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05 | Spring DI容器：如何分析一个软件的模型？

2023-09-18 15:42:26

来源：极客时间

阅读量：

DI 容器的引入有效地解决了对象的创建和组装的问题我以 Spring 的 DI 容器为例给你讲解了如何理解模型对象的创建和组装都由 DI 容器完成了要了解模型设计的来龙去脉要了解这个模型设计的来龙去脉

你好！我是郑晔。

在上一讲中，我们讨论了如何了解一个软件的设计，主要是从三个部分入手：模型、接口和实现。那么，在接下来的三讲中，我将结合几个典型的开源项目，告诉你如何具体地理解一个软件的模型、接口和实现。

今天这一讲，我们就先来谈谈了解设计的第一步：模型。如果拿到一个项目，我们怎么去理解它的模型呢？

我们肯定要先知道项目提供了哪些模型，模型又提供了怎样的能力。这是所有人都知道的事情，我并不准备深入地去探讨。但如果只知道这些，你只是在了解别人设计的结果，这种程度并不足以支撑你后期对模型的维护。

在一个项目中，常常会出现新人随意向模型中添加内容，修改实现，让模型变得难以维护的情况。造成这一现象的原因就在于他们对于模型的理解不到位。

我们都知道，任何模型都是为了解决问题而生的，所以，理解一个模型，需要了解在没有这个模型之前，问题是如何被解决的，这样，你才能知道新的模型究竟提供了怎样的提升。也就是说，理解一个模型的关键在于，要了解这个模型设计的来龙去脉，知道它是如何解决相应的问题。

今天我们以 Spring 的 DI 容器为例，来看看怎样理解软件的模型。

耦合的依赖
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Spring 在 Java 世界里绝对是大名鼎鼎，如果你今天在做 Java 开发而不用 Spring，那么你大概率会被认为是个另类。

今天很多程序员都把 Spring 当成一个成熟的框架，很少去仔细分析 Spring 的设计。但作为一个从 0.8 版本就开始接触 Spring 的程序员，我刚好有幸经历了 Spring 从渺小到壮大的过程，得以体会到 Spring 给行业带来的巨大思维转变。

如果说 Spring 这棵参天大树有一个稳健的根基，那其根基就应该是 Spring 的 DI 容器。DI 是 Dependency Injection 的缩写，也就是“依赖注入”。Spring 的各个项目都是这个根基上长出的枝芽。

那么，DI 容器要解决的问题是什么呢？它解决的是组件创建和组装的问题，但是为什么这是一个需要解决的问题呢？这就需要我们了解一下组件的创建和组装。

在前面的课程中，我讲过，软件设计需要有一个分解的过程，所以，它必然还要面对一个组装的过程，也就是把分解出来的各个组件组装到一起，完成所需要的功能。

为了叙述方便，我采用 Java 语言来进行后续的描述。

我们从程序员最熟悉的一个查询场景开始。假设我们有一个文章服务（ArticleService）提供根据标题查询文章的功能。当然，数据是需要持久化的，所以，这里还有一个 ArticleRepository，用来与持久化数据打交道。

熟悉 DDD 的同学可能发现了，这个仓库（Repository）的概念来自于 DDD。如果你不熟悉也没关系，它就是与持久化数据打交道的一层，和一些人习惯的 Mapper 或者 DAO（Data Access Object）类似，你可以简单地把它理解成访问数据库的代码。

class ArticleService {

//提供根据标题查询文章的服务

Article findByTitle(final String title) {

...

}

interface ArticleRepository {

//在持久化存储中，根据标题查询文章

Article findByTitle(final String title)；

}

在 ArticleService 处理业务的过程中，需要用到 ArticleRepository 辅助它完成功能，也就是说，ArticleService 要依赖于 ArticleRepository。这时你该怎么做呢？一个直接的做法就是在 ArticleService 中增加一个字段表示 ArticleRepository。

class ArticleService {

private ArticleRepository repository;

public Article findByTitle(final String title) {

// 做参数校验

return this.repository.findByTitle(title);

}

目前看起来一切都还好，但是接下来，问题就来了，这个字段怎么初始化呢？程序员一般最直接的反应就是直接创建这个对象。这里选用了一个数据库版本的实现（DBArticleRepository）。

class ArticleService {

private ArticleRepository repository \= new DBArticleRepository();

public Article findByTitle(final String title) {

// 做参数校验

return this.repository.findByTitle(title);

