Laravel框架门面Facade源码分析

Facades(读音:/fəˈsäd/ )为应用程序的服务容器中可用的类提供了一个「静态」接口。Laravel 自带了很多 facades ,几乎可以用来访问到 Laravel 中所有的服务。Laravel facades 实际上是服务容器中那些底层类的「静态代理」,相比于传统的静态方法, facades 在提供了简洁且丰富的语法同时,还带来了更好的可测试性和扩展性。

什么意思呢?首先,我们要知道 laravel 框架的核心就是个 Ioc 容器即 服务容器,功能类似于一个工厂模式,是个高级版的工厂。laravel 的其他功能例如路由、缓存、日志、数据库其实都是类似于插件或者零件一样,叫做 服务。Ioc 容器主要的作用就是生产各种零件,就是提供各个服务。在 laravel 中,如果我们想要用某个服务,该怎么办呢?最简单的办法就是调用服务容器的 make 函数,或者利用依赖注入,或者就是今天要讲的门面 Facade。门面相对于其他方法来说,最大的特点就是简洁,例如我们经常使用的 Router,如果利用服务容器的 make:

App::make('router')->get('/', function () {
  return view('welcome');
});

如果利用门面:

Route::get('/', function () {
  return view('welcome');
});

可以看出代码更加简洁。其实,下面我们就会介绍门面最后调用的函数也是服务容器的 make 函数。

Facade 的原理

我们以 Route 为例,来讲解一下门面 Facade 的原理与实现。我们先来看 Route 的门面类:

class Route extends Facade
{
    protected static function getFacadeAccessor()
    {
        return 'router';
    }
}

很简单吧?其实每个门面类也就是重定义一下 getFacadeAccessor 函数就行了,这个函数返回服务的唯一名称:router。需要注意的是要确保这个名称可以用服务容器的 make 函数创建成功(App::make(‘router’)),原因我们马上就会讲到。
那么当我们写出 Route::get() 这样的语句时,到底发生了什么呢?奥秘就在基类 Facade中。

public static function __callStatic($method, $args)
{
    $instance = static::getFacadeRoot();

    if (! $instance) {
        throw new RuntimeException('A facade root has not been set.');
    }

    return $instance->$method(...$args);
}

当运行 Route::get() 时,发现门面 Route 没有静态 get() 函数,PHP 就会调用这个魔术函数 __callStatic。我们看到这个魔术函数做了两件事:获得对象实例,利用对象调用 get() 函数。首先先看看如何获得对象实例的:

public static function getFacadeRoot()
{
    return static::resolveFacadeInstance(static::getFacadeAccessor());
}

protected static function getFacadeAccessor()
{
    throw new RuntimeException('Facade does not implement getFacadeAccessor method.');
}

protected static function resolveFacadeInstance($name)
{
     if (is_object($name)) {
         return $name;
     }

     if (isset(static::$resolvedInstance[$name])) {
         return static::$resolvedInstance[$name];
     }

     return static::$resolvedInstance[$name] = static::$app[$name];
}

我们看到基类 getFacadeRoot() 调用了 getFacadeAccessor(),也就是我们的服务重载的函数,如果调用了基类的 getFacadeAccessor,就会抛出异常。在我们的例子里 getFacadeAccessor() 返回了 “router”,接下来 getFacadeRoot() 又调用了 resolveFacadeInstance()。在这个函数里重点就是

  return static::$resolvedInstance[$name] = static::$app[$name];

我们看到,在这里利用了 app 也就是服务容器创建了 “router”,创建成功后放入 resolvedInstance作为缓存,以便以后快速加载。
好了,Facade 的原理到这里就讲完了,但是到这里我们有个疑惑,为什么代码中写 Route 就可以调用 IlluminateSupportFacadesRoute 呢?这个就是别名的用途了,很多门面都有自己的别名,这样我们就不必在代码里面写 use IlluminateSupportFacadesRoute,而是可以直接用 Route 了。

别名 Aliases

为什么我们可以在 larval 中全局用 Route,而不需要使用 use IlluminateSupportFacadesRoute?其实奥秘在于一个 PHP 函数:class_alias,它可以为任何类创建别名。larval 在启动的时候为各个门面类调用了 class_alias 函数,因此不必直接用类名,直接用别名即可。在 config 文件夹的 app 文件里面存放着门面与类名的映射:

'aliases' => [

    'App' => Illuminate\Support\Facades\App::class,
    'Artisan' => Illuminate\Support\Facades\Artisan::class,
    'Auth' => Illuminate\Support\Facades\Auth::class,
    ...
   ]

下面我们来看看 laravel 是如何为门面类创建别名的。

启动别名Aliases服务

说到 larval 的启动,我们离不开 index.php:

require __DIR__.'/../bootstrap/autoload.php';

$app = require_once __DIR__.'/../bootstrap/app.php';

$kernel = $app->make(Illuminate\Contracts\Http\Kernel::class);

$response = $kernel->handle(
  $request = Illuminate\Http\Request::capture()
);
...

