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设计原则与模式——从DIP中“倒置”的含义说接口的正确使用

决台 2025-5-29 19:03:19
提纲


  • 开灯的例子
  • 暗流涌动
  • Guru眼中的依赖
  • DIP（依赖倒置原则）

    • 为什么要解耦合？
    • 接口的坏味道

  • 同一张类图的不同解释——真假DIP
  • 了解DIP有什么用？DIP用在什么地方？
  • 下回预告
  • 参考文献
开灯的例子

    选开灯做例子，是因为这个例子既常见又简单，而且潜在的需求多样。对于最简单的灯，从功能上讲，按下灯上的开关，灯就开了。
    用代码实现这样一个有开关功能的灯，也是一件很容易的事情。
  1. public class Light
复制代码
  1. {
复制代码
  1. public void TurnOn() { Console.WriteLine("Light Turn On"); }
复制代码
  1. public void TurnOff() { Console.WriteLine("Light Turn Off"); }
复制代码
  1. }
复制代码
代码1
    一个具有开关功能的灯就完成了。这个灯，功能完备、也满足当下的需求。一切美好。
    直到有一天，有个客户说，灯上的开关坏了，能不能换一个？我才意识到这个灯的设计有问题——它的开关是换不了的。一面给用户解释，一面考虑着把灯和开关分开。
    咱也是学过设计模式的人，知道要面向接口编程，绝不应该简单地把Light类拆解成Light和Switcher两个类。因为Switcher不应该依赖于具体实现，于是写出了下面的代码。
  1.  
复制代码
  1. namespace Me.Lighting
复制代码
  1. {
复制代码
  1. public interface ILightable
复制代码
  1. {
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  1. void ShowLight();
复制代码
  1. void HideLight();
复制代码
  1. }
复制代码
  1. public class Light : ILightable
复制代码
  1. {
复制代码
  1. public void ShowLight() { Console.WriteLine("Light Turn On"); }
复制代码
  1. public void HideLight() { Console.WriteLine("Light Turn Off"); }
复制代码
  1. }
复制代码
  1. }
复制代码
  1. namespace Me.Switch
复制代码
  1. {
复制代码
  1. using Me.Lighting;
复制代码
  1.  
复制代码
  1. public class Switcher
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  1. {
复制代码
  1. public ILightable Light { get; set; }
复制代码
  1. public void TurnOn() { Light.ShowLight(); }
复制代码
  1. public void TurnOff() { Light.HideLight(); }
复制代码
  1. }
复制代码
  1. }
复制代码
代码 2
    这个设计，不仅分离了灯和开关，甚至可以让这个开关灵活地控制要开关哪个灯。只要在开关前设置一下就可以，多方便。我自信满满地迁入了代码。
    事实也证明这样的设计是成功的，产品的灵活设计得到了用户的认可，销量直线上升。
     亲，请看下代码，在不使用什么别的设计模式的前提下，您觉得代码2有什么问题？无论是什么角度的都可以（当然，可能您的角度不是本文讨论的重点），最好先回复下留个底，别事后诸葛。
    如果您一眼看到了问题，请直接阅读DIP那一节。
暗流涌动

     公司壮大之后 ，开始考虑向收音机行业进军。而且公司希望，这种灵活的设计可以沿用下去，收音机和灯的开关应该可以通用，对用户而言，都是拨那么一下。
     我听到这个信息也是相当兴奋，但是当我开始着手写代码时，发现一些坏味道，开关依赖于ILightable 接口，那么我的收音机不得不写成这个样子才能与现有的开关兼容。
  1. public class Radio : ILightable
复制代码
  1. {
复制代码
  1. public void ShowLight() { Console.WriteLine("Play radio"); }
复制代码
  1. public void HideLight() { Console.WriteLine("Stop radio"); }
复制代码
  1. }
复制代码
代码3
    虽然可以工作，但是这是严重的坏味道。因为如果有一天，灯的接口变化，我却要连收音机的代码一起改。这种情况绝不应该出现。且不用把LSP（Liskov替换原则）搬出来说教，很显然Radio其实并没有完成ILightable所定义的功能——发光。无论从哪个角度讲都是错的。
    一个可行的设计是，让开关支持收音机的开启和停止。像下面这样。
  1. namespace Me.Radio
复制代码
  1. {
复制代码
  1. public interface IRadio
复制代码
  1. {
复制代码
  1. void Play();
复制代码
  1. void Stop();
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  1. }
复制代码
  1. public class Radio : IRadio
复制代码
  1. {
复制代码
  1. public void Play() { Console.WriteLine("Play radio"); }
复制代码
  1. public void Stop() { Console.WriteLine("Stop radio"); }
复制代码
  1. }
复制代码
  1. }
复制代码
  1. namespace Me.Switch
复制代码
  1. {
复制代码
  1. using Me.Lighting;
复制代码
  1. using Me.Radio;
复制代码
  1.  
复制代码
  1. public class Switcher
复制代码
  1. {
复制代码
  1. public ILightable Light { get; set; }
复制代码
  1. public IRadio Radio { get; set; }
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  1. public void TurnOn()
复制代码
  1. {
复制代码
  1. if (Light != null) Light.ShowLight();
复制代码
  1. else if (Radio != null) Radio.Play();
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  1. }
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  1. public void TurnOff() { Light.HideLight(); }
复制代码
  1. }
复制代码
  1. }
复制代码
代码4
    我看来看去都觉得这个代码太恶心了，因为Switcher的实现方式违反了OCP（开放—封闭原则），如果这样发展下去，公司的产品越丰富，这坨代码就越难以维护。我的末日也就越近。
    于是我的考虑Switcher的设计是不是有问题，我已经用上面向接口编程了，为什么还是有问题呢？
Guru眼中的依赖

