和演员直接耦合
  一个明智的编剧在剧情创作时应围绕故事的角色进行，而不应考虑角色的具体饰演者，这样才可能在剧本投拍时自由地遴选任何适合的演员，而非绑定在刘德华一人身上。通过以上的分析，我们知道需要为该剧本主人公革离定义一个接口，以角色进行剧情安排，饰演者实现角色的接口：
                代码清单 2 MoAttack：引入剧本角色

public class MoAttack......{

   public void cityGateAsk()

   ......{

       GeLi geli = new LiuDeHua(); ① 引入革离角色接口

       geli.responseAsk("墨者革离！");    ② 通过接口开展剧情

   }

}

 

    在①处引入了剧本的角色——革离，剧本的情节通过角色展开，在拍摄时角色的事迹由演员表现，如②处所示。因此墨攻、革离、刘德华三者的类图关系如图 2所示：
  

    我们希望剧本和演员无关，可是，在图2中，我们看到MoAttack同时依赖于GeLi接口和LiuDeHua类，并没有达到我们所期望的剧本仅依赖于角色的目的。可是角色最终又必须通过具体的演员才能完成拍摄，如何将让LiuDeHua和剧本无关而又能完成GeLi的具体动作呢？当然是在影片投拍时，导演将LiuDeHua安排在GeLi的角色上，通过导演之手将剧本、角色、饰演者装配起来。

                                        图 3 剧本和饰演者解耦了
    通过引入导演，剧本和具体的饰演者解耦了，对应到软件中，导演象是一个装配器，将具体的饰演者赋给了剧本的角色。
现在我们可以反过来讲解IoC的概念了。IoC（Inverse of Control）的字面意思是控制反转，它包括两个层面的内容：其一是“控制”，其二是“反转”，到底是什么东西的控制被反转了呢？对应到前面的例子，“控制”是指GeLi角色扮演者的选择控制权，“反转”是指这种选择控制权从《墨攻》剧本中移除，转交到导演的手中。对于程序来说，即是某一接口具体实现类的选择控制权从客户类中移除，转交给第三方来确定，客户类不知道是哪个具体的实现类，它通过接口方法对实现类进行调用。

    因为IoC确实不够开门见山，因此业界曾进行了广泛的讨论，最终软件界的泰斗级人物Martin Fowler提出了DI（依赖注入：Dependency Injection）的概念，即将客户类对接口实现类的依赖关系由第三方（容器或协作类）注入，以移除客户类对具体接口实现类的依赖。“依赖注入”的概念显然比“控制反转”直接达意，易于理解。

 

IoC的三种类型

  从注入方法上看，主要可以划分为三种的注入类型，分别是构造函数注入、属性注入和接口注入，Spring支持构造函数注入和属性注入。下面我们继续使用以上的例子说明这三种注入方法的区别。

■构造函数注入
    我们通过客户类的构造函数，将接口实现类通过接口变量传入，如代码清单 3 3所示：
                     代码清单 3 MoAttack：通过构造函数注入革离扮演者

 

public class MoAttack ...{

   private GeLi geli;

   public MoAttack(GeLi geli)...{ ① 注入革离的具体扮演者

    this.geli = geli;

   }

 public void cityGateAsk()

   ...{

    geli.responseAsk(“墨者革离！”);

   }

}

 

     MoAttack的构造函数不关心具体是谁扮演革离这个角色，只要在①处传入的扮演者按剧本要求完成角色功能即可。
角色的具体扮演者由导演来安排，如代码清单 3 4所示：
                                            代码清单 4 Director：通过构造函数注入革离扮演者

public class Director ...{

   public void direct()...{

    GeLi geli = new LiuDeHua(); ① 指定角色的扮演者

    MoAttack moAttack = new MoAttack(geli); ②注入具体扮演者到剧本中

    moAttack.cityGateAsk();

   }

}

 

    在①处，导演安排刘德华饰演革离的角色，并在②处，将刘德华“注入”到墨攻的剧本中，然后开始“城门问答”剧段的演出工作。
  
■ 属性注入
     有时，导演会发现，虽然革离是影片《墨攻》的第一主人公，但并非每场戏都需要革离的出现，通过构造函数方式注入显得很不妥当，在这种情况下，可以使用属性注入进行改造。属性注入通过setter方法完成客户类所需依赖的注入，更灵活，更方便。
                    代码清单 5 MoAttack：通过setter方法注入革离扮演者

public class MoAttack ...{

 private GeLi geli;

 public void setGeli(GeLi geli)...{ ① 属性注入方法

  this.geli = geli;

