依赖注入的优缺点与最佳实践-编程知识

1 什么是依赖注入

依赖注入，全称Dependency Injection，简称DI。

在我们深入探讨之前，先来聊聊“依赖”和“注入”这两个比较术语的词。打个比方，你可以把“依赖”想象成电器设备的外接电线，而“注入”就像是把这根电线插到电源插座里，使用依赖注入就好比是你不需要知道电源插座在哪里，只需要知道有人会在你需要的时候为你插上插座，让电流连通，使设备工作。

在软件设计中，“依赖”指的是一个类需要调用的其他类或者服务，而“注入”则是指将这些所需的类或服务传递给需要它们的类的过程。使用“依赖注入”技术，我们可以在运行时将依赖关系传递给对象，而不是让对象自己去创建或查找它们需要的依赖。

如此，则软件中的组件可以在不同环境下重复使用，就像家里的电器可以随意在不同的插座上使用一样，不用担心它们的电源问题。“依赖注入”让我们的代码更加灵活，更容易维护和扩展。

2 为什么需要依赖注入

2.1 为什么需要控制反转

依赖注入其实是控制反转（IOC）的一种实现方式。

控制反转（Inversion of Control，IOC）是一种设计原则，它让我们能够将程序的控制权从程序本身转移到外部容器或框架上。需要控制反转的具体理由主要包括如下几点：

实际只需要对象提供的服务，不需要关心对象从何而来。
时空转变时，可能需要不同的对象来提供类似的服务，比如对于数据库操作服务，单元测试时需要模拟操作，而实际运行时需要真实操作。
拥有对象的控制权时，需要不断的改造自己，麻烦且容易出问题。比如依赖项的构造函数变化、具体实现的更改等。
将对象创建的控制权交出去，让外部场景来提供合适的服务对象。这可以让程序更容易组件化，更方便组合。

想象一下，如果你是一位导演，你肯定希望能够专注于电影拍摄部分，而不是每天都忙于处理拍摄场地的预订、设备的采购这些琐事。这就是控制反转的魅力所在——它允许我们专注于核心业务逻辑，而将创建对象、管理生命周期等琐事交给框架去处理。

2.2 控制反转的需求举例：发消息

我们的业务需要向用户发送消息。最开始，我们可能使用短信来实现这一功能。随着技术的发展，我们可能改用微信消息，未来甚至可能使用一种全新的通讯方式——比如X信。

如果我们的代码直接依赖于某种特定的消息发送方式，每当需要改变时，我们都需要修改代码，这无疑是非常繁琐和容易出错的。控制反转让我们可以轻松应对这种变化，因为我们只需更换提供服务的对象即可。

2.3 控制反转的其他实现：依赖查找（DL）

除了依赖注入，依赖查找（Dependency Lookup，DL）也是实现控制反转的一种方式。它的思路是在需要的时候，我们主动向一个管理容器询问或查找我们需要的依赖。这种方式比较传统，仍然依赖于容器的API，就像你需要知道每个插座在哪里，以及如何打开开关一样，这对于软件的解耦并不是最佳选择。

3 实现方式

3.1 使用接口

通过接口来抽象依赖是一个比较好的编程实践。在这种情况下，组件不会直接创建它们需要的依赖，而是通过引用接口来获得这些依赖的具体实现。这就像是制定一个规则，所有需要电力的设备都必须有一个标准的插头，这样它们就可以从任何一个标准插座获得电力。

注意使用接口不是必需的，你完全可以将一个不实现接口的类型实例注入到程序中。

3.2 基于set方法

在这种情况下，组件会提供一个公开的set方法，容器可以通过这个方法将依赖传递给组件。这就好比每个电器都有一个开关，当需要电力时，你只需打开开关即可。

3.3 基于构造函数

基于构造函数的注入是最直接的方式之一。当创建一个新的对象时，我们可以在构造函数中传递所有需要的依赖。这就像是买一个需要电池的设备时，店家直接给你装好电池，你拿回家就可以直接使用。

3.4 基于注解

在一些现代编程语言中，我们还可以使用注解（Annotations）来实现依赖注入。例如，在Java中，我们可以在构造函数、set方法、私有字段等元素上添加"@Autowired"注解，这样容器就会自动为我们注入依赖。