     我把代码发给了我的导师，一个设计Guru，他看完之后哭笑着说，你的基本功很扎实，理论知识也很全面，可惜却缺乏一定的经验。面向接口编程没有错，但是更重要的是模型的建立。
    简单而言，你的开关的依赖关系错了。问你一个问题你就明白了，开关为什么要依赖ILightable呢？但是好在你有一定的设计基础，知道要提取出一个接口，所以要改成正确的设计也非常容易。你只需要把ILightable这个接口的名字改成ISwitchable，再把接口方法名字改下，并把它与Switcher放一起就行了。
   听罢，我恍然大悟。原来接口的名字和位置，也会给使用者带来如此大的困扰。在先进的开发工具的帮助下，瞬间就完成了这个简单的重命名和移动操作。现在的代码像这个样子了。
  1. namespace Me.Lighting
复制代码
  1. {
复制代码
  1. using Me.Switch;
复制代码
  1. public class Light : ISwitchable
复制代码
  1. {
复制代码
  1. public void TurnOn() { Console.WriteLine("Light Turn On"); }
复制代码
  1. public void TurnOff() { Console.WriteLine("Light Turn Off"); }
复制代码
  1. }
复制代码
  1. }
复制代码
  1. namespace Me.Radio
复制代码
  1. {
复制代码
  1. using Me.Switch;
复制代码
  1. public class Radio : ISwitchable
复制代码
  1. {
复制代码
  1. public void TurnOn() { Console.WriteLine("Play radio"); }
复制代码
  1. public void TurnOff() { Console.WriteLine("Stop radio"); }
复制代码
  1. }
复制代码
  1. }
复制代码
  1. namespace Me.Switch
复制代码
  1. {
复制代码
  1. public interface ISwitchable
复制代码
  1. {
复制代码
  1. void TurnOn();
复制代码
  1. void TurnOff();
复制代码
  1. }
复制代码
  1. public class Switcher
复制代码
  1. {
复制代码
  1. public ISwitchable Switchee { get; set; }
复制代码
  1. public void TurnOn() { Switchee.TurnOn(); }
复制代码
  1. public void TurnOff() { Switchee.TurnOff(); }
复制代码
  1. }
复制代码
  1. }
复制代码
代码5
   注意：这个代码与之前有问题的代码2，只是各种名称上的变化。结构上一点儿没变。
   以后有新的产品，也只需要实现ISwitchable接口，就可以支持这个开关了。之前的失败设计，看似与这个设计相差无几，但是其中蕴含的设计思想天差地远，也正是在这种地方，才更能体现出设计师间的差距。这一种设计所体现的，即是DIP（依赖倒置原则），的表现之一，接口应当被其使用者所拥有，而非其实现者。1
DIP（依赖倒置原则）

   具体问题解决了，还需要把整个问题抽象一下，从本质上了解一下DIP的含义。（我会尽量清楚，可能会有些啰嗦，但这比在回复里争论要舒坦得多。）
   假设有如下所示的类图。假设我们要把这种关系解耦合。
1.png