 }

 public void cityGateAsk()...{

  geli.responseAsk("墨者革离");

 }

}

 

   MoAttack在①处为geli属性提供一个setter方法，以便让导演在拍需要革离的戏时才将注入geli的具体扮演者，而不需要刘德华从头到尾跟着墨攻剧组跑。
      代码清单 6 Director：通过setter方法注入革离扮演者

public class Director ...{

   public void direct()...{

    GeLi geli = new LiuDeHua();

    MoAttack moAttack = new MoAttack();

    moAttack.setGeli(geli); ① 调用属性setter方法注入

    moAttack.cityGateAsk();

   }

}

 

    和通过构造函数注入革离扮演者不同，在实例化MoAttack时，并未指定任何扮演者，而是在实例化MoAttack后，调用其setGeli()方法注入扮演者。按照类似的方式，我们还可以为剧本中其他如巷淹中，梁王等角色分别提供注入的setter方法，导演即可以根据所拍剧段的不同，注入所需要的角色了。

■接口注入
     将客户类所有注入的方法抽取到一个接口中，客户类通过实现这一接口提供注入的方法。为了采取接口注入的方式，需要声明一个额外的接口：

public interface ActorArrangable ...{

   void injectGeli(GeLi geli);

}

 

    然后，MoAttack实现这个接口并实现接口中的方法：
             代码清单 7 MoAttack：通过接口方法注入革离扮演者

public class MoAttack implements ActorArrangable...{

    private GeLi geli;

    public void injectGeli (GeLi geli)...{ ① 实现接口方法

        this.geli = geli;

    }

    public void cityGateAsk()...{

        geli.responseAsk("墨者革离");

    }

}

 

Director通过ActorArrangable的injectGeli()方法完成扮演者的注入工作。
   代码清单 8 Director：通过接口方法注入革离扮演者

public class Director ...{

   public void direct()...{

       GeLi geli = new LiuDeHua();

       MoAttack moAttack = new MoAttack();

       moAttack. injectGeli (geli);

       moAttack.cityGateAsk();

   }

}

 

   由于通过接口注入需要额外声明一个接口，增加了类的数目，而且它的效果和属性注入并无本质区别，因此我们不提倡这种方式。

 

通过容器完成依赖关系的建立

   虽然MoAttack和LiuDeHua实现了解耦，无需关注实现类的实例化工作，但这些工作在代码中依然存在，只是转移到Director中而已，导致导演的权力非常大，潜规则不断滋生。假设某一制片人想改变这一局面，在相中某个剧本后，通过一个“海选”或者第三公正中介来选择导演、演员，让他们各司其职，那剧本、导演、演员就都实现解耦了。
所谓媒体“海选”和中介机构在程序领域即是一个第三方容器，它帮助我们完成类的初始化和装配工作，让我们从这些底层的实现类实例化，依赖关系的装配中脱离出来，专注于更有意思的业务代码的编写工作，那确实是挺惬意的事情。Spring就是这样一个容器，它通过配置文件描述类之间的依赖关系，下面是Spring配置文件的对以上实例进行配置的样式代码：

<beans>

   <bean id="geli" class="com.baobaotao.LiuDeHua"></bean>

   <bean id="moAttack" class=" com.baobaotao.MoAttack">

      <property name="geli"><ref bean="geli"/></property>

   </bean></beans>

 

     通过new XmlBeanFactory(“beans.xml”)等方式即可启动容器，在容器启动时，Spring根据配置文件的描述信息，通过Java的反射机制自动实例化Bean并完成依赖关系的建立，从容器中即可返回准备就绪的Bean实例，以待后续的使用。

 

小结

    随着Spring的广泛应用，IoC的概念被越来越多的提及，可是很多说者因为IoC本身的晦涩往往并不清楚其中的意义，我们通过时下叫座的贺岁大片《墨攻》来解释IoC的概念，相信对加深IoC概念的理解有所补益。