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2014
04-09

Laravel神奇的IoC容器

Laravel 的核心就是一个 IoC 容器,根据文档,称其为“服务容器”

通过举例来让读者去理解什么是 IoC(控制反转) 和 DI(依赖注入)

超人和超能力,依赖的产生!


我们把一个“超人”作为一个类,一个超人肯定拥有至少一个超能力,这个超能力也可以抽象为一个对象。

class Power {
    /**
     * 能力值
     */
    protected $ability;
 
    /**
     * 能力范围或距离
     */
    protected $range;
 
    public function __construct($ability, $range)
    {
        $this->ability = $ability;
        $this->range = $range;
    }
}

让一个“超人”创建的时候被赋予一个超能力

class Superman
{
    protected $power;
 
    public function __construct()
    {
        $this->power = new Power(999, 100);
    }
}
“超人”和“超能力”之间不可避免的产生了一个依赖。


我们假设超人可以有以下多种超能力:

  • 飞行,属性有:飞行速度、持续飞行时间

  • 蛮力,属性有:力量值

我们创建了如下类:

class Flight
{
    protected $speed;
    protected $holdtime;
    public function __construct($speed, $holdtime) {}
}
 
class Force
{
    protected $force;
    public function __construct($force) {}
}


在超人初始化的时候,我们会根据需要来实例化其拥有的超能力

class Superman
{
    protected $power;
 
    public function __construct()
    {
        $this->power = new Fight(9, 100);
        // $this->power = new Force(45);
    }
}

我们需要自己手动的在构造函数内实例化一系列需要的类,如果我们要改变超人的超能力,我还得重新制造个超人。

为什么不可以这样呢?超人的能力可以被随时更换,只需要添加或者更新一个芯片。外部创造超能力芯片,植入超人体内的某一个接口,这个接口是一个既定的,只要这个 “芯片” 满足这个接口的都可以被超人所利用。

这种由外部负责其依赖需求的行为,我们可以称其为 “控制反转(IoC)”。


工厂模式,依赖转移!

我们可以想到,芯片是一种可被生产的玩意儿,生产的地方当然是 “工厂(Factory)”。

我们为了给超人制造芯片,我们创建了一个工厂,它可以制造各种各样的芯片,且仅需要通过一个方法:

class SuperModuleFactory
{
    public function makeModule($moduleName, $options)
    {
        switch ($moduleName) {
            case 'Fight':   return new Fight($options[0], $options[1]);
            case 'Force':   return new Force($options[0]);
        }
    }
}

超人 创建之初就可以使用这个工厂

class Superman
{
    protected $power;
 
    public function __construct()
    {
        // 初始化工厂
        $factory = new SuperModuleFactory;
 
        // 通过工厂提供的方法制造需要的模块
        $this->power = $factory->makeModule('Fight', [9, 100]);
        // $this->power = $factory->makeModule('Force', [45]);
    }
}

我们不再需要在超人初始化之初,去初始化许多第三方类,只需初始化一个工厂类,即可满足需求。但这样似乎和以前区别不大,只是没有那么多 new 关键字。其实我们稍微改造一下这个类,你就明白,工厂类的真正意义和价值了。

class Superman
{
    protected $power;
 
    public function __construct(array $modules)
    {
        // 初始化工厂
        $factory = new SuperModuleFactory;
        // 通过工厂提供的方法制造需要的模块
        foreach ($modules as $moduleName => $moduleOptions) {
            $this->power[] = $factory->makeModule($moduleName, $moduleOptions);
        }
    }
}
 
// 创建超人
$superman = new Superman([
    'Fight' => [9, 100], 
    'Shot' => [99, 50, 2]
    ]);


现在,“超人” 的创建不再依赖任何一个 “超能力” 的类,我们如若修改了或者增加了新的超能力,只需要针对修改 SuperModuleFactory 即可


再进一步!IoC 容器的重要组成 —— 依赖注入

由 “超人” 对 “超能力” 的依赖变成 “超人” 对 “超能力芯片工厂” 的依赖后,依赖并未解除,只是由原来对多个外部的依赖变成了对一个 “工厂” 的依赖。

工厂模式的缺点就是:接口未知、产生对象类型单一,还是不够灵活。虽然如此,工厂模式依旧十分优秀,并且适用于绝大多数情况。

我们知道,超人依赖的芯片,我们要求有统一的接口,这样才能和超人身上的注入接口对接,最终起到提升超能力的效果。

如果有新的、高级的芯片加入,我们必须修改工厂类(好比增加新的生产线):

class SuperModuleFactory
{
    public function makeModule($moduleName, $options)
    {
        switch ($moduleName) {
            case 'Fight':   return new Fight($options[0], $options[1]);
            case 'Force':   return new Force($options[0]);
            // case 'more': .......
            // case 'and more': .......
            // case 'and more': .......
            // case 'oh no! its too many!': .......
        }
    }
}

