【架构篇】OCP和依赖注入
描述
本篇文章主要讲解 ：
(1)OO七大设计原则之OCP原则；
(2)依赖注入引入
(3)依赖注入分析
1 内容区
1.1 IOC背景
(1)Ralph E. Johnson & Brian Foote 论文 《Designing Reusable Classes》
早在1988年，Ralph E. Johnson & Brian Foote在论文Designing Reusable Classes中写到：
《OO面向对象设计七大原则，》，请参照我另外一篇文章 OO面向对象设计七大原则 .
2 OCP分析
OCP原则（Open Close Principle），核心思想是封闭修改（隔离变化），支持扩展（继承，目的是复用）。
为了分析清楚OCP，我们这里以人为研究对象，即把人当作超类。
2.1 定义超类（People类）
在定义一个类时，主要关心类的特性（Class 中的属性）和行为（Class 中的方法），这里，我们假设超类People中存在如下属性和方法：
a.属性：头，嘴
b.方法：Eat(),Sleep(),WalkPosture()
1 public abstract class People 2 { 3 private string Head;//头 4 private string Mouse;//嘴 5 6 public void Eat() //吃饭 7 { 8 //...... 9 } 10 public void Sleep() //睡觉 11 { 12 //...... 13 } 14 15 public abstract void WalkPosture(); //每个人的走路姿势不一样 16 17 18 }
UML类图如下：
（1）我们向People类中添加Speak()方法，使其能够说汉语（普通话），则People类变为如下：
1 public class People 2 { 3 private string Head;//头 4 private string Mouse;//嘴 5 6 public void Eat() //吃饭 7 { 8 //...... 9 } 10 public void Sleep() //睡觉 11 { 12 //...... 13 } 14 15 public abstract void WalkPosture();//每个人的走路姿势不一样 16
17 18 public string SpeakLanguage() //说话 19 { 20 //普通话 21 } 22 23 }
此时，UML类图变为如下：
（2）具体的某个人，继承People类即可。
1 public class XiaoMing : People 2 { 3 //...... 4 }
UML图如下：
2.2 对People类分析
People类UML图如下：
分析：
假设这样一个情景：即People类中不仅仅是中国人，还有其他231个国家的人（每个国家的语言并不完全相同），我们在本程序中，加入英国人，俄罗斯人，即People类中只有中国人，英国人，俄罗斯人三个国家的人。
做法一:
在People类中改写SpeakLanguage()方法。
1 public class People 2 { 3 private string Head;//头 4 private string Mouse;//嘴 5 6 public void Eat() //吃饭 7 { 8 //...... 9 } 10 public void Sleep() //睡觉 11 { 12 //...... 13 } 14 15 public abstract WalkPosture();//每个人的走路姿势不一样 16 17 18 public Language SpeakLanguage( Language language) //说话 19 { 20 if (language=="Chinese") 21 { 22 //普通话 23 } 24 if (language=="English") 25 { 26 //English 27 } 28 else 31 { 29 //Russian 30 } 31 32 } 33 34 }
我们来分析一下做法一的
问题：
Q1：由于直接修改超类People中的方法，违背了OO软件设计开闭原则（Open Close Principle,简称OCP）；
Q2：如果再把其他国家加进来，那么SpeakLanguage() 方法体 会有很多 if…..else…..,不利于代码维护；
方法二：
根据OCP原则，对修改关闭，对扩展开放；在超类People中：
（1）属性Head，Mouse，每个人都具有；
（2）方法Eat(),Sleep()，每个人都具有；
（3）方法WalkPosture()，每个人走路的姿势不一样，可以用抽象方法来实现；
（4）方法SpeakLanguage(Language language),每个国籍的人，说话的语言不一定相同，这是类中变化的部分，需要独立开来；
因此，可以改写为如下：
定义一个Language类
Language类
1 public class Language 2 { 3 //To add Language business codes 4 }
People类
1 public class People 2 { 3 private string Head;//头 4 private string Mouse;//嘴 5 6 public void Eat() //吃饭 7 { 8 //...... 9 } 10 public void Sleep() //睡觉 11 { 12 //...... 13 } 14 15 public abstract WalkPosture();//每个人的走路姿势不一样 16 17 }
接口 ILanguage
1 public interface ILanguage 2 { 3 Language SpeakLanguage(Language language); 4 }
中国人
1 public class Chinese : People,ILanguage 2 { 3 // 继承People 4 // WalkPostrue 5 // 实现接口方法 Language SpeakLanguage(Language language); 6 }
