浅谈依赖注入的实现

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作者：软件质量保障
知乎：https://www.zhihu.com/people/iloverain1024

Hello，小伙伴们好久不见。这段时间项目并发，手上有多个项目在跟进，还有专项在做，可谓是鸭梨山大。

针对Java中的依赖注入、控制反转概念，想必测试同学都不陌生（面试八股文走起....），恰好这段时间做的专项有使用到这些技术，“实践出真知”，经过动手操作获得知识要比啃概念理解的更深刻记忆的更牢固。下面就聊聊我对依赖注入的理解。当然，作为“非专业开发”，文中如有纰漏之处，还请各位同行赐教，给我留言指出，我好及时订正，以免造成误导。

概述

In software engineering, dependency injection is a technique whereby one object (or static method) supplies the dependencies of another object. A dependency is an object that can be used (a service).

这是维基百科的定义，但它并不是特别容易理解。在开始介绍依赖注入之前，让我们了解下编程中的依赖是什么意思。当 A 类使用 B 类的某些功能时，则表示 A 类具有 B 类的依赖关系。

在Java中，在使用其他类的方法之前，我们首先需要创建该类的对象（即A类需要创建B类的实例）。因此，将创建对象的任务转移给容器（例如spring容器），并直接使用依赖项称为依赖注入，下面这张图就描绘的比较生动形象。

依赖注入的实现

依赖注入能够消除程序开发中的硬编码式的对象间依赖关系，使应用程序松散耦合、可扩展和可维护，将依赖性问题的解决从编译时转移到运行时。

假设要实现发送电子邮件的功能，如果不考虑依赖注入，我们可以像下面这样实现。

EmailService类包含将电子邮件消息发送到收件人电子邮件地址的逻辑。代码如下所示：

package cn.qa.dependencyInjection.service;​public class EmailService {​    public void sendEmail(String message, String receiver){        //logic to send email        System.out.println("Email sent to "+receiver+ " with Message="+message);    }}

package cn.qa.dependencyInjection.application;​import cn.qa.dependencyInjection.service.EmailService;​public class MyApplication {​    private EmailService email = new EmailService();​    public void processMessages(String msg, String rec){        //do some msg validation, manipulation logic etc        this.email.sendEmail(msg, rec);    }}​

测试代码如下，将MyApplicationTest类作为发送电子邮件客户端逻辑。

package cn.qa.dependencyInjection.application;​class MyApplicationTest {​    public static void main(String[] args) {        MyApplication app = new MyApplication();        app.processMessages("Hi Pankaj", "pankaj@abc.com");    }}

乍一看，上面的实现似乎没有什么问题，事实上这样写的代码逻辑有一定的局限性。

• MyApplication类负责初始化电子邮件服务，然后使用邮件服务发送邮件，但这会导致硬编码依赖。如果将来我们想切换到其他高级电子邮件服务，则需要更改 MyApplication类中依赖服务，这使得我们的应用程序难以扩展，如果电子邮件服务用于多个类，那改起来就更难了。

• 如果我们想扩展我们的应用程序以提供额外的通讯功能，例如 SMS 或 Facebook消息，那么我们需要为此编写另一个应用程序，同样这也将涉及应用程序类和客户端类中的代码更改。

• 测试应用程序将非常困难，因为我们的应用程序直接创建电子邮件服务实例，我们无法在测试类中Mock这些对象。

现在让我们看看如何应用依赖注入模式来解决上述问题。Java实现依赖注入需要注意以下几点：

1. 服务组件应设计有基类或接口。

2. 消费者类应该按照服务接口来实现。

3. 注入器类实现初始化服务和消费者类。

三者关系如下：

服务组件

定义MessageService为服务实现的接口类。

package cn.qa.dependencyInjection.service;​public interface MessageService {​    void sendMessage(String msg, String rec);}

下面来实现MessageService接口的电子邮件EmailServiceImpl和短信服务SMSServiceImpl代码如下：

package cn.qa.dependencyInjection.serviceImpl;​import cn.qa.dependencyInjection.service.MessageService;​public class EmailServiceImpl implements MessageService {​    @Override    public void sendMessage(String msg, String rec){        System.out.println("Email sent to "+rec+ " with Message="+msg);    }}​package cn.qa.dependencyInjection.serviceImpl;​import cn.qa.dependencyInjection.service.MessageService;​public class SMSServiceImpl implements MessageService {​    @Override    public void sendMessage(String msg, String rec) {        //logic to send SMS        System.out.println("SMS sent to "+rec+ " with Message="+msg);    }}

我们需要的依赖注入的服务已经开发完毕，现在我们可以开发消费者类了。

服务消费者

Consumer为消费者类接口：

package cn.qa.dependencyInjection.consumer;public interface Consumer {    void processMessages(String msg, String rec);}