下一步就是我们今天的主要配角 —— DI (依赖注入)

由于对超能力芯片的需求不断增大,不应该仅仅只有几个工厂垄断负责。不过高智商人才们都非常自负,认为自己的想法是对的,创造出的超能力芯片没有统一的接口,自然而然无法被正常使用。这时我们需要提出一种契约,这样无论是谁创造出的芯片,都符合这样的接口,自然就可被正常使用。

interface SuperModuleInterface
{
    /**
     * 超能力激活方法
     *
     * 任何一个超能力都得有该方法,并拥有一个参数
     *@param array $target 针对目标,可以是一个或多个,自己或他人
     */
    public function activate(array $target);
}

我们定下了一个接口 (超能力芯片的规范、契约),所有被创造的芯片必须遵守该规范,才能被生产。

其实,这就是 php 中 接口( interface ) 的用处和意义!这种由编程语言本身提出的硬性规范,会增加更多优秀的特性。


这时候,那些提出更好的超能力芯片的高智商人才,遵循这个接口,创建了下述芯片类:

/**
 * X-超能量
 */
class XPower implements SuperModuleInterface
{
    public function activate(array $target)
    {
        // 这只是个例子。。具体自行脑补
    }
}
 
/**
 * 终极炸弹 (就这么俗)
 */
class UltraBomb implements SuperModuleInterface
{
    public function activate(array $target)
    {
        // 这只是个例子。。具体自行脑补
    }
}

同时,为了防止有些 “砖家” 自作聪明,或者一些叛徒恶意捣蛋,不遵守契约胡乱制造芯片,影响超人,我们对超人初始化的方法进行改造:

class Superman
{
    protected $module;
 
    public function __construct(SuperModuleInterface $module)
    {
        $this->module = $module
    }
}

现在,当我们初始化 “超人” 类的时候,提供的芯片实例必须是一个 SuperModuleInterface 接口的实现。否则就会提示错误。

正是由于超人的创造变得容易,一个超人也就不需要太多的超能力,我们可以创造多个超人,并分别注入需要的超能力芯片即可。这样的话,虽然一个超人只有一个超能力,但超人更容易变多,我们也不怕怪兽啦!

这就是依赖注入的实现方式。


什么叫做 依赖注入?

本文从开头到现在提到的一系列依赖,只要不是由内部生产(比如初始化、构造函数 __construct 中通过工厂方法、自行手动 new 的),而是由外部以参数或其他形式注入的,都属于 依赖注入(DI) 。是不是豁然开朗?事实上,就是这么简单。下面就是一个典型的依赖注入:

// 超能力芯片
$superModule = new XPower;
 
// 初始化一个超人,并注入一个超能力芯片依赖
$superMan = new Superman($superModule);
大家应该看出来了,手动的创建了一个超能力芯片、手动的创建超人并注入了刚刚创建超能力芯片。一切都是手动。

如此低效率产出超人是不现实,我们需要自动化,更为先进的工厂 —— IoC 容器

class Container
{
    protected $binds;
 
    protected $instances;
 
    public function bind($abstract, $concrete)
    {
        if ($concrete instanceof Closure) {
            $this->binds[$abstract] = $concrete;
        } else {
            $this->instances[$abstract] = $concrete;
        }
    }
 
    public function make($abstract, $parameters = [])
    {
        if (isset($this->instances[$abstract])) {
            return $this->instances[$abstract];
        }
 
        array_unshift($parameters, $this);
 
        return call_user_func_array($this->binds[$abstract], $parameters);
    }
}

这时候,一个十分粗糙的容器就诞生了。看看这个容器如何使用吧!

