Принцип инверсии. Что означает "инверсия" в инверсии зависимостей. Традиционная многоуровневая архитектура

, множественности интерфейсов и инверсии зависимостей. Пять гибких принципов, которыми вы должны руководствоваться каждый раз, когда пишете код.

Было бы несправедливо сказать вам, что какой-либо из SOLID принципов является более важным, чем другой. Однако возможно ни один из других принципов не имеет такого назамедлительного и глубокого влияния на ваш код, как принцип инверсии зависимостей, или сокращенно DIP. Если вы сочтете другие принципы тяжелыми для понимания и применения, то следует начать с этого и затем применять остальные к коду, который уже соблюдает принцип инверсии зависимостей.

Определение

A. Модули высокого уровня не должны зависеть от модулей более низкого уровня. Все они должны зависеть от абстракций.
B. Абстракции не должны зависеть от деталей. Детали должны зависеть от абстракций.

Нам следует стремиться организовывать наш код, основываясь на этих цифрах, и вот несколько техник, которые могут в этом помочь. Максимальная длина функций должна быть не более чем четыре строчки (пять вместе с заголовком), таким образом они полностью могут поместиться у нас в уме. Отступы должны углубляться не более чем на пять уровней. Классы не более чем с пятью методами. В шаблонах проектирования количество используемых классов обычно варьируется от пяти до девяти. Наша архитектура высокого уровня выше содержит от четырех до пяти концепций. Существует пять SOLID принципов, каждый из которых требует от пяти до девяти концепций/модулей/классов для примеров. Идеальный размер команды разработчиков между пятью и девятью. Идеальное количество команд в компании также между пятью и девятью.

Как видите, магическое число семь, плюс минус два встречается повсюду, так почему же ваш код должен отличаться.

Инверсия зависимостей — одна из важнейших идиом программирования. В русскоязычном интернете описаний этой идиомы (принципа) на удивление мало. Поэтому я решил попробовать сделать описание. Примеры буду делать на Java, в данный момент мне так проще, хотя принцип инверсии зависимостей применим к любому языку программирования.

Данное описание разработано совместно с Владимиром Матвеевым в ходе подготовки к занятиям со студентами, изучающими Java.

Другие статьи из этого цикла:

Начну с определения «зависимости». Что такое зависимость? Если ваш код использует внутри себя какой-то класс или явно обращается к статическому методу какого-то класса или функции — это зависимость. Поясню примерами:

Ниже класс A внутри метода с именем someMethod() явно создает объект класса B и обращается к его методу someMethodOfB()

Public class A { void someMethod() { B b = new B(); b.someMethodOfB(); } }

Аналогично, например класс B обращается явно к статическим полям и методам класса System:

Public class B { void someMethodOfB() { System.out.println("Hello world"); } }

Во всех случаях когда любой класс (типа А) самостоятельно создает любой класс (типа B) или явно обращается к статическим полям или членам классов, это называют прямой зависимостью. Т.е. важно: если класс внутри себя работает внутри себя с другим классом — это зависимость. Если он еще и создает внутри себя этот класс, то это прямая зависимость.

Чем плохи прямые зависимости? Прямые зависимости плохи тем, что класс, самостоятельно создающий внутри себя другой класс, «намертво» привязывается к данному классу. Т.е. если явно написано, что B = new B(); , то тогда класс А всегда будет работать именно с классом B и никаким иным классом. Или если написано System.out.println("..."); тогда класс всегда будет выводить в System.out и никуда больше.

Для небольших классов зависимости не являются страшными. Такой код вполне может работать. Но в ряде случаев, чтобы ваш класс A смог универсально работать в окружении разных классов, ему возможно могут потребоваться другие реализации классов — зависимостей. Т.е. нужен будет например не класс B , а другой класс с тем же интерфейсом, или не System.out , а например, вывод в логгер (например log4j).

Прямую зависимость можно графически отобразить таким образом:

Т.е. когда вы в своем коде создаете класс А: A a = new A(); на самом деле создается не один класс А, а целая иерархия зависимых классов, пример которой на приведенной картинке. Данная иерархия «жесткая»: без изменения исходного кода отдельных классов нельзя подменить ни один из классов иерархии. Поэтому класс А в такой реализации плохо адаптируем для изменяющегося окружения. Скорее всего, его нельзя будет использовать ни в каком коде, кроме конкретно того, для которого вы его написали.

