通过PHP语言解读什么是容器、依赖注入和控制反转

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名词解释：

  • IoC：Inversion of Control（控制反转）
  • DI：Dependency Injection（依赖注入）
  • 容器：Container

Laravel框架可能是PHP开发者最常用的框架之一，它的核心就是一个IoC容器，根据文档称其为服务容器，顾名思义该容器提供了整个框架中需要的一系列服务。作为初学者很多人会在这一个概念上犯难，因此我们可以从一些基础的内容开始讲解，通过理解面向对象开发中依赖的生产和解决方法，来逐步揭开“依赖注入”的面纱，逐渐理解这一神奇的设计理念。

依赖的产生——超人和超能力

面向对象编程，有以下几样东西无时无刻的接触，接口、类还有对象。这其中，

  • 接口是类的原型，一个类必须要遵守其实现的接口；
  • 对象则是一个类实例化后的产物，我们称为一个实例。

为了便于理解，我们用代码来辅助解释。

“怪兽横行的世界，总归需要点超级人物来摆平。”

我们把一个超人作为一个类：

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/**
 * 超人类
 */
class Superman {}

我们可以想象，一个超人诞生的时候肯定拥有至少一个超能力，这个超能力可以抽象为一个对象，为这个对象定义一个描述他的类吧。一个超能力肯定有多种属性、（操作）方法，这个尽情想象，但是目前我们先大致定义一个只要属性的“超能力”，至于能干啥，我们以后再丰富：

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/**
 * 超能力类
 */
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;
	}
}

这时候我们回过头，修改一下之前的超人类，让一个超人创建的时候被赋予一个超能力：

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/**
 * 超人类
 */
class Superman
{
	protected $power;
	
	public function __construct()
	{
		$this->power = new Power(999, 100);
	}
}

这样的话，当我们创建一个“超人”实例的时候，同时也创建了一个“超能力”的实例，但是，我们看到了一点，“超人”和“超能力”之间不可避免的产生了一个依赖。

所谓“依赖”，就是 “我若依赖你，我就不能离开你，你一旦离开我就报错了”。

在一个贯彻面向对象编程的项目中，这样的依赖随处可见。少量的依赖并不会有太过直观的影响，我们随着这个例子逐渐铺开，让大家慢慢意识到，当依赖达到一个量级时，是怎样一番噩梦般的体验。当然，我也会自然而然的讲述如何解决问题。

可怕的依赖——一堆乱麻

之前的例子中，超能力类实例化后是一个具体的超能力，但是我们知道，超人的超能力是多元化的，每种超能力的方法、属性都有不小的差异，没法通过一种类描述完全。我们现在进行修改，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
  • 能量弹，属性有：伤害值、射击距离、同时射击个数

我们创建了如下类：

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/**
 * 飞行超能力类
 */
class Flight
{
	protected $speed;// 飞行速度
	protected $holdtime;// 持续飞行时间
	public function __construct($speed, $holdtime) {}
}

/**
 * 蛮力超能力类
 */
class Force
{
	protected $force;// 力量值
	public function __construct($force) {}
}

/**
 * 能量弹能力类
 */
class Shot
{
	protected $atk;// 伤害值
	protected $range;// 射击距离
	protected $limit;// 同时射击个数
	public function __construct($atk, $range, $limit) {}
}

为了省事儿我没有详细写出 __construct() 这个构造函数的全部，只写了需要传递的参数。

好了，这下我们的超人有点“忙”了。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吗，大致如下：

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/**
 * 超人类
 */
class Superman
{
	protected $power;
	
	public function __construct()
	{
		$this->power = new Fight(9, 100);// 需要飞行超能力
		// $this->power = new Force(45);// 需要蛮力超能力
		// $this->power = new Shot(99, 50, 2);// 需要能量弹超能力
		/*
		$this->power = array(// 需要同时拥有多种超能力
			new Force(45),
			new Shot(99, 50, 2)
		);
		*/
	}
}

我们需要自己手动的在构造函数内（或者其他方法里）实例化一系列需要的类，这样并不好。可以想象，假如需求变更（不同的怪物横行地球），需要更多的有针对性的 新的 超能力，或者需要 变更 超能力的方法，我们必须 重新改造 超人。换句话说就是，改变超能力的同时，我还得重新制造个超人。效率太低了！新超人还没创造完成世界早已被毁灭。

这时，灵机一动的人想到：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或者其他装置啥的（想到钢铁侠没）。这样的话就不要整个重新来过了。