}

看上去很好，但实际上 DBArticleRepository 并不能这样初始化。正如这个实现类的名字所表示的那样，我们这里要用到数据库。但在真实的项目中，由于资源所限，我们一般不会在应用中任意打开数据库连接，而是会选择共享数据库连接。所以，DBArticleRepository 需要一个数据库连接（Connection）的参数。在这里，你决定在构造函数里把这个参数传进来。

class ArticlService {

private ArticleRepository repository;

public ArticlService(final Connection connection) {

this.repository = new DBArticleRepository(connection);

}

public Article findByTitle(final String title) {

// 做参数校验

return this.repository.findByTitle(title);

}

好，代码写完了，它看上去一切正常。如果你的开发习惯仅仅到此为止，可能你会觉得这还不错。但我们并不打算做一个只写代码的程序员，所以，我们要进入下一个阶段：测试。

一旦开始准备测试，你就会发现，要让 ArticleService 跑起来，那就得让 ArticleRepository 也跑起来；要让 ArticleRepository 跑起来，那就得准备数据库连接。

是不是觉得太麻烦，想放弃测试。但有职业素养的你，决定坚持一下，去准备数据库连接信息。

然后，真正开始写测试时，你才发现，要测试，你还要在数据库里准备各种数据。比如，要测查询，你就得插入一些数据，看查出来的结果和插入的数据是否一致；要测更新，你就得先插入数据，测试跑完，再看数据更新是否正确。

不过，你还是没有放弃，咬着牙准备了一堆数据之后，你突然困惑了：我在干什么？我不是要测试服务吗？做数据准备不是测试仓库的时候应该做的事吗？

那么，问题出在哪儿呢？其实就在你创建对象的那一刻，问题就出现了。

分离的依赖
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为什么说从创建对象开始就出问题了呢？

因为当我们创建一个对象时，就必须要有一个具体的实现类，对应到我们这里，就是那个 DBArticleRepository。虽然我们的 ArticleService 写得很干净，其他部分根本不依赖于 DBArticleRepository，只在构造函数里依赖了，但依赖就是依赖。

与此同时，由于要构造 DBArticleRepository 的缘故，我们这里还引入了 Connection 这个类，这个类只与 DBArticleRepository 的构造有关系，与我们这个 ArticleService 的业务逻辑一点关系都没有。

所以，你看到了，只是因为引入了一个具体的实现，我们就需要把它周边配套的东西全部引入进来，而这一切与这个类本身的业务逻辑没有任何关系。

这就好像，你原本打算买一套家具，现在却让你必须了解树是怎么种的、怎么伐的、怎么加工的，以及家具是怎么设计、怎么组装的，而你想要的只是一套能够使用的家具而已。

这还只是最简单的场景，在真实的项目中，构建一个对象可能还会牵扯到更多的内容：

根据不同的参数，创建不同的实现类对象，你可能需要用到工厂模式。

为了了解方法的执行时间，需要给被依赖的对象加上监控。

依赖的对象来自于某个框架，你自己都不知道具体的实现类是什么。

……

所以，即便是最简单的对象创建和组装，也不像看起来那么简单。

既然直接构造存在这么多的问题，那么最简单的办法就是把创建的过程拿出去，只留下与字段关联的过程：

class ArticleService {

private ArticleRepository repository;

public ArticleService(final ArticleRepository repository) {

this.repository = repository;

}

public Article findByTitle(final String title) {

// 做参数校验

return this.repository.findByTitle(title);

}

这时候，ArticleService 就只依赖 ArticleRepository。而测试 ArticleService 也很简单，只要用一个对象将 ArticleRepository 的行为模拟出来就可以了。通常这种模拟对象行为的工作用一个现成的程序库就可以完成，这就是那些 Mock 框架能够帮助你完成的工作。

或许你想问，在之前的代码里，如果我用 Mock 框架模拟 Connection 类是不是也可以呢？理论上，的确可以。但是想要让 ArticleService 的测试通过，就必须打开 DBArticleRepository 的实现，只有配合着其中的实现，才可能让 ArticleService 跑起来。显然，你跑远了。

现在，对象的创建已经分离了出去，但还是要要有一个地方完成这个工作，最简单的解决方案自然是，把所有的对象创建和组装在一个地方完成：

...

ArticleRepository repository \= new DBArticleRepository(connection);

AriticleService service \= new ArticleService(repository);

...