Чтобы отвязать класс А от конкретных зависимостей применяется внедрение зависимости . Что такое внедрение зависимости? Вместо того чтобы явно создавать нужный класс в коде, в класс А зависимости передаются через конструктор:

Public class A { private final B b; public A(B b) { this.b = b; } public void someMethod() { b.someMethodOfB(); } }

Т.о. класс А теперь получает свою зависимость через конструктор. Теперь чтобы создать класс А необходимо будет создать сначала его зависимый класс. В данном случае это B:

B b = new B(); A a = new A(b); a.someMethod();

Если ту же самую процедуру повторить для всех классов, т.е. в конструктор класса B передавать инстанс класса D , в конструктор класса D — его зависимости E и F , и т.д., то тогда получится код, все зависимости которого создаются в обратном порядке:

G g = new G(); H h = new H(); F f = new (g,h); E e = new E(); D d = new D(e,f); B b = new B(d); A a = new A(b); a.someMethod();

Графически это можно отобразить так:

Если сравнить 2 картинки — картинку выше с прямыми зависимостями и вторую картинку с внедрением зависимостей — то видно, что направление стрелочек поменялось на обратное. По этой причине идиома и называется «инверсией» зависимостей. Иными словами инверсия зависимостей заключается в том, что, класс не создает зависимости самостоятельно, а получает их в созданном виде в конструкторе (или иным образом) .

Чем инверсия зависимостей хороша? С инверсией зависимостей, в классе можно без изменения его кода заменить все зависимости. А это означает, что ваш класс А можно гибко настроить для применения в другой программе, отличной от той для которой он был написан изначально. Т.о. принцип инверсии зависимостей (иногда его еще называют принципом внедрения зависимостей) является ключевым для построения гибкого модульного многократно используемого кода.

Недостаток внедрения зависимостей виден тоже с первого взгляда — объекты классов, спроектированных с использованием этого паттерна, трудоемко конструировать. Поэтому обычно внедрение (инверсию) зависимостей применяют совместно с какой-либо библиотекой, предназначенной для облегчения этой задачи. Например одна из библиотек Google Guice. См. .

Последнее обновление: 11.03.2016

Принцип инверсии зависимостей (Dependency Inversion Principle) служит для создания слабосвязанных сущностей, которые легко тестировать, модифицировать и обновлять. Этот принцип можно сформулировать следующим образом:

Модули верхнего уровня не должны зависеть от модулей нижнего уровня. И те и другие должны зависеть от абстракций.

Абстракции не должны зависеть от деталей. Детали должны зависеть от абстракций.

Чтобы понять принцип, рассмотрим следующий пример:

Class Book { public string Text { get; set; } public ConsolePrinter Printer { get; set; } public void Print() { Printer.Print(Text); } } class ConsolePrinter { public void Print(string text) { Console.WriteLine(text); } }

Класс Book, представляющий книгу, использует для печати класс ConsolePrinter. При подобном определении класс Book зависит от класса ConsolePrinter. Более того мы жестко определили, что печать книгу можно только на консоли с помощью класса ConsolePrinter. Другие же варианты, например, вывод на принтер, вывод в файл или с использованием каких-то элементов графического интерфейса - все это в данном случае исключено. Абстракция печати книги не отделена от деталей класса ConsolePrinter. Все это является нарушением принципа инверсии зависимостей.

Теперь попробуем привести наши классы в соответствие с принципом инверсии зависимостей, отделив абстракции от низкоуровневой реализации:

Interface IPrinter { void Print(string text); } class Book { public string Text { get; set; } public IPrinter Printer { get; set; } public Book(IPrinter printer) { this.Printer = printer; } public void Print() { Printer.Print(Text); } } class ConsolePrinter: IPrinter { public void Print(string text) { Console.WriteLine("Печать на консоли"); } } class HtmlPrinter: IPrinter { public void Print(string text) { Console.WriteLine("Печать в html"); } }

Теперь абстракция печати книги отделена от конкретных реализаций. В итоге и класс Book и класс ConsolePrinter зависят от абстракции IPrinter. Кроме того, теперь мы также можем создать дополнительные низкоуровневые реализации абстракции IPrinter и динамически применять их в программе:

Book book = new Book(new ConsolePrinter()); book.Print(); book.Printer = new HtmlPrinter(); book.Print();

DISCLAIMER : У автора этой статьи нет цели подорвать авторитет или каким-то образом обидеть столь уважаемого камрада, как «дядюшка» Боб Мартин. Речь здесь идет скорее о более тщательном обдумывании принципа инверсии зависимостей и анализ примеров, использованных при его описании.

