Laravel 之服务容器——深入理解控制反转（IoC）和依赖注入（DI）

绝地灬酷狼 2022-05-23 04:39 171阅读 0赞

容器，字面上理解就是装东西的东西。常见的变量、对象属性等都可以算是容器。一个容器能够装什么，全部取决于你对该容器的定义。当然，有这样一种容器，它存放的不是文本、数值，而是对象、对象的描述（类、接口）或者是提供对象的回调，通过这种容器，我们得以实现许多高级的功能，其中最常提到的，就是 “解耦” 、“依赖注入（DI）”。本文就从这里开始。

### IoC 容器 —— Laravel 的核心 ###

Laravel 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，我打算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产生和解决方法，来逐渐揭开“依赖注入”的面纱，逐渐理解这一神奇的设计理念。

本文一大半内容都是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），通过理解这些概念，来更加深入。更多关于 laravel 服务容器的用法建议阅读[文档][Link 1]即可。

### IoC 容器诞生的故事 ###

讲解 IoC 容器有很多的文章，我之前也写过。但现在我打算利用当下的灵感重新来过，那么开始吧。

#### 超人和超能力，依赖的产生 ####

面向对象编程，有以下几样东西无时不刻的接触：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，我们称其为一个实例。当然这样说肯定不利于理解，我们就实际的写点中看不中用的代码辅助学习。

> 怪物横行的世界，总归需要点超级人物来摆平。

我们把一个“超人”作为一个类，

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，这个超能力也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，这个尽情的想象，但是目前我们先大致定义一个只有属性的“超能力”，至于能干啥，我们以后再丰富：

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：

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”。

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。

#### 一堆乱麻 —— 可怕的依赖 ####

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：

class Flight
    {
        protected $speed;
        protected $holdtime;
        public function __construct($speed, $holdtime) {}
    }
    
    class Force
    {
        protected $force;
        public function __construct($force) {}
    }
    
    class Shot
    {
        protected $atk;
        protected $range;
        protected $limit;
        public function __construct($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：

class Superman
    {
        protected $power;
    
        public function __construct()
        {
            $this->power = new Fight(9, 100);
            // $this->power = new Force(45);
            // $this->power = new Shot(99, 50, 2);
            /*
            $this->power = array(
                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。

对，就是这样的。

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）”。

### 工厂模式，依赖转移！ ###

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：

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 '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！

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]);
            // $this->power = $factory->makeModule('Shot', [99, 50, 2]);
            /*
            $this->power = array(
                $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。

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 SuperModuleFactory 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。

### 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）：

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。

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);
    }

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：

/**
     * 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模组，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;
        }
    }

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 `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：

// 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……

### 更为先进的工厂 —— IoC 容器 ###

刚刚列了一段代码：

$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。

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！

// 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：

[http://php.net/manual/zh/book.reflection.php][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模组。超人开始批量产出。最终，人人都是超人，你也可以是哦！

### 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（请求）以及 Response（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：

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（Service Provider）。

虽然，绑定一个类到容器不一定非要通过服务提供者。

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][Link 2]。`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。

#### 门面（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？

<?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！

[Link 1]: http://laravelacademy.org/post/93.html
[http_php.net_manual_zh_book.reflection.php]: http://php.net/manual/zh/book.reflection.php
[Link 2]: http://laravelacademy.org/post/91.html