英国人
1 public class English : People,ILanguage 2 { 3 // 继承People 4 // WalkPostrue 5 // 实现接口方法 Language SpeakLanguage(Language language); 6 }
俄罗斯人
1 public class Chinese : People,ILanguage 2 { 3 // 继承People 4 // WalkPostrue 5 // 实现接口方法 Language SpeakLanguage(Language language); 6 }
UML关系图如下：
如果你能将本OCP例子改为依赖注入，那么你不必往下看了，因为你已经会了。
3 依赖注入
在对依赖注入简要概述和对OCP简要分析之后，我们来研究依赖注入。
3.1 例子：（引用）
一个叫IGame的游戏公司，正在开发一款ARPG游戏（动作&角色扮演类游戏，如魔兽世界、梦幻西游这一类的游戏）。一般这类游戏都有一个基本的功能，就是打怪（玩家攻击怪物，借此获得经验、虚拟货币和虚拟装备），并且根据玩家角色所装备的武器不同，攻击效果也不同.打怪功能中的某一个功能:
（1）、角色可向怪物实施攻击，一次攻击后，怪物掉部分HP，HP掉完后，怪物死亡。
（2）、角色可装配不同武器，有木剑、铁剑、魔剑。
（3）、木剑每次攻击，怪物掉20PH，铁剑掉50HP,魔剑掉100PH。
IAttackStrategy接口
1 using System; 2 using System.Collections.Generic; 3 using System.Linq; 4 using System.Text; 5 6 namespace IGameLiAdv 7 { 8 internal interface IAttackStrategy 9 { 10 void AttackTarget(Monster monster); 11 } 12 }
WoodSword类
1 using System; 2 using System.Collections.Generic; 3 using System.Linq; 4 using System.Text; 5 6 namespace IGameLiAdv 7 { 8 internal sealed class WoodSword : IAttackStrategy 9 { 10 public void AttackTarget(Monster monster) 11 { 12 monster.Notify(20); 13 } 14 } 15 }
IronSword类
1 using System; 2 using System.Collections.Generic; 3 using System.Linq; 4 using System.Text; 5 6 namespace IGameLiAdv 7 { 8 internal sealed class IronSword : IAttackStrategy 9 { 10 public void AttackTarget(Monster monster) 11 { 12 monster.Notify(50); 13 } 14 } 15 }
MagicSword类
1 using System; 2 using System.Collections.Generic; 3 using System.Linq; 4 using System.Text; 5 6 namespace IGameLiAdv 7 { 8 internal sealed class MagicSword : IAttackStrategy 9 { 10 private Random _random = new Random(); 11 12 public void AttackTarget(Monster monster) 13 { 14 Int32 loss = (_random.NextDouble() < 0.5) ? 100 : 200; 15 if (200 == loss) 16 { 17 Console.WriteLine("出现暴击！！！"); 18 } 19 monster.Notify(loss); 20 } 21 } 22 }
Monster类
1 using System; 2 using System.Collections.Generic; 3 using System.Linq; 4 using System.Text; 5 6 namespace IGameLiAdv 7 { 8 /// <summary> 9 /// 怪物 10 /// </summary> 11 internal sealed class Monster 12 { 13 /// <summary> 14 /// 怪物的名字 15 /// </summary> 16 public String Name { get; set; } 17 18 /// <summary> 19 /// 怪物的生命值 20 /// </summary> 21 private Int32 HP { get; set; } 22 23 public Monster(String name,Int32 hp) 24 { 25 this.Name = name; 26 this.HP = hp; 27 } 28 29 /// <summary> 30 /// 怪物被攻击时，被调用的方法，用来处理被攻击后的状态更改 31 /// </summary> 32 /// <param name="loss">此次攻击损失的HP</param> 33 public void Notify(Int32 loss) 34 { 35 if (this.HP <= 0) 36 { 37 Console.WriteLine("此怪物已死"); 38 return; 39 } 40 41 this.HP -= loss; 42 if (this.HP <= 0) 43 { 44 Console.WriteLine("怪物" + this.Name + "被打死"); 45 } 46 else 47 { 48 Console.WriteLine("怪物" + this.Name + "损失" + loss + "HP"); 49 } 50 } 51 } 52 }