图1
注：图1中的User表示使用者（调用者），而不是用户的意思。
为什么要解耦合？

    我说“假设要解耦合”，是因为在尝试解耦这种依赖关系之前，应该先确定有没有解耦的必要。这种关系在代码中比比皆是，如果把所有的依赖都解耦，不仅工作量大、带不来任何好处，而且引入了不必要的复杂度，最终演变成了过度设计，增加了编码成本和维护成本。（我已经被人骂怕了，怕不说清楚这一点，总要有人跳出来说我滥用模式，说这种关系要不要解耦要看情况，云云。都是好意，我也心领了，谢谢。但被人假设狗屁不通，总不太舒服。）
    明确某个依赖关系是否需要被分解，是一件很复杂的事情，个人觉得并没有什么准则能让你轻松地做出这个判断。因为几乎所有的依赖，在一句经典的“我以后可能会换一种方式实现它”面前，都变得似乎需要被解耦。这种理由，听上去合理，其实是狗屁。换一种方式实现它，并不意味着要用一个接口来抽象它，接口是用来抽象并解耦依赖关系的，应该被用在：同时存在多个实现、实现未知或需要模块化的情况下（还有一种情况，是方便多人开发时工作内容的解耦，但我还没有想明白，引入接口来达到这个目的是否合适：因管理需要导致的复杂度上升。所以先不讨论这种情况）。
    具体解释一下，“同时存在多个实现”的意思。以IComparable接口为例，很多数据类（比如DTO）大都实现了这个接口，因为上层的功能（比如排序）依赖类的对象有相互比较的能力，同时每个类的实现方式又都不一样，即所谓的同时存在多个实现。
    所以，对于需要“换一种方式实现它”的情况，大可以把原来的代码删除然后重新写一个。
    有句话叫“拿着锤子，看什么都像钉子”。了解一项技术，不仅仅要了解他能做什么，更要了解这个技术适用在什么地方。所以千万别今天听了解耦的概念觉得很前卫，第二天就去把所有的类都提取出个接口。多数情况当然不会这么夸张，但滥用其实就在一念之间。
接口的坏味道

    我承认，上面解释也许正确，但没什么用。懂的人懂，不懂的还是不懂；所以我还是举些接口有问题的坏味道吧。
    最常见的接口坏味儿包括：（注意，总可以找到反例，所以一开始就说了，没有准则，总要具体问题具体分析，但是如果使用接口的原因是如下几种之下，我觉得应该再仔细考虑一下）

  • 为了提取出某一个类所提供的Public方法。接口应该用来抽象依赖，而不是抽象实现。后面再解释。你想知道或控制一个类有哪些Method的方法有很多，但是引入一个接口，不仅达不到你的目的，还引入了复杂度——每当你要加一个方法，都要修改两个地方，一个是接口，一个是实现。
  • 接口抽象出来了，但是和实现放了一起，或者根本没用到这个接口。比如，如果你写出了：
  • Interface f = new Implementation();
  • 这样的代码，而且这个接口只被这样用过，那或许需要考虑一下使用这个接口的用法了。我并不是指你需要一个依赖注入的框架。但是这至少看上去不太对劲，像是为了使用接口而提取出了这个接口。
  • 接口中包含了互不相关的方法。如果某个方法出现在这个接口里会让人觉得惊讶，那这个接口就是有问题的。不能因为有两个以上的类都有这个方法，所以就提取出来了。要看这两个方法有没有关系，还要看上层是不是一定会同时依赖这两个方法。使用者使用接口中的方法时，应该全部都用得到。如果没全用到，可能需要考虑一下这个接口划分的是否合理？的粒度是不是太粗了？还是把接口当成了Common Service Host来用了？
同一张类图的不同解释——真假DIP

   扯得有点儿远了。回来继续正题，考虑如何把User和Implementation解耦合。所有人都知道，解耦的方法是：

  • 定义接口I
  • Implementation实现接口I
  • User使用接口I，则不是Implementation。
   这个描述已经很细了，而且画出来的类图也是唯一的。但是很可惜，这个描述是不明确的，有歧义的。
   代码2和代码5都符合这个描述，但是其实是不同的设计。用图来描述会更清楚一些。
2.png

图2
3.png

图3
     或许有人一看到学术派的设计图就兴奋起来，一眼就看出有一个设计是有问题的。但是当你看到代码2时，你有一眼看出问题吗？到你自己的项目代码中，你能一眼看出问题吗？问题总是出现在“混乱”中，简化成图2、图3这样，只要知道DIP的人，恐怕都能看出问题。但到项目中，那就是另一回事儿了。就像多数人都很鄙视国家组织的“软考”，考得再好，也不表示有相当的设计水平。这种简化了的问题和考题一样，也许能明白，但是能在该用的时候记得用，并不是个容易的事儿。
    我来解释一下，其中根本的区别在于谁依赖谁。至于谁持有接口，只是表象。从逻辑上，调用方很明显地依赖着实现方，因为实现方才是功能的实现者，没有实现方，调用方就工作不了。但是在图3的设计中，其设计意图是，实现方要实现的功能，由调用方来决定，而不是实现方实现了什么，调用方就用什么。也就是说，要让实现方依赖调用方。这，就是DIP（依赖倒置原则）的含义。其具体表现就是，调用方定义并持有接口。
    从概念上来讲，DIP的定义如下2：

