什么是Mixin模式：帶實現的協議

　　Mixin（織入）模式並不是GOF的《設計模式》歸納中的一種，但是在各種語言以及框架都會發現該模式（或者思想）的一些應用。簡單來說，Mixin是帶有全部實現或者部分實現的接口，其主要作用是更好的代碼復用。本文將介紹Mixin的應用場景，以及關於繼承、組合、多繼承、接口的一些思考。

 

相關概念：

　　前面提到，Mixin是有部分或者全部實現的接口，其主要作用是代碼復用，需要理解這個簡單的描述，需要先理清一些概念。

繼承與組合：

　　繼承是面向對象的三大特征（封裝、繼承、多態），如果類A繼承自類B，那么我們稱A為子類（派生類），稱B為父類（基類）。什么時候類A才能繼承類B呢，可以說A是B的一種特殊化，英語來說就是 A is a B，或者A is a kind of B。比如狗（dog）和動物（Animal）這兩個抽象，dog is animal，這個是成立的，所以dog可以繼承自animal。

　　而組合代表的是其中一個類的對象是另一個類的對象的組成組合，英語來說，“ has a”，比如人（People）這個類有一個屬性addr是一個地址類（Address）的實例，就是說每個人都有一個地址。

　　不管是繼承還是組合，都起到了代碼復用的作用，但又各有優缺點。上面繼承和組合的例子都很明顯，但有些情況就不那么容易區分兩類事物是繼承還是組合的關系了，或者說，兩個類之間既可以用繼承，又可以用組合，比如設計模式中的adapter模式，既可以類適配，又可以組合適配（對象適配）。

 

多繼承與接口：

　　在使用編程語言抽象事物之間的繼承關系的時候，需要考慮對多繼承的實現。所謂多繼承就是說一個類有多個基類，舉個簡單的例子，dog是animal，同時dog又是runnable（可以跑動的對象）。多繼承對於人類的思維來說是比較正常直觀的，但是對於計算機編程語言，都會遇到一個繞不過去的問題，那就是菱形繼承（diamond problem），下面這個圖形象展示了什么時菱形繼承：

　　

　　從上圖可以看到，類B、類C都繼承了類A，類D同時繼承了類B和類C，在繼承關系上就形成了 “菱形”－－類D有兩條路徑到達類A。菱形問題帶來什么問題呢，如果類A定義了某個方法foo，而且B和C都沒有重寫該方法，那么B和C都會有某種機制找到foo，那么對於D的實例在調用foo方法的時候，是調用到B中指向的foo方法還是C中指向的foo方法呢？

　　菱形繼承的問題會影響到語言的設計，一些編程語言支持多繼承，如C++、python等等；另外一些則不支持多繼承，如Java，ruby等。對於支持多繼承的語言，為了解決菱形繼承的問題，一般都會使用特定的方法，比如C++中的虛繼承，python中的新式類的MRO。而對於不支持多繼承的語言，一般使用某種接口（或者約定、協議）來實現多繼承的功能，如Java中的interface，ruby中的include module。

 

duck typing：

　　一個事物是不是鴨子（duck），如果它走起來像一只鴨子、叫起來也像一只鴨子，即從表現來看像一只鴨子，那么我們就認為它是一只鴨子。把這種思想應用到編程中，就是duck typing，簡而言之，一個約定要求必須實現某些功能，而某個類實現了這個功能，就可以把這個類當做約定的具體實現來使用。duck typing的思想在編程語言中的使用非常廣泛，如Java中的Interface，Python中的各種protocol，ruby中的include module。

　　上面提到協議（泛指接口、預定、duck typing，下同）可以用來實現多繼承的功能，在以下情況特別合適：“基類”代表的其實是一種能力或者承諾。比如前面dog同時繼承animal和runnale，但跑（run）就是一種能力的體現，這個時候就可以把runable作為一個協議，dog是可以跑的，所以應該實現run方法，也就遵循了這個協議，那么dog就是一個runable了。從例子可以看出， 如果一個所謂的“基類”事實上代表了某種能力（it can，xxxable）的時候，使用協議比多繼承是更佳合理的選擇。

 

Mixin：

　　在前面說清楚了各個概念之后，我們來看看Mixin到表代表了什么，不過再次回顧上面一段提到的java interface和python protocol，這二者本身是沒有任何實現的，都是需要使用者來實現相應的方法。Mixin本身也是一種能力的承諾，但 Mixin不同的不同之處在於Mixin是有部分或者全部實現的，在Mixin中的實現有利於代碼復用。如果是部分實現，那么就是在Mixin中實現整個流程，而實現Mixin約定的類提供關鍵的、該類特有的方法，這有點類似模板模式，也是依賴倒置原則的體現。

　　不同的語言或者框架中，對Mixin模式有不同的實現形式，python中，除了protocol，也可以用多繼承的形式來實現Mixin，為了區分普通的多繼承，Mixin類的類名一般都會帶上后綴：“Mixin”，比如python lib里面的兩個Mixin類：UserDict.DictMixin和SocketServer.ForkingMixIn。DictMixin類包括部分實現，使用者只要實現幾個核心的函數接口就行了。

　　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有全部的實現，所以使用者無需特殊處理，就擁有了fork帶來的好處，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，並不直接使用Mixin這個單詞，而是使用在類的聲明中include 一個module的辦法，如下面的代碼（來自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中也有一個同名的接口），即可比較的對象，按照之前對協議、約定的講解，是非常適合使用Mixin模式的。其次，ruby中Comparable這個module也是部分實現，需要具體的類實現<=>方法。

 

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總結：

　　Mixin是一種思想，用部分實現的接口來實現代碼復用。可以用來解決多繼承的問題，又可以用來擴展功能。Mixin在不同的編程語言中又不同的使用形式或者命名，但其本質都是一樣的。

 

references：

wiki: Mixin

wiki: Duck Typing