По ходу статьи я буду приводить все необходимые цитаты и примеры из вышеупомянутых источников. Но чтобы не было «спойлеров» и ваше мнение оставалось объективным, я бы рекомендовал потратить 10-15 минут и ознакомиться с оригинальным описанием этого принципа в статье или книге .

Принцип инверсии зависимостей звучит так :

А. Модули верхнего уровня не должны зависеть от модулей нижнего уровня. И те и другие должны зависеть от абстракций.
В. Абстракции не должны зависеть от деталей. Детали должны зависеть от абстракций.
Давайте начнем с первого пункта.

Разбиение на слои

У лука есть слои, у торта есть слои, у людоедов есть слои и у программных систем – тоже есть слои! – Шрек (с)
Любая сложная система является иерархичной: каждый слой строится на базе проверенного и хорошо работающего слоя более низкого уровня. Это позволяет сосредоточиться в каждый момент времени на ограниченном наборе концепций, не задумываясь о том, как реализованы слои нижнего уровня.
В результате мы получаем примерно следующую диаграмму:

Рисунок 1 – «Наивная» схема разбиения на слои

С точки зрения Боба Мартина такая схема разбиения системы на слои является наивной . Недостатком такого дизайна является «коварная особенность: слой Policy зависит от изменений во всех слоях на пути к Utility . Эта зависимость транзитивна .» .

Хм… Весьма необычное утверждение. Если говорить о платформе.NET, то зависимость будет транзитивной только в том случае, если текущий модуль будет «выставлять» модули нижних уровней в своем открытом интерфейсе . Другими словами, если в Mechanism Layer есть открытый класс, принимающий в качестве аргумента экземпляр StringUtil (из Utility Layer ), то все клиенты уровня Mechanism Layer становятся зависимыми на Utility Layer . В противном случае, транзитивность изменений отсутствует: все изменения нижнего уровня ограничены текущем уровнем и не распространяются выше .

Чтобы понять мысль Боба Мартина нужно вспомнить, что впервые принцип инверсии зависимостей был описан в далеком 1996-м году , и в качестве примеров использовался язык С++. В исходной статье сам автор пишет о том, что проблема транзитивности есть лишь в языках без четкого разделения интерфейса класса от реализации . В С++ и правда проблема транзитивных зависимостей актуальна: если файл PolicyLayer . h включает посредством директивы «include» MechanismLayer . h , который, в свою очередь включает UtilityLayer . h , то при любом изменении в заголовочном файле UtilityLayer . h (даже в «закрытой» секции классов, объявленных в этом файле) нам придется перекомпилировать и развернуть заново всех клиентов. Однако в С++ эта проблема решается путем использования идиомы PIml , предложенной Гербом Саттером и сейчас тоже не столь актуальна.

Решение этой проблемы с точки зрения Боба Мартина заключается в следующем:

«Слой более высокого уровня объявляет абстрактный интерфейс служб, в которых он нуждается. Затем слои нижних уровней реализуются так, чтобы удовлетворять этим интерфейсам. Любой класс, расположенный на верхнем уровне, обращается к слою соседнего снизу уровня через абстрактный интерфейс. Таким образом, верхние слои не зависят от нижних. Наоборот, нижние слои зависят от абстрактного интерфейса служб, объявленного на более высоком уровне… Таким образом, обратив зависимости, мы создали структуру, одновременно более гибкую, прочную и подвижную .»

Рисунок 2 – Инвертированные слои

В некотором роде такое разбиение разумно. Так, например, при использовании паттерна наблюдатель , именно наблюдаемый объект (observable) определяет интерфейс взаимодействия с внешним миром, поэтому никакие внешние изменения не могут на него повлиять.

