剖析依赖注入与控制反转的关联
1 前言
依赖注入（DI）和控制反转（IoC）或许是部分开发人员有所耳闻却未能清晰理解的两个概念，常常能看到它们的名称，却不明白其内涵。这两个词是英文的直译，看似高深，实则十分简单，并且在一些开发场景中有着不可或缺的作用，例如单元测试离不开依赖注入，IoC容器是插件框架的得力伙伴等，本文尝试以最为简洁的方式阐释这两种思想在开发中的应用。
2 什么是依赖注入与控制反转
2.1 控制反转
在解释控制反转之前，首先要理解“正转”的含义：当A依赖于B，且A掌控着B的创建与销毁时，此时A对B实施控制，这便是“正转”。
当B的创建与销毁并非由A内部完成，B脱离了A的掌控，这种情况就被称作控制反转（IoC：Invertion of Control）。
public class A
{
private B _b;
public A()
{
// 由于A掌控B的创建，所以A控制着B，此为“正转”
_b = new B();
}
}
2.2 依赖注入
对象之间的依赖不再由自身内部进行创建，而是由外部进行传递，这被称为依赖注入（DI：Dependency Injection）。
控制反转是一种设计理念，依赖注入是实现该理念的手段。二者缺一不可：
public class A
{
private B _b;
// B由外部注入，这就是依赖注入
public A(B b)
{
// B由外部创建，脱离了A的控制，这就是控制反转
_b = b;
}
}
上述代码示例的是构造函数注入，另一种常见的依赖注入方式是属性注入：
public class A
{
public B B { get; set; }
}
void main()
{
A a = new A();
B b = new B();
// 属性注入
a.B = b;
}
3 为什么要使用依赖注入与控制反转
3.1 解耦
在软件领域，有一条黄金法则叫做“高内聚，低耦合”。耦合意味着使用（或者说依赖），例如B使用了A，就表示B耦合了A，一旦类的数量增多，类之间错综复杂的耦合关系会成为巨大的挑战，高内聚就是将相同的功能汇聚在一起，这样类之间的耦合关系就会减少，通过提高内聚来降低类之间的耦合是一种常见的解耦方式。就像图中所示，C依赖B，B依赖A，原本是两级依赖关系，通过将B中的部分功能向A进行内聚（前提是这部分功能原本就具有相关性），实现了B、C都依赖于A的一级依赖关系，使得B、C之间完成了解耦。
解耦除了完全消除依赖关系之外，另一种方式是将紧耦合转变为松耦合。先解释一下松紧耦合的概念，打开电脑机箱找到主板上的南北桥芯片，会发现它们是直接焊接在主板上的，这种不可替换的连接就是紧耦合；再找到内存条，会发现它们可以拆卸并且更换为其他品牌，这种可替换的连接就是松耦合。大部分时候，在软件设计开发时都应当采用松散耦合，而依赖注入是实现松散耦合非常好的一种方式。
如果进一步思考，主板上的内存条之所以能够安装不同品牌，是因为存在相关技术标准，比如长宽尺寸、针脚数量、通信标准等，不同的内存条厂商，只要按照标准生产出来的内存条就能安装到同一块主板上。在软件开发中，让主板支持不同厂商的内存条就是可扩展性，定义内存条的接口标准就是抽象，按照标准生产内存条就是面向抽象编程（或者说面向接口编程）。因此，为了使软件模块具备更好的扩展性，除了使用依赖注入，还应当注入抽象而非具体的内容。
3.2 单元测试
不了解单元测试的小伙伴可以先阅读我的另一篇文章《单元测试从入门到精通》。在单元测试中如果没有依赖注入，几乎难以开展。通过简单的代码来举例：
难以测试的代码：
// 被测对象
public class House
{
private Bedroom _bedroom;
House()
{
// 内部构造协作对象，难以进行测试。
_bedroom = new Bedroom();
}
// ...
}
// 测试用例
public void TestThisIsReallyHard()
{
House house = new House();
// 无法在测试过程中对Bedroom进行属性赋值、行为方法调用等，测试难以进行
// ...
}
易于测试的代码：
// 被测对象
public class House
{
private Bedroom _bedroom;
// 注入协作对象，可测试性良好。
House(Bedroom b)
{
_bedroom = b;
}
// ...
}
// 测试用例
public void TestThisIsEasyAndFlexible()
{
// Bedroom对象处于掌控之中，易于测试
Bedroom bedroom = new Bedroom();
House house = new House(bedroom);
// ...
}
4 IoC容器
在稍复杂的软件产品中，通常会遇到两个关于对象的问题：一是对象数量众多，如何统一对它们进行管理，比如统一管理对象的创建销毁过程、每个对象的生命周期；二是对象之间可能存在多重复杂的依赖关系，如何对这些依赖关系进行管理，比如谁先创建谁后创建，被依赖的对象如何注入依赖对象等。
针对上述两个问题的解决方案就是IoC容器（IoC Container），IoC容器是一个对象管理器，它统一管理对象的创建销毁过程、生命周期、依赖关系，并且提供自动注入、根据配置创建对象等一系列便捷功能。如下代码使用 Autofac（C#开源IoC容器）进行了简单示例：
// 使用开源IoC容器Autofac
using Autofac;
namespace AutofacDemo
{
class A
{ }
class B
{
A _a;
// 只需要声明需要注入的对象，由容器自动完成依赖对象的创建与注入
public B(A a)
{
_a = a;
}
}
internal class Program
{
static void Main(string[] args)
{
// 将类型注册至容器中
ContainerBuilder builder = new ContainerBuilder();
builder.RegisterType<A>();
// 设置对象的生命周期（单例模式）
builder.RegisterType<B>().SingleInstance();
// 构造IoC容器
IContainer container = builder.Build();
// 从容器中获取对象
B b = container.Resolve<B>();
}
}
}
5 结束语
依赖注入与控制反转的思想诞生于软件开发追求高内聚、低耦合的历史进程中，20世纪90年代末已在软件设计模式、单元测试中得到应用。2002年Java的Spring框架搭载着IoC容器、AOP等强大功能风靡全球，DI与IoC被更多的开发者所关注。直到最近的项目中涉及插件化框架，而IoC容器又是插件架构的最佳拍档，因此将其整理成文。若能对大家有所帮助，深感荣幸。
<全文完>
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