我们不应该手动在 “超人” 类中固化了他的 “超能力” 初始化的行为，而转由外部负责，由外部创造超能力模组、装置或者芯片等（我们后面统一称为 “模组”），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 “模组” 满足这个接口的装置都可以被超人所利用，可以提升、增加超人的某一种能力。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）”。

依赖转移——工厂模式

当然，实现控制反转的方法有几种。在这之前，不如我们先了解一些好玩的东西。

我们可以想到，组件、工具（或者超人的模组），是一种可被生产的玩意儿，生产的地方当然是 “工厂（Factory）”，于是有人就提出了这样一种模式： 工厂模式。

工厂模式，顾名思义，就是一个类所依赖的外部事物的实例，都可以被一个或多个 “工厂” 创建的这样一种开发模式，就是 “工厂模式”。

我们为了给超人制造超能力模组，我们创建了一个工厂，它可以制造各种各样的模组，且仅需要通过一个方法：

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/**
 * 超能力生产工厂
 */
class PowerModuleFactory
{
	public function makeModule($moduleName, $options)
	{
		switch ($moduleName) {
			case 'Fight': 	return new Fight($options[0], $options[1]);
			case 'Force': 	return new Force($options[0]);
			case 'Shot': 	return new Shot($options[0], $options[1], $options[2]);
		}
	}
}

这时候，超人 创建之初就可以使用这个工厂！

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/**
 * 超人类
 */
class Superman
{
	protected $power;
	
	public function __construct()
	{
		// 初始化工厂
		$factory = new PowerModuleFactory;
		
		// 通过工厂提供的方法制造需要的模块
		$this->power = $factory->makeModule('Fight', [9, 100]);// 需要飞行超能力
		// $this->power = $factory->makeModule('Force', [45]);// 需要蛮力超能力
		// $this->power = $factory->makeModule('Shot', [99, 50, 2]);// 需要能量弹超能力
		/*
		$this->power = array(// 需要同时拥有多种超能力
			$factory->makeModule('Force', [45]),
			$factory->makeModule('Shot', [99, 50, 2])
		);
		*/
	}
}

可以看得出，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。

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/**
 * 超人类
 */
class Superman
{
	protected $power;
	
	public function __construct(array $modules)
	{
		// 初始化工厂
		$factory = new PowerModuleFactory;
		
		// 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]
	]);

现在修改的结果令人满意。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 PowerModuleFactory 即可。扩充超能力的同时不再需要重新编辑超人的类文件，使得我们变得很轻松。但是，这才刚刚开始。

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 “超能力模组工厂” 的依赖后，对付小怪兽们变得更加得心应手。但这也正如你所看到的，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。假如工厂出了点麻烦，问题变得就很棘手。

其实大多数情况下，工厂模式已经足够了。工厂模式的缺点就是：接口未知（即没有一个很好的契约模型，关于这个我马上会有解释）、产生对象类型单一。总之就是，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。不过我们为了讲解后面的 依赖注入 ，这里就先夸大一下工厂模式的缺陷咯。

我们知道，超人依赖的模组，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。

事实上，我之前说谎了，不仅仅只有一堆小怪兽，还有更多的大怪兽。嘿嘿。额，这时候似乎工厂的生产能力显得有些不足 —— 由于工厂模式下，所有的模组都已经在工厂类中安排好了，如果有新的、高级的模组加入，我们必须修改工厂类（好比增加新的生产线）：

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/**
 * 超能力生产工厂
 */
class PowerModuleFactory
{
	public function makeModule($moduleName, $options)
	{
		switch ($moduleName) {
			case 'Fight': 	return new Fight($options[0], $options[1]);
			case 'Force': 	return new Force($options[0]);
			case 'Shot': 	return new Shot($options[0], $options[1], $options[2]);
			// case 'more': .......
			// case 'and more': .......
			// case 'and more': .......
			// case 'oh no! its too many!': .......
		}
	}
}

看到没。。。噩梦般的感受！

其实灵感就差一步！你可能会想到更为灵活的办法！对，下一步就是我们今天的主要配角 —— DI （依赖注入）

由于对超能力模组的需求不断增大，我们需要集合整个世界的高智商人才，一起解决问题，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，创造出的超能力模组没有统一的接口，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模组，都符合这样的接口，自然就可被正常使用。

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/**
 * 超能力模组接口
 */
interface PowerModuleInterface
{
	/**
	 * 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);
}