  • 高层次的模块不应该依赖于低层次的模块，他们都应该依赖于抽象。
  • 抽象(Abstractions)不应该依赖于实现(details)，实现应该依赖于抽象。
    目前在网上找到的对DIP的解释，多数都停留在第一项，即模块依赖抽象上，都没有解释清楚“倒置”这个词的含义。希望本文中的图2和图3解释清楚了“倒置”的含义。从概念上来讲，“抽象不应该依赖于实现”，就是要求“倒置”。因为如果像图2那种思路，从实现中抽象出接口，那么这个接口就是依赖于实现的。重复一下之前说过的：接口，应该是对依赖的抽象，而不是对实现（底层功能）的抽象，这就是所谓的倒置。（这里的依赖的含义是，调用者所需要的功能，而不是实现者实现了的功能。）
另外，还是这个类图，还有一种常见的组织形式。像下面这样。
4.png

图4
    从箭头的方向上来看，这个更倒置。但是模块的细分，箭头方向的颠倒，并不意味着这个设计真的是倒置的。这要取决于抽象层中的接口，是与图2中的接口定位一致呢？还是与图3中的接口定位一致？单纯地把接口放在抽象层里，就和单纯地定义一个接口，却没有地方用到它一样没有意义。
    所以说，清楚地表达一个设计，并能让人确切地明白你的设计。其实是一件非常不容易的事情。可能把UML的所有功能都用上，才能做到这一点。仅仅画个框框、线线、写俩字儿，是很容易让人误会的。开会的时候有人解释着还好，如果写出的文档如果是这样，对新手而言还不如没有，因为基本上一定会被误解。
了解DIP有什么用？DIP能用在什么地方？

    我猜不少人看到这里会很想问，知道“倒置”到底是什么意思有个鸟用？有好的创意去开发项目才是正经事儿，把项目按时保质地做出来才是正经事儿，老子按时下班才是正经事儿。
    首先，我非常同意！然后，回答这个问题，这个每个人的个性使然。就像天天研究吃什么健康有个鸟用？中国的食品安全都保证不了，还健康？！但是就是有人就好这口，不是么？而且，我在这里只是解释DIP，也并没有说做的项目里，都要符合DIP啊。项目管理和架构是很灵活的，不是几个P就可以规范的起来的。有时候，直接找个开源的产品一搭，多快好省，一个P也用不着。如果非要给出个理由，我想恬不知耻地说句，追求卓越。（好吧，根本原因是，我喜欢得瑟，但是又不喜欢被明白人骂成猪头，所以我选择先搞明白了再去得瑟。）
    但是我还是要说说了解这个原则的好处，不然写这文章不是打自己脸么？了解依赖倒置的意义，并不限于设计，还在于思想上的转变。理解这个原则之后，你会发现自己明明已经把这个原则用上了，比如做需求分析的时候，肯定是问用户想要什么，而不是我们能做到什么。
    这个原则在协作上也有用处。请回想一下，在工作中，是否遇到过上层开发人员等下层开发接口的情况呢？如果遇到过，当时有没有想过，这个依赖关系是不是反了呢？其实，应该是下层模块的开发者依赖上层开发者呀。上层开发者定义好他依赖的接口，下层开发者来实现，同时，因为接口已经定义好了，上层也不用等下层开发者，完全可以用些Mock框架进行测试嘛。但是，如果让下层开发者定义接口，显然上层开发者就必须等，Mock类也写不了。
    关于这个原则，我还见到过更广义，更天下大同的解释。在客户关系上，我们常见的依赖是开发者依赖客户，客户说什么我们就得做什么，一点主动权都没有。于是有人就把依赖倒置的原则拿来，说，应该让客户依赖开发者！大有，“我们说什么，客户就听什么！”的派头。到底哪个依赖是倒置的我就不在这儿争了，因为我觉得这完全不是依赖的方向性问题。而是店大欺客还是客大欺店的问题。如果你在IBM、在SAP、在四大，你可以让客户听你的。如果你在一个小屁公司，或者客户是政府部门，你倒置个试试？
下回预告

   自此之后，一切安好。
   直到有一天，又有一个用户，他的灯上的开关也坏了，然后他试着把另外一家厂商的开关装了上去，却发现打不开灯。用户抱怨道，他的这个开关可是按国际标准实现的，我们的灯具应该支持这种标准开关。
   如果有可能，我们一定会让这个灯支持这个国际标准。可是灯已经卖出去了，出厂的千千万万个灯都召回的代价也很大。
   这个灯的设计，又要做出怎样的变化呢？
参考文献：

1. 《敏捷软件开发 原则、模式与实践（C#版）》 第117页11.1.1节
2. 《敏捷软件开发 原则、模式与实践（C#版）》 第115页

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