Dependency Injection

Dependency Injection(依賴注入，簡稱DI)是物件導向技術中常被用來降低模組間耦合度的做法，Martin Fowler首先在他的Inversion of Control Containers and the Dependency Injection pattern一文中使用了這個詞，並定義了三種型式的DI，分別是type 1：Interface Injection、type 2：Setter Injection及type 3：Constructor Injection，後來又由picocontainer定義了更多種類的DI。那些DI，其實我也不知道詳細情形為何，也懶得知道。無論如何，DI的用途就是「將模組之間的相依性從程式實作中抽離」。這樣說或許很抽象，但我們生活中其實充滿DI的影子。例如，每個MP3 Player一定需要電池才能運作，有些MP3的電池是內建的，無法更換；有些使用3號或4號鹼性電池，替換很方便。使用內建電池的MP3 Player，由於電池相依於MP3 Player的內部實作，如果之後電池壞掉，就只能買一台新的。而使用標準電池的MP3 Player，即使電池壞掉，只要到7-11買一副新的電池，馬上就能夠使用。同樣的道理也適用於軟體設計：萬一某天發現軟體中的一個類別有bug，究竟是要整個軟體都改過，還是只需要改有bug的類別？這樣我們就能歸納出一個結論：類別和MP3Player的電池一樣，最好能夠想換就換。廢話不多說，我們直接寫個Java MP3Player程式來看看。

class MP3Player{
private NormalBattery battery = new NormalBattery();
public void play(){
    battery.usePower();
}
public int getBatteryPower(){
    return battery.getPower();
}
public static void main(String... arg){
    MP3Player player = new MP3Player();
    /** 使用至沒電為止 */
    while(player.getBatteryPower()>0){
        player.play();
    }
}
}
class NormalBattery{
private int power = 100;    //預設電力100
public int getPower(){
    return power;
}
public void usePower(){
    power--;            //每使用一次就遞減
}
}

Program A.

以上是代表MP3 Player與電池的類別。注意在MP3Player類別裡，battery欄位的初始值已經指名了要使用的電池是NormalBattery。這意味著如果哪天我們發現NormalBattery類別已經無法滿足我們的需求，想替換的話就必須連MP3Player類別一起更改。現在這麼看可能覺得只是小事，但試想若有10個類別同時使用到NormalBattery，你得花多少時間在這種猴子也能做的瑣碎工作上？
為了不讓身為人類的你退化成猴子，我們還是將上面的程式修改一下，並加入一個Battery介面。

interface Battery{
  int getPower();
  void usePower();
}

class MP3Player{
   private Battery battery;
   public MP3Player(Battery battery){
       this.battery = battery;
   }
public static void main(String... arg){
    /** 建構 player時將NormalBattery傳入當參數 */
       MP3Player player = new MP3Player(new NormalBattery());
    ....
}
}
class NormalBattery implements Battery{
    ....
}

Program B.

這Program B.裡，我們先將電池所共有的功能抽象成一個介面，並讓NormalBattery去實作它。在MP3Player類別裡，則讓battery欄位的值在建構時才由傳入的參數決定。如此一來，使用何種Battery介面的實作的決定權，便從MP3Player類別的實作者手中，轉移到MP3Player使用者的手上。就好比使用者可以隨意更換MP3 Player的電池，而不是取決於MP3 Player的製造商。
但是萬一MP3 Player用到一半，突然想把電池拆掉，又或者，一開始就不想要裝電池，該怎麼辦？如果是用建構子傳入參數的方式，因為沒有提供修改battery的方法，也強制MP3Player的使用者在建構MP3Player時就必須把battery的實體傳入。這種方式在某些情況下顯然不適用，因此我們改採另一種方法：不使用建構子傳參數，而是增加Setter方法。

class MP3Player{
  private Battery battery;
  public MP3Player(){}
   public void setBattery(Battery battery){
       this.battery = battery;
   }
...
  public static void main(String... arg){
      MP3Player player = new MP3Player();
      /** 設定電池 */
       player.setBattery(new NormalBattery());
      ....
  }
}
class NormalBattery implements Battery{
    ....
}

Program C.

Program C.中把改為不在建構子傳參數，而是去將參數傳入新增的setBattery()方法。這種作法在建構子參數太多的時候相當有用，特別是那些可以省略的參數。

介紹到這裡，看似頗為人滿意，終於可以快樂大結局了。但是，在這個能源耗竭的時代，我們必須思考著如果有一天，MP3 Player的價錢會跟電池差不多，只更換電池就顯得沒有意義，連MP3 Player也必須要可以替換才行。為了因應這種變態的要求，MP3 Player廠商終於決定不再販賣MP3 Player，宣布轉型為MP3 Player出租商，改成以服務的方式收取費用。

為了因應石油不足對產業結構產生的衝擊，物件導向技術也有一套作法，讓你不需要去理會程式碼寫了什麼或怎麼使用，只要改一改訂單，MP3 Player和電池就送到府上供你使用。這種做法必須仰賴介面，將各個實作類別抽象化，因此必須新增 Player介面。

class NormalBattery implements Battery{....}

interface Battery{
   ....
}
interface Player{
    void setBattery(Battery batery);
    void play();
    int getBatteryPower();
}
class MP3Player implements Player{
   private Battery battery;
   public MP3Player(){}
   public void setBattery(Battery battery){....}
   public void play(){....}
   public int getBatteryPower(){....}
}
class NormalBattery implements Battery{....}

import java.io.*;
import java.util.*;
class Main{
   public static void main(String... arg)throws Exception{
      Properties props = new Properties();
      /** 從config.txt檔案中讀出屬性 */
      props.load(new FileInputStream("config.txt"));
      /** 動態載入類別 */
      Class playerClass =
               Class.forName(props.getProperty("player"));
      Class batteryClass =
               Class.forName(props.getProperty("battery"));
      Player player = (Player)playerClass.newInstance();
      Battery battery = (Battery)batteryClass.newInstance();
      /** 設定電池 */
      player.setBattery(battery);
      /** 使用至沒電為止 */
      while(player.getBatteryPower()>0){
          player.play();
      }
   }
}

config.txt→
player:MP3Player
battery:NormalBattery

Program D.

由於Program D.要凸顯不需要知道MP3Player內部實作的特性，因此把main方法移到Main類別裡。現在整個主程式完全看不到MP3Player和NormalBattery的蹤影，但程式還是會呼叫MP3Player的setBattery()方法，並將NormalBattery的實體傳入。程式依賴於config.txt的設定，如果想要修改Player或Batter的實作，只需要將實作類別編譯好，接著修改config.txt的內容就可以了。這種方法很明顯要比前面的方法還要有彈性的多，然而如果實作是一些現成的框架提供的介面，在抽離框架時就必須大量修改，代價挺高。由於這種方法有很高的侵入性，大多框架還是使用前面兩種作法。

一開始曾經提到，Martin Fowler曾經定義出三種DI的型態。 Program B.是屬於type 3，Constructor Injection； Program C.是type 2, Setter Injection； Program D.為type 1, Interface Injection。定義得那麼複雜，其實一點也不難。