上文中，我们定下了一个接口 （超能力模组的规范、契约），所有被创造的模组必须遵守该规范，才能被生产。

其实，这就是 php 中 接口（ interface ） 的用处和意义！很多人觉得，为什么 php 需要接口这种东西？难道不是 java 、 C# 之类的语言才有的吗？这么说，只要是一个正常的面向对象编程语言（虽然 php 可以面向过程），都应该具备这一特性。因为一个 对象（object） 本身是由他的模板或者原型 —— 类 （class） ，经过实例化后产生的一个具体事物，而有时候，实现统一种方法且不同功能（或特性）的时候，会存在很多的类（class），这时候就需要有一个契约，让大家编写出可以被随时替换却不会产生影响的接口。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。

虽然有些绕，但通过我们接下来的实例，大家会慢慢领会接口带来的好处。

这时候，那些提出更好的超能力模组的高智商人才，遵循这个接口，创建了下述（模组）类：

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/**
 * X-超能量
 */
class XPower implements PowerModuleInterface
{
	public function activate(array $target)
	{
		// 这只是个例子。。具体自行脑补
        echo 'X-超能量';
	}
}

/**
 * 终极炸弹 （就这么俗）
 */
class UltraBomb implements PowerModuleInterface
{
	public function activate(array $target)
	{
		// 这只是个例子。。具体自行脑补
        echo '终极炸弹';
	}
}

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模组，影响超人，我们对超人初始化的方法进行改造：

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/**
 * 超人类
 */
class Superman
{
	protected $module;
	
	public function __construct(PowerModuleInterface $module)
	{
		$this->module = $module;
        $this->module->activate([]);// 超能力激活
	}
}

改造完毕！现在，当我们初始化 “超人” 类的时候，提供的模组实例必须是一个 PowerModuleInterface 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模组即可。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！

现在有人疑惑了，你要讲的 依赖注入 呢？
其实，上面讲的内容，正是依赖注入。

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：

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// 超能力模组
$superModule = new XPower;

// 初始化一个超人，并注入一个超能力模组依赖
$superMan = new Superman($superModule);

关于依赖注入这个本文的主要配角，也就这么多需要讲的。理解了依赖注入，我们就可以继续深入问题。慢慢走近今天的主角……

IoC 容器——更为先进的工厂

刚刚列了一段代码：

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$superModule = new XPower;

$superMan = new Superman($superModule);

读者应该看出来了，手动的创建了一个超能力模组、手动的创建超人并注入了刚刚创建超能力模组。呵呵，手动。

现代社会，应该是高效率的生产，干净的车间，完美的自动化装配。

一群怪兽来了，如此低效率产出超人是不现实，我们需要自动化 —— 最多一条指令，千军万马来相见。我们需要一种高级的生产车间，我们只需要向生产车间提交一个脚本，工厂便能够通过指令自动化生产。这种更为高级的工厂，就是工厂模式的升华 —— IoC 容器。

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/**
 * 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。现在的确很简陋，但不妨碍我们进一步提升他。先着眼现在，看看这个容器如何使用吧！

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// 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 超能力模组 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

看到没？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。发现没有？我们彻底的解除了 超人 与 超能力模组 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模组参数，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。实现这种功能其实理论上并不麻烦，但我并不会在本文中写出，因为……我懒得写。

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！关于反射，php 官方文档有详细的资料，并且中文翻译基本覆盖，足够学习和研究！

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模组。超人开始批量产出。最终，人人都是超人，你也可以是哦 :stuck_out_tongue_closed_eyes:！

回归正常世界,我们开始重新审视 laravel 的核心

现在，我们开始慢慢解读 laravel 的核心。其实，laravel 的核心就是一个 IoC 容器，也恰好是我之前所说的高级的 IoC 容器。

可以说，laravel 的核心本身十分轻量，并没有什么很神奇很实质性的应用功能。很多人用到的各种功能模块比如 Route（路由）、Eloquent ORM（数据库 ORM 组件）、Request and Response（请求和响应）等等等等，实际上都是与核心无关的类模块提供的，这些类从注册到实例化，最终被你所使用，其实都是 laravel 的服务容器负责的。

我们以大家最常见的 Route 类作为例子。大家可能经常见到路由定义是这样的：

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Route::get('/', function() {
	// bla bla bla...
});

实际上， Route 类被定义在这个命名空间：Illuminate\Routing\Router，文件 vendor/laravel/framework/src/Illuminate/Routing/Router.php。
我们通过打开发现，这个类的这一系列方法，如 get，post，any 等都不是静态（static）方法，这是怎么一回事儿？不要急，我们继续。

服务提供者

我们在前文介绍 IoC 容器的部分中，提到了，一个类需要绑定、注册至容器中，才能被“制造”。

对，一个类要被容器所能够提取，必须要先注册至这个容器。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）。

