依赖倒转原则(Dependence Inversion Principle、DIP)

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一、概念

依赖倒转原则(依赖倒置原则)的原始定义是:High level modules should not depend upon low level modules. Both should depend upon abstractions. Abstractions should not depend upon details. Details should depend upon abstractions。翻译过来,包含三层含义: 

  • 高层模块不应该依赖低层模块,两者都应该依赖其抽象;
  • 抽象不应该依赖细节;
  • 细节应该依赖抽象。

 高层模块和低层模块容易理解,每一个逻辑的实现都是由原子逻辑组成的,不可分割的原子逻辑就是低层模块,原子逻辑的再组装就是高层模块。那什么是抽象,什么又是细节呢?在Java语言中,抽象就是指接口或抽象类,两者都是不能直接被实例化的;细节就是实现类,实现接口或继承抽象类而产生的类就是细节,其特点就是可以直接被实例化,也就是可以加上一个关键字new产生一个对象。依赖倒置原则在Java语言中的表现就是:

  • 模块间的依赖是通过抽象发生,实现类之间不发生直接的依赖关系,其依赖关系是通过接口或抽象类产生的;
  • 接口或抽象类不依赖于实现类;
  • 实现类依赖接口或抽象类。

更加精简的定义就是“面向接口编程”——OOD(Object-Oriented Design,面向对象设计)的精髓之一。

二、例子

引入依赖倒置原则后的类图如图

 建立两个接口:IDriver和ICar,分别定义了司机和汽车的各个职能,司机就是驾驶汽车,必须实现drive()方法。

司机接口:

public interface IDriver {
//是司机就应该会驾驶汽车
public void drive(ICar car);
}

接口只是一个抽象化的概念,是对一类事物的最抽象描述,具体的实现代码由相应的实现类来完成,Driver实现类。

司机类的实现:

public class Driver implements IDriver{
    //司机的主要职责就是驾驶汽车
    public void drive(ICar car){
    car.run();
    } 
}

在IDriver中,通过传入ICar接口实现了抽象之间的依赖关系,Driver实现类也传入了ICar接口,至于到底是哪个型号的Car需要在高层模块中声明。

     ICar及其两个实现类的实现过程如下。

汽车接口及两个实现类:

public interface ICar {
    //是汽车就应该能跑
    public void run();
}

public class Benz implements ICar{
    //汽车肯定会跑
    public void run(){
    System.out.println("奔驰汽车开始运行...");
    }
}

public class BMW implements ICar{
    //宝马车当然也可以开动了
    public void run(){
    System.out.println("宝马汽车开始运行...");
    }
}

在业务场景中,我们贯彻“抽象不应该依赖细节”,也就是我们认为抽象(ICar接口)不依赖BMW和Benz两个实现类(细节),因此我们在高层次的模块中应用都是抽象,Client的实现过程如下

业务场景:

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
    IDriver zhangSan = new Driver();
    ICar benz = new Benz();
    //张三开奔驰车
    zhangSan.drive(benz);
    }

}

Client属于高层业务逻辑,它对低层模块的依赖都建立在抽象上,zhangSan的显示类型是IDriver,benz的显示类型是ICar,也许你要问,在这个高层模块中也调用到了低层模块,比如new Driver()和new Benz()等,如何解释?确实如此,zhangSan的显示类型是IDriver,是一个接口,是抽象的,非实体化的,在其后的所有操作中,zhangSan都是以IDriver类型进行操作,屏蔽了细节对抽象的影响。当然,张三如果要开宝马车,也很容易,我们只要修改业务场景类就可以,实现过程如下

张三驾驶宝马车的实现过程:

public class Client {
 
    public static void main(String[] args) {
    IDriver zhangSan = new Driver();
    ICar bmw = new BMW();
    //张三开奔驰车
    zhangSan.drive(bmw);
    }
 
}

在新增加低层模块时,只修改了业务场景类,也就是高层模块,对其他低层模块如Driver类不需要做任何修改,业务就可以运行,把“变更”引起的风险扩散降低到最小。

注意 在Java中,只要定义变量就必然要有类型,一个变量可以有两个类型:显示类型和真实类型,显示类型是在定义的时候赋予的类型,真实类型是对象的类型,如zhangSan的显示类型是IDriver,真实类型是Driver。