第一句就是我们前面博客说的 composer 的自动加载,接下来第二句获取 laravel 核心的 Ioc 容器,第三句“制造”出 Http 请求的内核,第四句是我们这里的关键,这句牵扯很大,laravel 里面所有功能服务的注册加载,乃至 Http 请求的构造与传递都是这一句的功劳。

$request = Illuminate\Http\Request::capture()

这句是 laravel 通过全局 _SERVER 数组构造一个 Http 请求的语句,接下来会调用 Http 的内核函数 handle:

public function handle($request)
{
       try {
            $request->enableHttpMethodParameterOverride();

            $response = $this->sendRequestThroughRouter($request);
       } catch (Exception $e) {
            $this->reportException($e);
    
            $response = $this->renderException($request, $e);
       } catch (Throwable $e) {
            $this->reportException($e = new FatalThrowableError($e));

            $response = $this->renderException($request, $e);
       }

       event(new Events\RequestHandled($request, $response));
    
       return $response;
}

在 handle 函数方法中 enableHttpMethodParameterOverride 函数是允许在表单中使用 delete、put 等类型的请求。我们接着看 sendRequestThroughRouter:

protected function sendRequestThroughRouter($request)
{
    $this->app->instance('request', $request);

    Facade::clearResolvedInstance('request');

    $this->bootstrap();

    return (new Pipeline($this->app))
           ->send($request)
           ->through($this->app->shouldSkipMiddleware() ? [] : 
                                  $this->middleware)
           ->then($this->dispatchToRouter());
}

前两句是在 larval 的 Ioc 容器设置 request 请求的对象实例,Facade 中清楚 request 的缓存实例。bootstrap:

public function bootstrap()
{
     if (! $this->app->hasBeenBootstrapped()) {
         $this->app->bootstrapWith($this->bootstrappers());
     }
}
        
protected $bootstrappers = [
            \Illuminate\Foundation\Bootstrap\LoadEnvironmentVariables::class,
            \Illuminate\Foundation\Bootstrap\LoadConfiguration::class,
            \Illuminate\Foundation\Bootstrap\HandleExceptions::class,
            \Illuminate\Foundation\Bootstrap\RegisterFacades::class,
            \Illuminate\Foundation\Bootstrap\RegisterProviders::class,
            \Illuminate\Foundation\Bootstrap\BootProviders::class,
];

$bootstrappers 是 Http 内核里专门用于启动的组件,bootstrap 函数中调用 Ioc 容器的 bootstrapWith 函数来创建这些组件并利用组件进行启动服务。app->bootstrapWith:

public function bootstrapWith(array $bootstrappers)
{
    $this->hasBeenBootstrapped = true;

    foreach ($bootstrappers as $bootstrapper) {
      $this['events']->fire('bootstrapping: '.$bootstrapper, [$this]);

      $this->make($bootstrapper)->bootstrap($this);

      $this['events']->fire('bootstrapped: '.$bootstrapper, [$this]);
    }
}

可以看到 bootstrapWith 函数也就是利用 Ioc 容器创建各个启动服务的实例后,回调启动自己的函数 bootstrap,在这里我们只看我们 Facade 的启动组件

\Illuminate\Foundation\Bootstrap\RegisterFacades::class

RegisterFacades 的 bootstrap 函数:

class RegisterFacades
{
    public function bootstrap(Application $app)
    {
        Facade::clearResolvedInstances();

        Facade::setFacadeApplication($app);

        AliasLoader::getInstance($app->make('config')->get('app.aliases', []))->register();
    }
}

可以看出来,bootstrap 做了一下几件事:

  1. 清除了 Facade 中的缓存
  2. 设置 Facade 的 Ioc 容器
  3. 获得我们前面讲的 config 文件夹里面 app 文件 aliases 别名映射数组
  4. 使用 aliases 实例化初始化 AliasLoader
  5. 调用 AliasLoader->register()
public function register()
{
    if (! $this->registered) {
         $this->prependToLoaderStack();

