對于許多開發(fā)人員來說，控制反演（IoC）都是一個模糊的概念，因為他們在現(xiàn)實世界中很少或沒有被應用過。在最好的情況下，控制反演（IoC）可以加單的認為是等效于依賴注入（DI）。實際上，只有在翻轉(zhuǎn)控制與依賴注入雙方都只是反映翻轉(zhuǎn)依賴管理控制的時候，才認為兩者是等效的。雖然，依賴注入實際上是IoC的一種眾所周知的形式。但是，事實上IoC卻是一個相對更為廣泛的軟件設(shè)計范例，可以通過多種模式來進行實現(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現(xiàn)控制反轉(zhuǎn)的。

正如許多其他設(shè)計模式，是從各種各樣的使用場景中總結(jié)出來的，IoC的實現(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，以及將應用邏輯封裝在一個單一的地方，是實現(xiàn)IoC的直接而又自然的一種方式。
另一方面，上述實現(xiàn)需要至少需要構(gòu)建一個間接層，然而在某些用例中，這可能又是一種過度設(shè)計了。
接下來，不妨看幾個具體的實現(xiàn)，這將有助于您了解，如何在這些屬性之間進行權(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IOC經(jīng)典范例，該范例實現(xiàn)的功能是從控制臺中收集用戶數(shù)據(jù)。

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();
    }
  }
}

這個用例中，在main方法中進行流程控制：在無限循環(huán)調(diào)用中，讀取用戶輸入，并將讀取的內(nèi)容輸出到控制臺上。完全又main方法控制何時去讀取用戶輸入，何時去輸出。

考慮下，上述程序的一個新版本，該版本中需要通過圖形界面中的文本框來收件用戶輸入，另外還有個按鈕，該按鈕上綁定有一個action監(jiān)聽器。這樣的話，用戶每次點擊按鈕，輸入的文本由監(jiān)聽器收集并打印到面板。

在這個版本的程序中，它實際上是由事件監(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。該框架實際上是一個可擴展的結(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。

這種情況下，控制已經(jīng)被有效的反轉(zhuǎn)了。

從更通用的角度來看，由框架定義的每個可調(diào)用擴展點（以接口實現(xiàn)，實現(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，下述這個簡單的Servlet例子：

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這個子類。在由servlet容器創(chuàng)建之后，當收到servlet的GET和POST的HTTP請求，doGet（）和doPost（）方法中的代碼會分別自動調(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。

事實上，servlet的方法是模板方法模式的實現(xiàn)，稍后我們再深入討論。

使用那些通過提供可擴展API，秉承開閉原則的框架時，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)人員要么通過實現(xiàn)框架提供的一個或多個接口方式，要么通過繼承現(xiàn)有基類的方式。反過來，類的實例卻是直接框架進行實例化，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，我們會打電話給你。

IOC的實現(xiàn)方式

該問題上，顯而易見的是，實現(xiàn)控制反轉(zhuǎn)是有幾種不同方法的。我們不妨來總結(jié)一下，那些常見的實現(xiàn)方式。

注入依賴實現(xiàn)IOC
如前所述，注入依賴是IOC的一種實現(xiàn)方式，而且是最常見的一種面向?qū)ο笤O(shè)計方式。但是，思考一下：注入依賴究竟是如何達到控制反轉(zhuǎn)效果的呢？

為了回答這個問題，我們給出如下一個原始的例子：

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，用于在一個隊列中去存放User對象（為了簡單明了，此處忽略User的具體實現(xiàn)）。AbstractUserQueue則是為后續(xù)的繼承類，提供了一些公用的方法實現(xiàn)。最后的UserFifoQueue 和 UserLifoQueue，則是分別實現(xiàn)了FIFO 和 LIFO 隊列。

這是，實現(xiàn)子類多態(tài)性的一種有效方式。但是這具體用什么來買我們好處呢？實際上，好處還是蠻多的。

通過創(chuàng)建一個依賴于UserQueue抽象類型（也稱為DI術(shù)語中的服務）的客戶端類，可以在運行時注入不同的實現(xiàn)，無需會重構(gòu)使用客戶端類的代碼：

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)中實例化在UserProcessor中獲取對隊列的依賴關(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)系之間的強耦合，并大大降低了可測性。耳邊警鐘聲聲想起啦！不是嗎？是的，這樣設(shè)計真的很挫。