相比于业务逻辑，组装过程并没有什么复杂的部分。一般而言，纯粹是一个又一个对象的创建以及传参的过程，这部分的代码看上去会非常的无聊。

虽然很无聊，但这一部分代码很重要，最好的解决方案就是有一个框架把它解决掉。在 Java 世界里，这种组装一堆对象的东西一般被称为“容器”，我们也用这个名字。

Container container = new Container();

container.bind(Connection.class).to(connection);

container.bind(ArticleReposistory.class).to(DBArticleRepository.class);

container.bind(ArticleService.class).to(ArticleService.class)

ArticleService service = container.getInstance(ArticleService.class);

至此，一个容器就此诞生。因为它解决的是依赖的问题，把被依赖的对象像药水一样，注入到了目标对象中，所以，它得名“依赖注入”（Dependency Injection，简称 DI）。这个容器也就被称为 DI 容器了。

至此，我简单地给你介绍了 DI 容器的来龙去脉。虽然上面这段和 Spring DI 容器长得并不一样，但其原理是一致的，只是接口的差异而已。

事实上，这种创建和组装对象的方式在当年引发了很大的讨论，直到最后 Martin Fowler 写了一篇《反转控制容器和依赖注入模式》的文章，才算把大家的讨论做了一个总结，行业里总算是有了一个共识。

那段时间，DI 容器也得到了蓬勃的发展，很多开源项目都打造了自己的 DI 容器，Spring 是其中最有名的一个。只不过，Spring 并没有就此止步，而是在这样一个小内核上面发展出了更多的东西，这才有了我们今天看到的庞大的 Spring 王国。

讲到这里，你会想，那这和我们要讨论的“模型”有什么关系呢？

正如我前面所说，很多人习惯性把对象的创建和组装写到了一个类里面，这样造成的结果就是，代码出现了大量的耦合。时至今日，很多项目依然在犯同样的错误。很多项目测试难做，原因就在于此。这也从另外一个侧面佐证了可测试性的作用，我们曾在第 3 讲中说过：可测试性是衡量设计优劣的一个重要标准。

由此可见，在没有 DI 容器之前，那是怎样的一个蛮荒时代啊！

有了 DI 容器之后呢？你的代码就只剩下关联的代码，对象的创建和组装都由 DI 容器完成了。甚至在不经意间，你有了一个还算不错的设计：至少你做到了面向接口编程，它的实现是可以替换的，它还是可测试的。与之前相比，这是一种截然不同的思考方式，而这恰恰就是 DI 容器这个模型带给我们的。

而且，一旦有了容器的概念，它还可以不断增强。比如，我们想给所有与数据库相关的代码加上时间监控，只要在容器构造对象时添加处理即可。你可能已经发现了，这就是 AOP（Aspect Oriented Programming，面向切面编程）的处理手法。而这些改动，你的业务代码并无感知。

Spring 的流行，对于提升 Java 世界整体编程的质量是大有助益的。因为它引导的设计方向是一个好的方向，一个普通的 Java 程序员写出来的程序只要符合 Spring 引导的方向，那么它的基本质量就是有保障的，远超那个随意写程序的年代。

不过，如果你不能认识到 DI 容器引导的方向，我们还是无法充分利用它的优势，更糟糕的是，我们也不能太低估一些程序员的破坏力。我还是见过很多程序员即便在用了 Spring 之后，依然是自己构造对象，静态方法满天飞，把原本一个还可以的设计，打得七零八落。

你看，通过上面的分析，我们知道了，只有理解了模型设计的来龙去脉，清楚认识到它在解决的问题，才能更好地运用这个模型去解决后面遇到的问题。如果你是这个项目的维护者，你才能更好地扩展这个模型，以便适应未来的需求。

总结时刻
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今天，我们学习了如何了解设计的第一部分：看模型。理解模型，要知道项目提供了哪些模型，这些模型都提供了怎样的能力。但还有更重要的一步就是，要了解模型设计的来龙去脉。这样，一方面，可以增进了我们对它的了解，但另一方面，也会减少我们对模型的破坏或滥用。

我以 Spring 的 DI 容器为例给你讲解了如何理解模型。DI 容器的引入有效地解决了对象的创建和组装的问题，让程序员们拥有了一个新的编程模型。

按照这个编程模型去写代码，整体的质量会得到大幅度的提升，也会规避掉之前的许多问题。这也是一个好的模型对项目起到的促进作用。像 DI 这种设计得非常好的模型，你甚至不觉得自己在用一个特定的模型在编程。

有了对模型的了解，我们已经迈出了理解设计的第一步，下一讲，我们来看看怎样理解接口。

如果今天的内容你只能记住一件事，那请记住：理解模型，要了解模型设计的来龙去脉。

![](https://static001.geekbang.org/resource/image/50/a2/50983d3d104c811f33f02db1783d4da2.jpg)

思考题
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最后，我想请你思考一个问题，DI 容器看上去如此地合情合理，为什么在其他编程语言的开发中，它并没有流行起来呢？欢迎在留言区写下你的思考。

感谢阅读，如果你觉得这一讲的内容对你有帮助的话，也欢迎把它分享给你的朋友。

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