Но с другой стороны, когда речь заходит именно о слоях, которые представляются обычно сборками (или пакетами в терминах UML), то предложенный подход вряд ли можно назвать жизнеспособным. По своему определению, вспомогательные классы нижнего уровня используются в десятке разных модулях более высокого уровня. Utility Layer будет использоваться не только в Mechanism Layer , но еще и в Data Access Layer , Transport Layer , Some Other Layer . Должен ли он в таком случае реализовывать интерфейсы, определенные во всех модулях более высокого уровня?

Очевидно, что такое решение сложно назвать идеальным, особенно учитывая то, что мы решаем проблему, не существующую на многих платформах, таких как.NET или Java.

Понятие абстракции

Многие термины настолько «въедаются» в наш мозг , что мы перестаем обращать на них внимание. Для большинства «объектно-ориентированных» программистов это означает, что мы перестаем задумываться над многими заезженными терминами, как «абстракция», «полиморфизм», «инкапсуляция». Чего над ними думать, ведь все и так понятно? ;)

Однако для того, чтобы точно понять смысл принципа инверсии зависимостей и второй части определения, нам нужно вернуться к одному из этих фундаментальных понятий. Давайте посмотрим на определение термина «абстракция» из книги Гради Буча :

Абстракция выделяет существенные характеристики некоторого объекта, отличающие его от всех других видов объектов и, таким образом, четко определяет его концептуальные границы с точки зрения наблюдателя.

Другими словами, абстракция определяет видимое поведение объекта, что с точки зрения языков программирования определяется открытым (и защищенным) интерфейсом объекта. Очень часто мы моделируем абстракции с помощью интерфейсов или абстрактных классов, хотя с точки зрения ООП это и не является обязательным.

Давайте вернемся к определению: Абстракции не должны зависеть от деталей. Детали должны зависеть от абстракций.

Какой пример возникает в голове теперь, после того, как мы вспомнили, что же такое абстракция ? Когда абстракция начинает зависеть от деталей? Примером нарушения этого принципа может служить абстрактный класс GZipStream , который принимает MemoryStream , а не абстрактный класс Stream :

Abstract class GZipStream { // Абстракция GZipStream принимает конкретный поток protected GZipStream(MemoryStream memoryStream) {} }

Другим примером нарушения этого принципа может быть абстрактный класс репозитория из слоя доступа к данным, принимающий в конструкторе PostgreSqlConnection или строку подключения для SQL Server, что делает любую реализацию такой абстракции завязанной на конкретную реализацию. Но это ли имеет ввиду Боб Мартин? Если судить по примерам, приведенных в статье или в книге, то под понятием «абстракции» Боб Мартин понимает нечто совсем иное.

Принцип DIP по Мартину

Для объяснения своего определения Боб Мартин дает следующее пояснение.

Чуть упрощенная, но все еще весьма действенная интерпретация принципа DIP выражается простым эвристическим правилом: «Зависеть надо от абстракций». Оно гласит, что не должно быть зависимостей от конкретных классов; все связи в программе должны вести на абстрактный класс или интерфейс.

• Не должно быть переменных, в которых хранятся ссылки на конкретные классы.
• Не должно быть классов, производных от конкретных классов.
• Не должно быть методов, переопределяющих метод, реализованный в одном из базовых классов.

В качестве же иллюстрации нарушения принципа DIP вообще, и первого «проясняющего» пункта, в частности, приводится следующий пример:

Public class Button { private Lamp lamp; public void Poll() { if (/* какое-то условие */) lamp.TurnOn(); } }

Теперь давайте еще раз вспомним о том, что такое абстракция и ответим на вопрос: есть ли здесь «абстракция», которая зависит от деталей? Пока вы думаете об этом или ищите глазами абзац, в котором находится ответ на этот вопрос, я хочу сделать небольшое отступление.

У кода есть одна интересная особенность. За редким исключением, код сам по себе не может быть корректным или не корректным; баг это или фича зависит от того, что от него ожидается. Даже если нет формальной спецификации (что является нормой), код некорректен лишь в том случае, когда он делает не то, что от него требуется или предполагается. Именно этот принцип лежит в основе контрактного программирования , в котором спецификация (намерения) выражаются непосредственно в коде в форме предусловий, постусловий и инвариантов.

Глядя на класс Button я не могу сказать ошибочен дизайн или нет. Я могу точно сказать, что имя класса не соответствует его реализации. Класс нужно переименовать в LampButton или убрать из класса Button поле Lamp .

