依赖注入在 dotnet core 中实现与使用：1 基本概念

关于 Microsoft Extension: DependencyInjection 的介绍已经很多，但是多数偏重于实现原理和一些特定的实现场景。作为 dotnet core 的核心基石，这里准备全面介绍它的概念、原理和使用。

这里首先介绍概念部分。

1. 概念

该项目在 GitHub 的地址：https://github.com/aspnet/Extensions/tree/master/src/DependencyInjection

Microsoft.Extensions.DependencyInjection 是微软对依赖倒置原则的实现。作为 ASP.NET Core 的基石，DependencyInjection 贯穿了整个项目的方方面面，掌握它的使用方式和原理，不仅对理解 ASP.NET Core 有重要意义，也有助于将它运用到其它项目的开发中，帮助提供项目开发的效率和质量。

1.1 问题的场景

在软件开发中，项目通常有多个不同的模块组成，模块之间存在依赖关系。例如，我们考虑一个简化的场景，我们有 3 个关于用户的类：

AccountController，提供用户交互界面
UserService，提供用户管理的业务逻辑
UserRepository，提供用户管理的数据访问

AccountController 内部需要使用 UserService 的实例来管理用户，而 UserService 内部则需要基于 UserRepository 来提供数据访问。我们称它们之间存在依赖关系。或者表达为，AccountController 依赖于 UserService ，而 UserService 依赖于 UserRepository 。而依赖注入就是用来帮助我们实现依赖管理的有力工具。

1.2 依赖倒置原则 DIP

依赖倒置原则是广为人知的设计原则之一，该原则是实现软件项目中模块的解耦的理论基石。

原则的定义如下：

翻译过来为：

高层模块不应该依赖低层模块，两者都应该依赖抽象
抽象不应该依赖细节
细节应该依赖抽象

在没有实现依赖倒置原则的时候，我们通过在 AccountController 类中自己通过 new 关键字来创建其依赖的 UserService 对象实例，

public class AccountController {

    private readonly UserService _userService;
    public AccountController() {
        this._userService = new UserService();
    }
}

这导致了两个类之间的紧耦合，AccountController 与 UserService 被绑定到一起，在每次创建 AccountController 的时候，一定会创建一个 UserService 的对象实例，而如果我们需要测试 AccountController 的时候，也就不得不考虑 UserService，这样一级一级的依赖下来，UserService 又会依赖 UserRepository，就会发现项目中的类都被绑定在一起，紧密耦合，难以分拆。

基于依赖倒置的原则，通常会考虑通过接口进行隔离。例如，我们可能会定义一个用户服务的接口：

public interface IUserService
{
}

而用户服务则会实现该接口

public class UserService : IUserService {
}

在 AccountController 类中，则改变成了基于接口来使用 UserService。

public class AccountController {

    private readonly IUserService _userService;
    public AccountController() {
        this._userService = new UserService();
    }
}

虽然在 HomeController 内部，我们可以基于接口编程了，但是这样的作法并没有解决自己通过 new 来获取 UserService 对象实例的问题。

1.3 控制反转 IoC

IoC是一种著名的实现 DIP 的设计模式。

它的核心思想是：在需要对象实例的时候，不要总考虑自己通过 new 来创建对象，放下依赖对象的创建过程，而是把创建对象的工作交给别人来负责，这个别人我们通常称为 容器 (Container) 或者 服务提供者 (ServiceProvider)，我们后面使用这个 ServiceProvider 来指代它，

在需要对象实例的时候，从这个 ServiceProvider 中获取。

下面是一个广泛使用的示意图。拿总是要拿的，但是从 自己穿上 变成了 给你穿上

在控制反转中，引入了一个 ServiceProvider 来帮助我们获得对象实例。

1.4 依赖注入 DI (DependencyInjection)

DI 是 IoC 模式的一种实现。

《Expert one on one J2EE Development without EJB》第 6 章

Martin Fowler 的原文：

大意是：

DI 的实现有多种，我们这里介绍的是微软官方在 Microsoft Extension 中内置提供的 DependencyInjection。它是 IoC 中一种实现，ASP.NET Core 的整个核心基于它来实现。同时，我们也可以在其它项目中使用，以实现对依赖倒置原则的支持。

