PHP设计模式-谈谈控制反转（IoC）、依赖注入（DI）和工厂模式

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Github (8) php (7) laravel (1) ioc (1) di (1)

PHP设计模式-谈谈控制反转（IoC）、依赖注入（DI）和工厂模式

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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）

相关链接

原文：https://www.jianshu.com/p/c31c202fa369

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最后编辑时间为:2020-11-26 00:00:00