消费者类实现代码如下所示。

package cn.qa.dependencyInjection.application;​import cn.qa.dependencyInjection.consumer.Consumer;import cn.qa.dependencyInjection.service.MessageService;​public class MyDIApplication implements Consumer {​    private MessageService service;​    public MyDIApplication(MessageService svc){        this.service=svc;    }    @Override    public void processMessages(String msg, String rec){        //do some msg validation, manipulation logic etc        this.service.sendMessage(msg, rec);    }}

可以看到我们的应用程序类只是在调用服务接口类，使用服务接口调用可以使我们通过Mock MessageService的方式轻松测试应用程序，当然这个过程发生在服务运行时而不是编译时。

现在我们准备开发依赖注入器类。

依赖注入器类

定义一个MessageServiceInjector接口类。

package cn.qa.dependencyInjection.injector;import cn.qa.dependencyInjection.consumer.Consumer;public interface MessageServiceInjector {public Consumer getConsumer();}

现在，为每个服务SMSService/EmailService创建如下注入器类：

package cn.qa.dependencyInjection.injector;import cn.qa.dependencyInjection.application.MyDIApplication;import cn.qa.dependencyInjection.consumer.Consumer;import cn.qa.dependencyInjection.serviceImpl.EmailServiceImpl;public class EmailServiceInjector implements MessageServiceInjector{@Overridepublic Consumer getConsumer() {return new MyDIApplication(new EmailServiceImpl());    }}

package cn.qa.dependencyInjection.injector;import cn.qa.dependencyInjection.application.MyDIApplication;import cn.qa.dependencyInjection.consumer.Consumer;import cn.qa.dependencyInjection.serviceImpl.SMSServiceImpl;public class SMSServiceInjector implements MessageServiceInjector{@Overridepublic Consumer getConsumer() {return new MyDIApplication(new SMSServiceImpl());    }}

现在看看我们的客户端应用程序将如何通过一段简单的代码调用SMSService/EmailService服务。

package cn.qa.dependencyInjection.application;​import cn.qa.dependencyInjection.consumer.Consumer;import cn.qa.dependencyInjection.injector.EmailServiceInjector;import cn.qa.dependencyInjection.injector.MessageServiceInjector;import cn.qa.dependencyInjection.injector.SMSServiceInjector;​public class MyMessageDITest {​    public static void main(String[] args) {        String msg = "Hi QA";        String email = "QA@abc.com";        String phone = "4088888888";        MessageServiceInjector injector = null;        Consumer app = null;​        //Send email        injector = new EmailServiceInjector();        app = injector.getConsumer();        app.processMessages(msg, email);​        //Send SMS        injector = new SMSServiceInjector();        app = injector.getConsumer();        app.processMessages(msg, phone);    }}​

代码中可以看到，服务类是在注入器中创建的。此外，如果我们进一步扩展我们的应用程序以实现Facebook 消息发送，我们将只需要编写服务类和注入器类。

因此依赖注入解决了硬编码依赖的问题，并使我们的应用程序灵活且易于扩展。

下面让我们看看通过Mock注入器和服务类来测试应用程序类是多么容易。

测试用例

package cn.qa.dependencyInjection.application;import cn.qa.dependencyInjection.consumer.Consumer;import cn.qa.dependencyInjection.injector.MessageServiceInjector;import cn.qa.dependencyInjection.service.MessageService;import org.junit.After;import org.junit.Before;import org.junit.Test;​public class MyDIApplicationJUnitTest {​    private MessageServiceInjector injector;    @Before    public void setUp(){        // mock the injector with anonymous class        injector = new MessageServiceInjector() {​            @Override            public Consumer getConsumer() {                //mock the message service                return new MyDIApplication(new MessageService() {                    @Override                    public void sendMessage(String msg, String rec) {                        System.out.println("Mock Message Service implementation");                    }                });            }        };    }​    @Test    public void test() {        Consumer consumer = injector.getConsumer();        consumer.processMessages("Hi Pankaj", "pankaj@abc.com");    }​    @After    public void tear(){        injector = null;    }}

使用 DI 的优缺点

优点：

1. 有助于单元测试。

2. 依赖项的初始化是由依赖注入器完成的，因此样板代码减少了。

3. 扩展应用程序变得更容易。

4. 有助于松散耦合，这点在应用程序编程中很重要。

缺点：

1. 学习起来有点复杂，如果过度使用会导致依赖管理不当问题。

2. 许多编译时错误被推送到运行时才能发现。

能够高效实现DI的框架

• Spring

• Google Guice (本文不对guice不做赘述，后面会单独出一篇文章详细介绍)。

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