这就像是有一个自动插电系统，你只需要打开电器，它就会自动为你供电。

注意Spring中不再推荐使用"@Autowired"直接注解字段，因为这样写容易出Bug，还会让程序和依赖注入框架产生耦合。

4 开发语言支持

很多开发语言本身或者通过第三方框架提供了对依赖注入的支持，下边是一些介绍。

4.1 C++

在C++标准库中没有对依赖注入的支持，但是社区有Google Fruit、Boost.DI、Hypodermic这样的框架，它们提供了依赖注入的能力。使用这些框架，C++开发者可以更容易地管理对象的生命周期和依赖关系。

4.2 Java

Java可能是依赖注入最为流行的领域之一，Spring Framework就是一个典型的例子。它提供了一整套依赖注入的解决方案，极大地简化了Java应用的开发。

4.3 .NET

在.NET世界中，ASP.NET Core默认就支持依赖注入，另外还可以选择Ninject、Autofac、Spring.NET等框架。这些框架使得.NET开发者可以轻松地实现依赖注入，使他们的应用程序更加模块化和可测试。

4.4 PHP

PHP也不例外，Phalcon和Laravel等框架提供了依赖注入的功能，使得PHP开发更加现代化，易于管理和维护。

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这里为了让大家更好的感受，我们举一个Spring Boot的例子：

首先声明一个日志接口：

public interface ILogger {void log(String message);
}

然后创建一个实现类，我们使用 @Component 注解来标记 ConsoleLogger 作为一个可注入的组件。

import org.springframework.stereotype.Component;@Component
public class ConsoleLogger implements ILogger {@Overridepublic void log(String message) {System.out.println("Log: " + message);}
}

然后创建一个 Application 类，它使用 @Service 注解，并通过构造函数注入 ILogger 依赖。

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Service;@Service
public class Application {private final ILogger logger;@Autowiredpublic Application(ILogger logger) {this.logger = logger;}public void run() {logger.log("Application is running.");}
}

在 SpringApplicationMain 主类中注入 Application 类的实例并运行它。SpringApplicationMain 类实现了 CommandLineRunner 接口，当 Spring Boot 应用启动时，run 方法将被自动调用，然后会执行 application.run()。

import org.springframework.boot.CommandLineRunner;
import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
import org.springframework.context.annotation.Bean;@SpringBootApplication
public class SpringApplicationMain implements CommandLineRunner {private final Application application;public SpringApplicationMain(Application application) {this.application = application;}public static void main(String[] args) {SpringApplication.run(SpringApplicationMain.class, args);}@Overridepublic void run(String... args) {application.run();}
}

优缺点

5.1 优点

代码解耦：通过依赖注入，我们可以降低类与类之间的耦合度。这就好比你的手机、笔记本电脑和台式机可以使用同一个充电器一样方便。这种解耦让每个类更加专注于自己的职责，而不是担心如何与其他类协作。
测试便利性：当你需要对某个类进行单元测试时，你可以轻松地替换它依赖的组件，使用模拟（Mock）对象来代替真实的实现。
可维护性和可扩展性：随着业务的发展，需求会发生变化。依赖注入使得我们可以不改变现有代码的情况下，扩展或替换组件。这就像是为了应对不同的电压，你可以更换不同的电源适配器，而不是去修改电器本身。

5.2 缺点

学习曲线：对于初学者来说，依赖注入可能会带来一定的学习挑战。理解控制反转和依赖注入的概念，以及如何在项目中正确使用它们，可能需要一定的时间和实践。
过度设计：在一些简单的应用场景中，使用依赖注入可能会使得项目过度设计，增加不必要的复杂性。这就像是用一个巨大的电源站来给一盏台灯供电，虽然可行，但显然不是最优解。
运行时性能：虽然现代依赖注入框架的性能已经非常优秀，但在一些性能敏感的场景下，依赖注入可能会引入轻微的性能开销。这种开销可以比喻为插座和电器之间连接的电线长度，虽然影响微乎其微，但在某些情况下需要考虑。