Боб Мартин настаивает на том, что данный дизайн некорректен, поскольку «высокоуровневая стратегия приложения не отделена от низкоуровневой реализации. Абстракции не отделены от деталей. В отсутствие такого разделения стратегия верхнего уровня автоматически зависит от модулей нижнего уровня, а абстракция автоматически зависит от деталей» .

Во-первых, я не вижу в данном примере «стратегий верхнего уровня» и «модулей нижнего уровня» : с моей точки зрения, классы Button и Lamp находятся на одном уровне абстракции (во всяком случае, я не вижу аргументов, доказывающих обратное). Тот факт, что класс Button может кем-то управлять не делает его более высокоуровневым. Во-вторых, здесь нет «абстракции, зависящей от деталей», здесь есть «реализация абстракции, зависящая от деталей», что совсем не одно и тоже.

Решение по Мартину такое:

Рисунок 3 – «Инвертирование зависимостей»

Лучше ли данное решение? Давайте посмотрим…

Главным плюсом инвертирования зависимостей «по Мартину» является инвертирование владения. В исходном дизайне, при изменении класса Lamp пришлось бы изменяться классу Button . Теперь класс Button «владеет» интерфейсом ButtonServer , а он не может измениться из-за изменения «нижних уровней», таких как Lamp . Все как раз наоборот: изменение класса ButtonServer возможно только под воздействием изменений класса Button, что приведет к изменению всех наследников класса ButonServer !

2 ответов

Хороший вопрос - слово inversion несколько удивительно (так как после применения DIP , модуль зависимостей нижнего уровня, очевидно, t теперь depend на модуле вызывающего абонента более высокого уровня: либо вызывающий, либо зависимый теперь более слабо связаны через дополнительную абстракцию).

Можно спросить, почему я использую слово "инверсия". Честно говоря, это связано с тем, что более традиционные методы разработки программного обеспечения, такие как структурированный анализ и дизайн, имеют тенденцию создавать программные структуры, в которых модули высокого уровня зависят от модулей низкого уровня и в которых абстракции зависят от деталей. На самом деле одной из целей этих методов является определение иерархии подпрограмм, которая описывает, как модули высокого уровня выполняют вызовы модулям низкого уровня.... Таким образом, структура зависимостей хорошо спроектированной объектно-ориентированной программы "инвертируется" относительно структуры зависимостей, которая обычно является результатом традиционных процедурных методов.

Один момент, который следует отметить при чтении бумаги дяди Боба на DIP, - это то, что С++ не (и в момент написания, но не имеет) имеют интерфейсы, поэтому достижение этой абстракции в С++ обычно реализуется посредством абстрактного/чистого виртуального базового класса, тогда как в Java или С# абстракция для ослабления связи обычно заключается в развязывании путем абстрагирования интерфейса от зависимости и связывания модуля более высокого уровня (s) к интерфейсу.

Edit Просто уточнить:

"В некотором месте я также вижу, что он называется инверсией зависимостей"

Инверсия: Инвертирование управления зависимостями из приложения в контейнер (например, Spring).

Инъекция зависимостей:

Вместо того, чтобы писать шаблон factory, как насчет инъекции объекта непосредственно в класс клиента. Поэтому позвольте классу клиентов ссылаться на интерфейс, и мы должны иметь возможность вводить конкретный тип в класс клиента. С этим классу клиента не нужно использовать новое ключевое слово и полностью отделено от конкретных классов.

Как насчет инверсии управления (IoC)?

В традиционном программировании поток бизнес-логики определяется объектами, которые статически назначаются друг другу. С инверсией управления поток зависит от графа объекта, который создается экземпляром ассемблера и становится возможным благодаря объектным взаимодействиям, определяемым посредством абстракций. Процесс связывания достигается посредством инъекции зависимостей, хотя некоторые утверждают, что использование локатора службы также обеспечивает инверсию управления.

Инверсия управления в качестве ориентира для проектирования служит для следующих целей:

• Существует развязка выполнения определенной задачи из реализация.
• Каждый модуль может сосредоточиться на том, для чего он предназначен.
• Модули не делают никаких предположений о том, что делают другие системы, но полагаются на их контракты.
• Замена модулей не влияет на другие модули.

Для получения дополнительной информации смотрите.