抽象是对实现的约束,对依赖者而言,也是一种契约,不仅仅约束自己,还同时约束自己与外部的关系,其目的是保证所有的细节不逃脱契约的范畴,确保约束双方按照既定的契约(抽象)共同发展,只要抽象这根基线在,细节就逃脱不了这个圈圈,始终让你的对象做到“言而有信”“言出必行”。

三、依赖的三种写法

在实现依赖倒转原则时,我们需要针对抽象层编程,而将具体类的对象通过依赖注入(DependencyInjection, DI)的方式注入到其他对象中,依赖注入是指当一个对象要与其他对象发生依赖关系时,通过抽象来注入所依赖的对象。常用的注入方式有三种,分别是:构造注入,设值注入(Setter注入)和接口注入。构造注入是指通过构造函数来传入具体类的对象,设值注入是指通过Setter方法来传入具体类的对象,而接口注入是指通过在接口中声明的业务方法来传入具体类的对象。这些方法在定义时使用的是抽象类型,在运行时再传入具体类型的对象,由子类对象来覆盖父类对象。

开闭原则、里氏代换原则和依赖倒转原则,在大多数情况下,这三个设计原则会同时出现,开闭原则是目标,里氏代换原则是基础,依赖倒转原则是手段,它们相辅相成,相互补充,目标一致,只是分析问题时所站角度不同而已。

四、最佳实践

依赖倒转原则的本质就是通过抽象(接口或抽象类)使各个类或模块的实现彼此独立,不互相影响,实现模块间的松耦合,我们怎么在项目中使用这个规则呢?只要遵循以下的几个规则就可以:

  • 每个类尽量都有接口或抽象类,或者抽象类和接口两者都具备。

     这是依赖倒置的基本要求,接口和抽象类都是属于抽象的,有了抽象才可能依赖倒置。

  • 变量的显示类型尽量是接口或者是抽象类。

     很多书上说变量的类型一定要是接口或者是抽象类,这个有点绝对化了,比如一个工具类,xxxUtils一般是不需要接口或是抽象类的。还有,如果你要使用类的clone方法,就必须使用实现类,这个是JDK提供一个规范。

  • 任何类都不应该从具体类派生。

     如果一个项目处于开发状态,确实不应该有从具体类派生出的子类的情况,但这也不是绝对的,因为人都是会犯错误的,有时设计缺陷是在所难免的,因此只要不超过两层的继承都是可以忍受的。特别是做项目维护的同志,基本上可以不考虑这个规则,为什么?维护工作基本上都是做扩展开发,修复行为,通过一个继承关系,覆写一个方法就可以修正一个很大的Bug,何必再要去继承最高的基类呢?

  • 尽量不要覆写基类的方法。

     如果基类是一个抽象类,而且这个方法已经实现了,子类尽量不要覆写。类间依赖的是抽象,覆写了抽象方法,对依赖的稳定性会产生一定的影响。

  • 结合里氏替换原则使用

     在里氏替换原则中,父类出现的地方子类就能出现,再结合本章节的讲解,我们可以得出这样一个通俗的规则: 接口负责定义public属性和方法,并且声明与其他对象的依赖关系,抽象类负责公共构造部分的实现,实现类准确的实现业务逻辑,同时在适当的时候对父类进行细化。

     讲了这么多,估计大家对“倒置”这个词还是有点不理解,那到底什么是“倒置”呢?我们先说“正置”是什么意思,依赖正置就是类间的依赖是实实在在的实现类间的依赖,也就是面向实现编程,这也是正常人的思维方式,我要开奔驰车就依赖奔驰车,我要使用笔记本电脑就直接依赖笔记本电脑,而编写程序需要的是对现实世界的事物进行抽象,抽象的结果就是有了抽象类和接口,然后我们根据系统设计的需要产生了抽象间的依赖,代替了人们传统思维中的事物间的依赖,“倒置”就是从这里产生的。

依赖倒置原则是六个设计原则中最难以实现的原则,它是实现开闭原则的重要途径,依赖倒置原则没有实现,就别想实现对扩展开放,对修改关闭。在项目中,大家只要记住是“面向接口编程”就基本上抓住了依赖倒转原则的核心。

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