該類在構(gòu)造函數(shù)中聲明對抽象類 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；而是在注入器中進行：

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();
}

上述方式達到了預期效果，而且對UserLifoQueue的注入也簡單明了。顯而易見，DI確實是實現(xiàn)IOC的一種方式（該例中，DI是實現(xiàn)IOC的一個中間層）。

觀察者模式實現(xiàn)IOC

直接通過觀察者模式實現(xiàn)IOC，也是一種常見的直觀方式。廣義上講，通過觀察者實現(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（點擊鼠標，鍵盤或窗口事件等），才會發(fā)生調(diào)用。觀察者模式通常用于在模型視圖的上下文中，跟蹤模型對象的狀態(tài)的變遷。

在一個典型的實現(xiàn)中，一到多個觀察者綁定到可觀察對象（也稱為模式術(shù)語中的主題），例如通過調(diào)用addObserver方法進行綁定。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)的變遷都會觸發(fā)調(diào)用觀察者的操作。

為了深入了解這個概念，給出如下例子：

@FunctionalInterface
public interface SubjectObserver {
 
  void update();
 
}

值發(fā)生改變時，會觸發(fā)調(diào)用上述這個很簡單的觀察者。真實情況下，通常會提供功能更豐富的API，如需要保存變化的實例，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單。

下面，給出一個被觀察者類:

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，當通過setter方法變更其狀態(tài)事，都會觸發(fā)調(diào)用綁定到它的觀察者。

使用主題觀察者和主題，以下是實例給出了觀察方式：

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User對象的狀態(tài)通過setter方法進行修改時，觀察者將被通知并向控制臺打印出一條消息。到目前為止，給出了觀察者模式的一個簡單用例。不過，通過這個看似簡單的用例，我們了解到在這種情況下控制是如何實現(xiàn)反轉(zhuǎn)的。

觀察者模式下，主題就是起到”框架層“的作用，它完全主導何時何地去觸發(fā)誰的調(diào)用。觀察者的主動權(quán)被外放，因為觀察者無法主導自己何時被調(diào)用（只要它們已經(jīng)被注冊到某個主題中的話）。這意味著，實際上我們可以發(fā)現(xiàn)控制被反轉(zhuǎn)的”事發(fā)地“ – - – 當觀察者綁定到主題時：

user.addObserver(() -> System.out.println(
      "Observable subject " + user + " has changed its state."));

上述用例，簡要說明了為什么，觀察者模式（或GUI驅(qū)動環(huán)境中的action監(jiān)聽器）是實現(xiàn)IoC的一種非常簡單的方式。正是以這種分散式設(shè)計軟件組件的形式，使得控制得以發(fā)生反轉(zhuǎn)。

通過模板方法模式實現(xiàn)IoC

模板方法模式實現(xiàn)的思想是在一個基類中通過幾個抽象方法（也稱算法步驟）來定義一個通用的算法，然后讓子類提供具體的實現(xiàn)，這樣保證算法結(jié)構(gòu)不變。

我們可以應用這個思想，定義一個通用的算法來處理領(lǐng)域?qū)嶓w：

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() 方法是個模板方法，它定義了處理實體的算法，而抽象方法代表了算法的步驟，它們必須在子類中實現(xiàn)。通過多次繼承 EntityProcessor 并實現(xiàn)不同的抽象方法，可以實現(xiàn)若干算法版本。

雖然這說清楚了模板方法模式背后的動機，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，相對真實的情況是：子類實現(xiàn)的方法(算法步驟)被基類的模板方法調(diào)用。因此，控制實際是在基類中進行的，而不是在子類中。
這也是 IoC 的典型例子，通過分層結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。這種情況下，模板方法只是可調(diào)的擴展點的一個漂亮的名字，被開發(fā)者用來管理自己的一系列實現(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，但對于多數(shù)開發(fā)者來說，這個模式仍然很模糊，對其應用也受限于依賴注入。在這篇文章中，我展示了幾種實際可用的實現(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 框架來處理。
觀察者模式：當主體發(fā)生變化時，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，而不是實現(xiàn)算法步驟的子類中。
像往常一樣，怎樣以及何時使用 IoC 是通過對每個用例的分析來決定的，不要為了 IoC 而 IoC。

以上就是本文的全部內(nèi)容，希望對大家的學習有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。

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