虽然，绑定一个类到容器不一定非要通过 服务提供者（ServiceProvider） 。

但是，我们知道，有时候我们的类、模块会有需要其他类和组件的情况，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。

Facade

我们现在解答之前关于 Route 的方法为何能以静态方法访问的问题。实际上这个问题文档上有写，简单说来就是模拟一个类，提供一个静态魔术方法__callStatic，并将该静态方法映射到真正的方法上。

我们使用的 Route 类实际上是 Illuminate\Support\Facades\Route 通过 class_alias() 函数创造的 别名 而已，这个类被定义在文件 vendor/laravel/framework/src/Illuminate/Support/Facades/Route.php 。

我们打开文件一看……诶？怎么只有这么简单的一段代码呢？

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<?php namespace Illuminate\Support\Facades;

/**
 * @see \Illuminate\Routing\Router
 */
class Route extends Facade {

	/**
	 * Get the registered name of the component.
	 *
	 * @return string
	 */
	protected static function getFacadeAccessor()
	{
		return 'router';
	}

}

其实仔细看，会发现这个类继承了一个叫做 Facade 的类，到这里谜底差不多要解开了。

上述简单的定义中，我们看到了 getFacadeAccessor 方法返回了一个 route，这是什么意思呢？事实上，这个值被一个 ServiceProvider 注册过，大家应该知道注册了个什么，当然是那个真正的路由类！

有人会问，Facade 是怎么实现的。我并不想说得太细，一个是我懒，另一个原因就是，自己发现一些东西更容易理解，并不容易忘记。很多细节我已经说了，建议大家自行去研究。

至此，我们已经讲的差不多了。

和平！我们该总结总结了！

无论如何，世界和平了。

这里要总结的内容就是，其实很多事情并不复杂，怕的是复杂的理论内容。我觉得很多东西一旦想通也就那么回事儿。很多人觉得 laravel 这不好那不好、这里难哪里难，我只能说，laravel 的确不是一流和优秀的框架，说 laravel 是一流、优秀的框架的人，不是 laravel 的粉丝那么就是跟风炒作。Laravel 最大的特点和优秀之处就是使用了很多 php 比较新（实际上并不新）的概念和技术（也就一堆语法糖）而已。因此 laravel 的确符合一个适宜学习的框架。Laravel 的构思的确和其他框架有很大不同，这也要求学习他的人必须熟练 php，并 基础扎实！如果你觉得学 laravel 框架十分困难，那么原因只有一个：你 php 基础不好。

另外，善于利用命名空间和面向对象的诸多特性，去追寻一些东西，你会发现，原来这一切这么容易。

最后在通过名词解释回味一下吧

容器（Container）

在编程语境中，容器是一个存储和管理对象实例及其依赖关系的实体。它通常提供了一个统一的接口来获取所需的对象，而无需关心对象的创建细节。

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class Container {
    protected $bindings;

    public function bind($name, Closure $closure) {
        $this->bindings[$name] = $closure;
    }

    public function resolve($name) {
        if (!isset($this->bindings[$name])) {
            throw new BindingResolutionException("Unresolvable binding {$name}.");
        }

        return $this->bindings[$name]();
    }
}

这个容器类允许开发者绑定一个名称与闭包（用于生成对象）的关系，并可以通过名称解析出对象实例。

依赖注入（Dependency Injection）

依赖注入是一种设计模式，用于实现应用程序组件之间的解耦。通过依赖注入，组件不需要直接创建或查找其依赖项，而是从外部接收它们。这通常通过构造函数、方法参数或属性设置器来实现。

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class UserService {
    private $userRepository;

    public function __construct($userRepository) {
        $this->userRepository = $userRepository;
    }

    public function getUser($id) {
        return $this->userRepository->find($id);
    }
}

在这个例子中，UserService 类不直接创建 userRepository，而是通过构造函数接收一个 userRepository 的实例。

控制反转（Inversion of Control, IoC）

控制反转是一种原则，它指的是将流程控制的责任从应用程序代码转移到外部框架或库。在实践中，这通常意味着应用程序中的组件不再负责管理它们的依赖关系，而是交给容器或框架来处理。

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$container = new Container();
$container->bind('userRepository', function() {
    return new UserRepository();
});
$container->bind('userService', function() use ($container) {
    return new UserService($container->resolve('userRepository'));
});

$userService = $container->resolve('userService');

这里，UserService 的依赖 UserRepository 不是由 UserService 自己创建的，而是由容器在外部创建并注入的。这就是控制反转的一个例子，因为 UserService 的控制流被反转给了容器。

转载 [laravel 学习笔记 —— 神奇的服务容器]。

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