         $this->registered = true;
    }
}

protected function prependToLoaderStack()
{
    spl_autoload_register([$this, 'load'], true, true);
}

我们可以看出,别名服务的启动关键就是这个 spl_autoload_register,这个函数我们应该很熟悉了,在自动加载中这个函数用于解析命名空间,在这里用于解析别名的真正类名。

别名 Aliases 服务

我们首先来看看被注册到 spl_autoload_register 的函数,load:

public function load($alias)
{
    if (static::$facadeNamespace && strpos($alias, static::$facadeNamespace) === 0) {
       $this->loadFacade($alias);

       return true;
    }

    if (isset($this->aliases[$alias])) {
         return class_alias($this->aliases[$alias], $alias);
    }
}

这个函数的下面很好理解,就是 class_alias 利用别名映射数组将别名映射到真正的门面类中去,但是上面这个是什么呢?实际上,这个是 laravel5.4 版本新出的功能叫做实时门面服务。

实时门面服务

其实门面功能已经很简单了,我们只需要定义一个类继承 Facade 即可,但是 laravel5.4 打算更近一步——自动生成门面子类,这就是实时门面。
实时门面怎么用?看下面的例子:

namespace App\Services;

class PaymentGateway
{
    protected $tax;

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

这是一个自定义的类,如果我们想要为这个类定义一个门面,在 laravel5.4 我们可以这么做:

use Facades\ {
    App\Services\PaymentGateway
};

Route::get('/pay/{amount}', function ($amount) {
    PaymentGateway::pay($amount);
});

那么这么做的原理是什么呢?我们接着看源码:

protected static $facadeNamespace = 'Facades\\';
if (static::$facadeNamespace && strpos($alias, static::$facadeNamespace) === 0) {
     $this->loadFacade($alias);

     return true;
}

如果命名空间是以 Facades\ 开头的,那么就会调用实时门面的功能,调用 loadFacade 函数:

protected function loadFacade($alias)
{
    tap($this->ensureFacadeExists($alias), function ($path) {
        require $path;
    });
}

tap 是 laravel 的全局帮助函数,ensureFacadeExists 函数负责自动生成门面类,loadFacade 负责加载门面类:

protected function ensureFacadeExists($alias)
{
    if (file_exists($path = storage_path('framework/cache/facade-'.sha1($alias).'.php'))) {
        return $path;
    }

    file_put_contents($path, $this->formatFacadeStub(
                $alias, file_get_contents(__DIR__.'/stubs/facade.stub')
            ));

    return $path;
}

可以看出来,laravel 框架生成的门面类会放到 stroge/framework/cache/ 文件夹下,名字以 facade 开头,以命名空间的哈希结尾。如果存在这个文件就会返回,否则就要利用 file_put_contents 生成这个文件,formatFacadeStub:

protected function formatFacadeStub($alias, $stub)
{
    $replacements = [
        str_replace('/', '\\', dirname(str_replace('\\', '/', $alias))),
        class_basename($alias),
        substr($alias, strlen(static::$facadeNamespace)),
    ];

    return str_replace(
        ['DummyNamespace', 'DummyClass', 'DummyTarget'], $replacements, $stub
            );
}

简单的说,对于 Facades\App\Services\PaymentGatewayreplacements 第一项是门面命名空间,将 Facades\App\Services\PaymentGateway 转为 Facades/App/Services/PaymentGateway,取前面 Facades/App/Services/,再转为命名空间 Facades\App\Services\;第二项是门面类名,PaymentGateway;第三项是门面类的服务对象,App\Services\PaymentGateway,用这些来替换门面的模板文件:

<?php

namespace DummyNamespace;

use Illuminate\Support\Facades\Facade;

/**
* @see \DummyTarget
*/
class DummyClass extends Facade
{
    /**
    * Get the registered name of the component.
    *
    * @return string
    */
    protected static function getFacadeAccessor()
    {
        return 'DummyTarget';
    }
}

替换后的文件是:

<?php

namespace Facades\App\Services\;

use Illuminate\Support\Facades\Facade;

/**
* @see \DummyTarget
*/
class PaymentGateway extends Facade
{
    /**
     * Get the registered name of the component.
     *
     * @return string
     */
    protected static function getFacadeAccessor()
    {
        return 'App\Services\PaymentGateway';
    }
}

就是这么简单!!!

结语

门面的原理就是这些,相对来说门面服务的原理比较简单,和自动加载相互配合使得代码更加简洁,希望大家可以更好的使用这些门面!

爱生活,爱技术

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