SOLID设计原则：依赖倒置原则

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你好，我是猿java。

当我们需要某个类A中使用到另外一个类B时，最直接的方式就是在A中直接依赖B，但是，今天我们要讲解的主角却是反其道而行之，它就是依赖倒置原则，那么，什么是依赖倒置原则？这种反向思维可以带来什么收益？这篇文章就来聊一聊。

什么是依赖倒置？

依赖倒置原则，英文为：Dependency inversion principle（简称DIP），也是 Robert C. Martin提出的 SOLID原则中的一种，老规矩，还是先看看作者 Robert C. Martin 对接口依赖倒置原则是如何定义的：

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The Dependency Inversion Principle (DIP) states that high-level
modules should not depend on low-level modules; both should 
depend on abstractions. Abstractions should not depend on details.
Details should depend upon abstractions.

通过作者对依赖倒置的定义，可以总结出其核心思想是：高层模块不应该依赖低层模块，两者都应该依赖于抽象。抽象不应该依赖于细节，细节应该取决于抽象。

直接依赖的问题

对于上述依赖倒置的定义，如何理解呢？我们先来看下传统这种直接依赖会存在什么问题？如下为一张直接依赖的关系图：

img.png

在上图中，高层组件 ObjectA直接依赖于低层组件 ObjectB，高层组件的重用机会受到限制，因为任何对低层组件的更改都会直接影响高层组件。

为了更好的说明直接依赖的问题，这里以一个真实的电商场景为例进行说明，其中有一个高层模块 OrderService用于处理订单，这个高层模块依赖于一个低层模块 OrderRepository来存储和检索订单数据。示例代码如下：

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// 高层模块：OrderService
public class OrderService {
    private MySQLOrderRepository mySQLRepository;

    public OrderService(MySQLRepository mySQLRepository) {
        this.mySQLRepository = mySQLRepository;
    }

    public void createOrder(Order order) {
        // 一些业务逻辑
        mySQLRepository.save(order);
    }
}

// 低层模块：MySQLRepository
public class MySQLRepository {
    public void save(Order order) {
        // 使用 MySQL数据库保存订单
    }
}

在上述例子中，OrderService直接依赖于 OrderRepository，这种设计存在几个缺点：

  • 紧耦合：如果要把数据库从 MySQL切换到其他的数据库，我们需要修改 OrderService，因为它直接依赖于 OrderRepository。
  • 难以测试：在进行单元测试时，我们无法轻松地对 OrderService 进行模拟，因为它直接依赖于具体实现 MySQLRepository。
  • 重用性差：如果在另一个项目中我们需要使用 OrderService 但存储订单的方式不同，例如使用文件系统或远程服务，我们将无法直接重用 OrderService。

那么，对于这些缺点，该如何解决呢？接下来我们将重点讲解。

如何实现依赖倒置？

这里提供两种主流的解决方案。

方案一

通过低级组件实现高级组件的接口，要求低级组件包依赖于高级组件进行编译，从而颠倒了传统的依赖关系，如下图：

img.png

图1中，高层对象A依赖于底层对象B的实现；图2中，把高层对象A对底层对象的需求抽象为一个接口A，底层对象B实现了接口A，这就是依赖反转。

因此，上面的问题我们也可以通过引入一个抽象层 OrderRepository来解耦高层模块和低层模块，整个关系图如下：

img.png

通过这种方式，OrderService依赖于 OrderRepository接口而不是具体实现 MySQLRepository。这样，我们可以轻松替换低层实现而无需修改高层模块，修改后的代码如下：

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// 高层模块：OrderService
public class OrderService {
    private OrderRepository orderRepository;

    public OrderService(OrderRepository orderRepository) {
        this.orderRepository = orderRepository;
    }

    public void placeOrder(Order order) {
        // 一些业务逻辑
        orderRepository.save(order);
    }
}

// 抽象层：OrderRepository接口
public interface OrderRepository {
    void save(Order order);
}

// 低层模块：MySQLRepository实现
public class MySQLRepository implements OrderRepository {
    public void save(Order order) {
        // 使用MySQL数据库保存订单
    }
}

// 另一个低层模块：PostgreSQLRepository实现
public class PostgreSQLRepository implements OrderRepository {
    public void save(Order order) {
        // 使用PostgreSQL数据库保存订单
    }
}

在应用程序中，我们可以灵活选择使用哪种具体实现，也可以把数据库的选择做成配置：

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OrderRepository orderRepository = new MySQLRepository(); // 或 new PostgreSQLRepository();
OrderService orderService = new OrderService(orderRepository);

通过这种方式，OrderService变得更具重用性、可测试性更强，并且与具体的存储实现解耦，满足依赖倒置原则的要求。

方案二

尽管方式一也实现了依赖倒置，但是这种实现方式高层组件以及组件是封装在一个包中，对低层组件的重用会差一些，因此，另一种更灵活的解决方案是将抽象组件提取到一组独立的包/库中，如下图：

img.png

因此，上述电商示例的依赖关系会变成下图：
img.png

这种实现方式将每一层分离成自己的封装，鼓励任何层的再利用，提供稳健性和移动性。

两种方案的核心思想都是一样的，只是在灵活性和组件复用的考虑上略有差异。

依赖倒置的实例

在 Java语言中，使用依赖倒置原则的框架或者技术点有很多，这里列举2个比较较常用的例子：

Spring

Spring框架的核心之一是依赖注入（Dependency Injection, DI），这是依赖倒置原则的一个实现。通过Spring容器管理对象的创建和依赖关系，可以使得高层模块和低层模块都依赖于抽象。Spring支持构造器注入、setter注入和接口注入等多种方式。

Java SPI

Java SPI（Service Provider Interface）机制也体现了依赖倒置原则，SPI机制通过定义接口和服务提供者（Service Providers），使得高层模块（使用者）和低层模块（提供者）之间的依赖关系可以通过接口进行解耦。具体来说，高层模块依赖于抽象（接口），而不是具体的实现，从而实现了依赖倒置原则。

JDBC（Java Database Connectivity）就是使用 SPI机制来加载和注册数据库驱动程序，使得应用程序可以动态地使用不同的数据库而无需修改代码。

JDBC SPI的工作原理：

  • 定义服务接口：JDBC API定义了一组接口，如 java.sql.Driver。
  • 实现服务接口：每个数据库厂商实现这些接口，例如，MySQL的驱动实现了 java.sql.Driver接口。
  • 声明服务提供者：数据库驱动的JAR包中包含一个文件，声明实现类。
  • 加载服务提供者：通过 ServiceLoader或 JDBC API动态加载并实例化驱动实现。

总结

本文通过一个电商示例分析了什么是依赖倒置原则，并且提出了依赖倒置的两种实现风格，通过引入抽象层，可以降低系统的耦合度，提升系统的扩展性和可维护性。因此，在实际开发中，我们应当始终遵循依赖倒置原则，设计灵活、可扩展的系统架构，从而应对复杂多变的业务需求。

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