2014年9月24日 星期三

[iThome 第七屆鐵人賽 02] IoC基本概念介紹

在實際開始進入Asp .net Mvc之前,我們需要先來看一下一個很重要的概念,那就是IoC。

可以說IoC是框架的核心,基本上只要具備一定規模的框架,通常都會使用IoC和DI的搭配,因此我們需要先瞭解它的概念才能夠實際開始我們的框架開發。

什麽是IoC?

IoC是Inversion Of Control(控制翻轉)的縮寫。

在介紹IoC之前,我們先來一段歷史回顧,看看彈性的程式是如何演進。

傳統New Class的方法

我們寫了一支方法,而這一支方法(Write(string text))的功能非常簡單,就是把傳入的參數輸出到console:

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        ConsoleOutput output = new ConsoleOutput();
        output.Write("Hello World");
    }
}
 
class ConsoleOutput
{
    public void Write(string text)
    {
        Console.WriteLine(text);
    }
}

開發出來了,一切都很美好,但是有一天有個使用者和你反應:「這個輸出能不能輸出到Text檔案裡面啊?」

身為一個厲害的工程師,這個當然沒有問題,馬上幫他寫出另外一個版本是輸出到Text檔案:

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        // ConsoleOutput output = new ConsoleOutput();
        TextOutput output = new TextOutput();
        output.Write("Hello World");
    }
}
 
class TextOutput
{
    public void Write(string text)
    {
        File.WriteAllText("Filex.txt", text);
    }
}
 
// ConsoleOutput 和之前一樣..

到目前為止,其實已經暴露出好的Design需要避免的問題:

loose coupling原則

主要的程式非常依賴(Depend)實際的class,這導致了:

當輸出到不同目的地的時候,開發者需要重新編譯整個程式碼,甚至連呼叫的地方都需要重新修改,當程式碼和邏輯不複雜的時候問題不大,但是當程式變大的時候 這其實是很麻煩的一件事情。這違反了OO裡面常說的loose coupling的原則。

從硬體學到的概念:Interface

爲了避免掉這一種直接的依賴關係,我們像硬體界學了一個概念,也就是Interface(介面)。

我們可以想像,世界上面那麼多的廠商都在做HD,我們怎麼能夠保證廠商 A和廠商 B的HD都能夠在我電腦上面使用呢?靠的就是每一家廠商的HD都會依照開出來的Interface(介面)去做產品。因此,只要你的電腦有SATA(interface),就可以讀的到SATA的HD。

同樣道理用在軟體上面,我管你是如何實作(管你是哪家生產的廠商),只要最後你的結果是有Write(HD能夠和SATA接上)的Class就好。這樣我們就可以彈性話的切換我們想要的實作。

因此,我們的程式碼變成:

interface IWriter
{
    void Write(string text);
}
 
class TextOutput : IWriter
{
    public void Write(string text)
    {
        File.WriteAllText("Filex.txt", text);
    }
}
 
class ConsoleOutput : IWriter
{
    public void Write(string text)
    {
        Console.WriteLine(text);
    }
}

因為我們現在完全把實作功能拆出來了,我們可以動態的讓使用者選擇輸出方式:

static void Main(string[] args)
{
    IWriter output;
 
    // 使用者選擇要用檔案輸出還是Console輸出
    if (args.Count() > 0 && args[0] == "text")
    {
        output = new TextOutput();
    }
    else
    {
        output = new ConsoleOutput();
    }
 
    output.Write("Hello World");
}

回來看IoC的概念

看完了傳統的、沒有彈性的寫法和用了Interface的寫法對比,應該會感覺到其實這兩個流程是不太一樣:

  • 傳統、沒有彈性的寫法在定義(Declare)參數的瞬間就已經決定了這個參數的具體使用方式。因此和一般的程式flow是一樣的,重上到下
  • 使用interface的寫法,是在實例(也就是new())的時候才決定具體的使用方法。因此它的flow是到要用的時候才會new,所以是依照 後面要什麽來控制的。

這時候我們在想想IoC的意思是控制翻轉,就能夠大概瞭解意思了。傳統的方法屬於重上到下,而interface則是由new()他的類別來決定實作,因此控制的流程翻轉了。(不再是重上到下了)

因此,IoC在框架裡面非常重要,因為透過interface把功能抽離,我們的框架才能夠使用IoC的方式來決定什麽的實作(也就是實際的方法)是我們框架要的。

DI是什麽?

我們從上面IoC看到了,利用interface的方式,可以再使用的時候在決定要使用的實作是那一個。這時候,我們下一個問題是,那決定實作的時刻是如何使用的呢?

這個時候我們又有一個新的名詞,就是Dependency Injection(相依性注入)。

基本上,這邊會介紹的DI只有透過你Constructor和Property的這兩種方式。為了這兩種方法的介紹,我們把程式碼在包一層(之前是直接寫在Main裡面),所以假設我們有一個library class,他依賴一個IWriter的物件。

// 此class 會用到IWriter
public class LibraryWrapper
{
    // ....
}

Constructor injection

這個的意思是透過建構子來注入依賴的物件:

// 此class 會用到IWriter
public class LibraryWrapper
{
    private IWriter _writer;
    // 透過建構子注入相依的物件
    public LibraryWrapper(IWriter inWriter)
    {
        _writer = inWriter;
    }
}
 
.....
// 使用上就是
 
LibraryWrapper output;
 
// 使用者選擇要用檔案輸出還是Console輸出
if (args.Count() > 0 && args[0] == "text")
{
    output = new LibraryWrapper (new TextOutput());
}
else
{
    output = new LibraryWrapper (new ConsoleOutput());
}
...

Property injection

相較於建構子的時候注入,這種類型是透過property來注入:

// 此class 會用到IWriter
public class LibraryWrapper
{
    public IWriter Writer { get; set; }
}
 
.....
// 使用上就是
 
LibraryWrapper output;
 
// 使用者選擇要用檔案輸出還是Console輸出
if (args.Count() > 0 && args[0] == "text")
{
    output = new LibraryWrapper ();
    output.Writer = new TextOutput();
}
else
{
    output = new LibraryWrapper ();
    output.Writer = new ConsoleOutput();
}
...

DI Container

到目前為止,我們介紹了透過interface來讓我們可以做到IoC達到框架來選擇實際的實作是那一個。再來,我們介紹了所謂的DI來決定interface的實作是什麽時候決定。最後這一部份我們要介紹所謂的DI Container。

雖然DI我們可以用手動的方式達到,但是其實還是不彈性。舉例來說,當我要切換實作的時候,還是需要改code並且重新編譯。因此本質上還是沒有彈性的效果。

再來,假設我有一些實作希望是以全域的方式注入。換句話說,就是所有的這個interface的實作,都用同一個instance的話,靠我們手動是沒有辦法簡單做到的。

因此有了所謂DI Container。DI Container會記錄我們所有的interface和實作的對應(可以用xml方式設定,因此不需要重新compile程式就可以改interface的對應實作),並且管理這些實作的instance scope(例如,剛剛提到的,某些實作要以單一全域的方式存在)。

有了DI Container,我們才能真的做到彈性。

DI Container有很多,比較常見的有:

  • Autofac
  • Unity
  • Ninject
  • Structuremap
  • Spring(Java派比較常用)
  • 等等...
這些Container各有優勢,不過本質上都是一樣的作用。

結語

透過這一篇,我希望大家對於Ioc和DI有了一些基本的概念,在下一篇我會介紹Autofac這個DI Container,並且如何開始和我們的Mvc框架整合。

Reference


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