// 创建一个容器(后面称作超级工厂)
$container = new Container;
 
// 向该 超级工厂 添加 超人 的生产脚本
$container->bind('superman', function($container, $moduleName) {
    return new Superman($container->make($moduleName));
});
 
// 向该 超级工厂 添加 超能力芯片 的生产脚本
$container->bind('xpower', function($container) {
    return new XPower;
});
 
// 同上
$container->bind('ultrabomb', function($container) {
    return new UltraBomb;
});
 
// ******************  华丽丽的分割线  **********************
// 开始启动生产
$superman_1 = $container->make('superman', ['xpower']);
$superman_2 = $container->make('superman', ['ultrabomb']);
$superman_3 = $container->make('superman', ['xpower']);
// ...随意添加

通过最初的 绑定(bind) 操作,我们向超级工厂注册了一些生产脚本,这些生产脚本在生产指令下达之时便会执行。我们彻底的解除了 超人 与 超能力芯片的依赖关系,更重要的是,容器类也丝毫没有和他们产生任何依赖!我们通过注册、绑定的方式向容器中添加一段可以被执行的回调(可以是匿名函数、非匿名函数、类的方法)作为生产一个类的实例的 脚本 ,只有在真正的 生产(make) 操作被调用执行时,才会触发。

这样一种方式,使得我们更容易在创建一个实例的同时解决其依赖关系,并且更加灵活。当有新的需求,只需另外绑定一个“生产脚本”即可。

实际上,真正的 IoC 容器更为高级。我们现在的例子中,还是需要手动提供超人所需要的芯片参数,但真正的 IoC 容器会根据类的依赖需求,自动在注册、绑定的一堆实例中搜寻符合的依赖需求,并自动注入到构造函数参数中去。Laravel 框架的服务容器正是这么做的。

不过我告诉大家,这种自动搜寻依赖需求的功能,是通过 反射(Reflection) 实现的,恰好的,php 完美的支持反射机制!

http://php.net/manual/zh/book.reflection.php

现在,到目前为止,我们已经不再惧怕怪兽们了。高智商人才集思广益,井井有条,根据接口契约创造规范的超能力芯片。

类需要绑定、注册至容器中,才能被“制造”。既然 laravel 称这个容器叫做服务容器,那么我们需要某个服务,就得先注册、绑定这个服务到容器,那么提供服务并绑定服务至容器的东西,就是 服务提供者(ServiceProvider)。

为了保证初始化阶段不会出现所需要的模块和组件没有注册的情况,laravel 将注册和初始化行为进行拆分,注册的时候就只能注册,初始化的时候就是初始化。拆分后的产物就是现在的 服务提供者。

服务提供者主要分为两个部分,register(注册) 和 boot(引导、初始化),具体参考文档。register 负责进行向容器注册“脚本”,但要注意注册部分不要有对未知事物的依赖,如果有,就要移步至 boot 部分。

常用的绑定服务到容器的方法有instance, bind, singleton, alias。下面我们分别来看一下。

instance

将一个已存在的对象绑定到服务容器里,随后通过名称解析该服务时,容器将总返回这个绑定的实例。

$api = new HelpSpot\API(new HttpClient);
$this->app->instance('HelpSpot\Api', $api);

会把对象注册到服务容器的$instnces属性里

[
     'HelpSpot\Api' => $api//$api是API类的对象,这里简写了
 ]

bind

绑定服务到服务容器

有三种绑定方式:

1、绑定自身

$this->app->bind('HelpSpot\API', null);

2、绑定闭包

$this->app->bind('HelpSpot\API', function () {
    return new HelpSpot\API();
});//闭包直接提供类实现方式
$this->app->bind('HelpSpot\API', function ($app) {
    return new HelpSpot\API($app->make('HttpClient'));
});//闭包返回需要依赖注入的类

3、 绑定接口和实现

$this->app->bind('Illuminate\Tests\Container\IContainerContractStub', 'Illuminate\Tests\Container\ContainerImplementationStub');

针对第一种情况,其实在bind方法内部会在绑定服务之前通过getClosure()为服务生成闭包



alias 方法在上面讲bind方法里有用到过,它会把把服务别名和服务类的对应关系注册到服务容器的$aliases属性里。

例如:

$this->app->alias('\Illuminate\ServiceName', 'service_alias');

绑定完服务后在使用时就可以通过

$this->app->make('service_alias');

将服务对象解析出来,这样make的时候就不用写那些比较长的类名称了,对make方法的使用体验上有很大提升。

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