Mixin模式：带实现的协议

　　Mixin（织入）模式并不是GOF的《设计模式》归纳中的一种，但是在各种语言以及框架都会发现该模式（或者思想）的一些应用。简单来说，Mixin是带有全部实现或者部分实现的接口，其主要作用是更好的代码复用。本文将介绍Mixin的应用场景，以及关于继承、组合、多继承、接口的一些思考。

 

相关概念：

　　前面提到，Mixin是有部分或者全部实现的接口，其主要作用是代码复用，需要理解这个简单的描述，需要先理清一些概念。

继承与组合：

　　继承是面向对象的三大特征（封装、继承、多态），如果类A继承自类B，那么我们称A为子类（派生类），称B为父类（基类）。什么时候类A才能继承类B呢，可以说A是B的一种特殊化，英语来说就是A is a B，或者A is a kind of B。比如狗（dog）和动物（Animal）这两个抽象，dog is animal，这个是成立的，所以dog可以继承自animal。

　　而组合代表的是其中一个类的对象是另一个类的对象的组成组合，英语来说，“has a”，比如人（People）这个类有一个属性addr是一个地址类（Address）的实例，就是说每个人都有一个地址。

　　不管是继承还是组合，都起到了代码复用的作用，但又各有优缺点。上面继承和组合的例子都很明显，但有些情况就不那么容易区分两类事物是继承还是组合的关系了，或者说，两个类之间既可以用继承，又可以用组合，比如设计模式中的adapter模式，既可以类适配，又可以组合适配（对象适配）。

 

多继承与接口：

　　在使用编程语言抽象事物之间的继承关系的时候，需要考虑对多继承的实现。所谓多继承就是说一个类有多个基类，举个简单的例子，dog是animal，同时dog又是runnable（可以跑动的对象）。多继承对于人类的思维来说是比较正常直观的，但是对于计算机编程语言，都会遇到一个绕不过去的问题，那就是菱形继承（diamond problem），下面这个图形象展示了什么时菱形继承：

　　

　　从上图可以看到，类B、类C都继承了类A，类D同时继承了类B和类C，在继承关系上就形成了“菱形”－－类D有两条路径到达类A。菱形问题带来什么问题呢，如果类A定义了某个方法foo，而且B和C都没有重写该方法，那么B和C都会有某种机制找到foo，那么对于D的实例在调用foo方法的时候，是调用到B中指向的foo方法还是C中指向的foo方法呢？

　　菱形继承的问题会影响到语言的设计，一些编程语言支持多继承，如C++、python等等；另外一些则不支持多继承，如Java，ruby等。对于支持多继承的语言，为了解决菱形继承的问题，一般都会使用特定的方法，比如C++中的虚继承，python中的新式类的MRO。而对于不支持多继承的语言，一般使用某种接口（或者约定、协议）来实现多继承的功能，如Java中的interface，ruby中的include module。

 

duck typing：

　　一个事物是不是鸭子（duck），如果它走起来像一只鸭子、叫起来也像一只鸭子，即从表现来看像一只鸭子，那么我们就认为它是一只鸭子。把这种思想应用到编程中，就是duck typing，简而言之，一个约定要求必须实现某些功能，而某个类实现了这个功能，就可以把这个类当做约定的具体实现来使用。duck typing的思想在编程语言中的使用非常广泛，如Java中的Interface，Python中的各种protocol，ruby中的include module。

　　上面提到协议（泛指接口、预定、duck typing，下同）可以用来实现多继承的功能，在以下情况特别合适：“基类”代表的其实是一种能力或者承诺。比如前面dog同时继承animal和runnale，但跑（run）就是一种能力的体现，这个时候就可以把runable作为一个协议，dog是可以跑的，所以应该实现run方法，也就遵循了这个协议，那么dog就是一个runable了。从例子可以看出，如果一个所谓的“基类”事实上代表了某种能力（it can，xxxable）的时候，使用协议比多继承是更佳合理的选择。

 

Mixin：

　　在前面说清楚了各个概念之后，我们来看看Mixin到表代表了什么，不过再次回顾上面一段提到的java interface和python protocol，这二者本身是没有任何实现的，都是需要使用者来实现相应的方法。Mixin本身也是一种能力的承诺，但Mixin不同的不同之处在于Mixin是有部分或者全部实现的，在Mixin中的实现有利于代码复用。如果是部分实现，那么就是在Mixin中实现整个流程，而实现Mixin约定的类提供关键的、该类特有的方法，这有点类似模板模式，也是依赖倒置原则的体现。

　　不同的语言或者框架中，对Mixin模式有不同的实现形式，python中，除了protocol，也可以用多继承的形式来实现Mixin，为了区分普通的多继承，Mixin类的类名一般都会带上后缀：“Mixin”，比如python lib里面的两个Mixin类：UserDict.DictMixin和SocketServer.ForkingMixIn。DictMixin类包括部分实现，使用者只要实现几个核心的函数接口就行了。

　　Mixin defining all dictionary methods for classes that already have a minimum dictionary interface including getitem, setitem, delitem,and keys. 

　　而python中的SocketServer.ForkingMixIn有全部的实现，所以使用者无需特殊处理，就拥有了fork带来的好处，例如

　　

 class ForkingUDPServer(ForkingMixIn, UDPServer): pass
 class ForkingTCPServer(ForkingMixIn, TCPServer): pass

　　在python的一些框架中，也有Mixin的身影，如tornado。

　　在ruby中，并不直接使用Mixin这个单词，而是使用在类的声明中include 一个module的办法，如下面的代码（来自wiki）：

 class Student
   include Comparable # The class Student inherits Comparable module using include keyword
   attr_accessor :name, :score
 
   def initialize(name, score)
     @name = name
     @score = score
   end
 
   # Including the Comparison module, requires the implementing class to define the <=> comparison operator
   # Here's the comparison operator. We compare 2 student instances based on their scores.
 
   def <=>(other)
     @score <=> other.score
   end
 
 end

　　首先，include的module叫Comparable （Java中也有一个同名的接口），即可比较的对象，按照之前对协议、约定的讲解，是非常适合使用Mixin模式的。其次，ruby中Comparable这个module也是部分实现，需要具体的类实现<=>方法。

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总结：

　　Mixin是一种思想，用部分实现的接口来实现代码复用。可以用来解决多继承的问题，又可以用来扩展功能。Mixin在不同的编程语言中又不同的使用形式或者命名，但其本质都是一样的。

 

references：

wiki: Mixin

wiki: Duck Typing