Role类
1 using System; 2 using System.Collections.Generic; 3 using System.Linq; 4 using System.Text; 5 6 namespace IGameLiAdv 7 { 8 /// <summary> 9 /// 角色 10 /// </summary> 11 internal sealed class Role 12 { 13 /// <summary> 14 /// 表示角色目前所持武器 15 /// </summary> 16 public IAttackStrategy Weapon { get; set; } 17 18 /// <summary> 19 /// 攻击怪物 20 /// </summary> 21 /// <param name="monster">被攻击的怪物</param> 22 public void Attack(Monster monster) 23 { 24 this.Weapon.AttackTarget(monster); 25 } 26 } 27 }
Program类
1 namespace IGameLiAdv 2 { 3 class Program 4 { 5 static void Main(string[] args) 6 { 7 //生成怪物 8 Monster monster1 = new Monster("小怪A", 50); 9 Monster monster2 = new Monster("小怪B", 50); 10 Monster monster3 = new Monster("关主", 200); 11 Monster monster4 = new Monster("最终Boss", 1000); 12 13 //生成角色 14 Role role = new Role(); 15 16 //木剑攻击 17 role.Weapon = new WoodSword(); 18 role.Attack(monster1); 19 20 //铁剑攻击 21 role.Weapon = new IronSword(); 22 role.Attack(monster2); 23 role.Attack(monster3); 24 25 //魔剑攻击 26 role.Weapon = new MagicSword(); 27 role.Attack(monster3); 28 role.Attack(monster4); 29 role.Attack(monster4); 30 role.Attack(monster4); 31 role.Attack(monster4); 32 role.Attack(monster4); 33 34 Console.ReadLine(); 35 } 36 } 37 }
UML关系图
3.2 分析：
引入Strategy模式后，不但消除了重复性代码，更重要的是，使得设计符合了OCP。如果以后要加一个新武器，只要新建一个类，实现IAttackStrategy接口，当角色需要装备这个新武器时，客户代码只要实例化一个新武器类，并赋给Role的Weapon成员就可以了，已有的Role和Monster代码都不用改动。这样就实现了对扩展开发，对修改关闭。
上面例子的第二种实现中，Role不依赖具体武器，而仅仅依赖一个IAttackStrategy接口，接口是不能实例化的，虽然Role的Weapon成员类型定义为IAttackStrategy，但最终还是会被赋予一个实现了IAttackStrategy接口的具体武器，并且随着程序进展，一个角色会装备不同的武器，从而产生不同的效用。赋予武器的职责，在Demo中是放在了测试代码里。
这里，测试代码实例化一个具体的武器，并赋给Role的Weapon成员的过程，就是依赖注入！这里要清楚，依赖注入其实是一个过程的称谓！
依赖注入产生的背景：
随着面向对象分析与设计的发展，一个良好的设计，核心原则之一就是将变化隔离，使得变化部分发生变化时，不变部分不受影响（这也是OCP的目的）。为了做到这一点，要利用面向对象中的多态性，使用多态性后，客户类不再直接依赖服务类，而是依赖于一个抽象的接口，这样，客户类就不能在内部直接实例化具体的服务类。但是，客户类在运作中又客观需要具体的服务类提供服务，因为接口是不能实例化去提供服务的。就产生了“客户类不准实例化具体服务类”和“客户类需要具体服务类”这样一对矛盾。为了解决这个矛盾，开发人员提出了一种模式：客户类（如上例中的Role）定义一个注入点（Public成员Weapon），用于服务类（实现IAttackStrategy的具体类，如WoodSword、IronSword和MagicSword，也包括以后加进来的所有实现IAttackStrategy的新类）的注入，而客户类的客户类（Program，即测试代码）负责根据情况，实例化服务类，注入到客户类中，从而解决了这个矛盾。
3.3 依赖注入的正式定义：
依赖注入（Dependency Injection），是这样一个过程：由于某客户类只依赖于服务类的一个接口，而不依赖于具体服务类，所以客户类只定义一个注入点。在程序运行过程中，客户类不直接实例化具体服务类实例，而是客户类的运行上下文环境或专门组件负责实例化服务类，然后将其注入到客户类中，保证客户类的正常运行。
3.4 依赖注入总结
(1)组成要素
a.接口及其实现(剥离变化)
b.客户类和服务类
(2)核心思想
a.延迟注入服务，并不是一开始就注入服务，即在用到时，才通过接口形式注入服务；
4 依赖注入的种类
依赖注入大致可分为如下种类：
5 参考文献
【01】https://segmentfault.com/a/1190000010456858
【02】Head First设计模式
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