2. DependencyInjection 中的基本概念

2.1 服务描述集合 ServiceCollection

在微软的 DI 实现中，所有的服务需要首先注册到一个公共的服务描述集合中，该集合对于整个 DI 来说，只需要一个，服务只需要在此集合中注册一次，即可在以后通过 DI 提供给使用者。

该集合的接口定义为 IServiceCollection，可以看出来，它其实就是一个用来保存服务注册的集合。

public interface IServiceCollection : IList<ServiceDescriptor>, ICollection<ServiceDescriptor>, IEnumerable<ServiceDescriptor>, IEnumerable
{
}

系统默认已经实现了一个对 IServiceCollection 的实现，名为 ServiceCollection。在 ASP.NET Core 中，内部会创建该对象的实例，我们也可以在其它项目中，自己来创建它，很简单，直接 new 出来就可以使用了。

IServiceCollection services = new ServiceCollection ();

在 ASP.NET Core MVC 中，你可能已经见过它了，不需要你来创建，系统已经帮你做了。

public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
{
    services.AddSingleton<IRepository, MemoryRepository>();
    services.AddMvc();
}

2.2 服务 Service

在 DI 语境中，服务特指通过 DI 容器管理的对象实例。这个服务并不一定被称为 **Service，而是可以是任何由 DI 所管理的对象，只是在 DI 这个语境下，我们将其统称为服务。

服务是我们自己定义的，例如前面提到的 AccountController 和 UserService 等等。

我们通过 DI 来获得服务对象实例，管理服务对象的生命周期，对于存在复杂依赖关系的对象， DI 还负责管理这些实例之间的依赖关系。

服务必须首先注册在 DI 中才能使用，但是，注册前需要首先考虑和决定服务的生命周期。

2.3 服务的生命周期

服务对象实例有着不同类型的生命周期。有些对象的生命周期与应用程序相同，在应用程序启动时创建，在应用程序退出时才需要释放。例如我们的数据访问对象实例。有些对象仅仅在当前方法中使用，在方法调用结束之后就应该销毁。服务的生命周期管理用来管理这些需求。

DI 支持三种类型的生命周期：

Singleton，单例，在当前应用程序环境下只有一个实例。例如数据访问服务对象实例。
Scoped，限定范围，一旦退出此范围，在此范围内的服务对象都需要销毁。例如 Web 开发中的请求对象实例。
Transient，瞬态，一次性使用，每次从 DI 中获取，都返回一个新的实例。

Microsoft.Extensions.DependencyInjection.ServiceLifetime

public enum ServiceLifetime
{
    Singleton,
    Scoped,
    Transient
}

服务的生命周期在注册服务的时候确定。在使用的时候，直接获取实例，不再指定服务的生命周期。微软提供了多种扩展方法来便于在注册服务时指定服务的生命周期。例如下面是通过泛型方式来指定单例模式的生命周期。

// 基于接口的注册
services.AddSingleton<IUserService, UserService>();

2.4 服务提供者 ServiceProvider

在需要使用服务对象实例的时候，不是从注册服务的集合中获取，而是需要通过服务提供者来获取，这个服务提供者显然需要来自注册服务的集合。服务提供者的接口定义为 IServiceProvider，它是 .net 的基础定义之一，不是在该 DI 框架中定义的。

public interface IServiceProvider
{
    object GetService(Type serviceType);
}

DI 中的 ServiceCollectionContainerBuilderExtensions 扩展了 IServiceCollection，提供了获得这个服务提供者 ServiceProvider 的支持。

public static ServiceProvider BuildServiceProvider(this IServiceCollection services)
{
    return BuildServiceProvider(services, ServiceProviderOptions.Default);
}

所以，我们通常使用该方法来获取并使用它。

// 创建注册服务的容器
IServiceCollection services = new ServiceCollection ();
// 注册服务，这里指定了单例
services.AddSingleton<IUserService, UserService>();
// 通过容器获得服务提供者
IServiceProvider provider = services.BuildServiceProvider ();

2.5 获取服务对象实例

通过服务提供者来手动获取服务对象实例。通过注册的服务类型，直接调用 GetService 方法即可。

例如，前面我们注册了服务类型 IUserService 的实现类型是 UserService ，那么，可以通过此类型来获取实际实现该接口的对象实例。

// 创建注册服务的容器
IServiceCollection services = new ServiceCollection ();
// 注册服务，这里指定了单例
services.AddSingleton<IUserService, UserService>();
// 通过容器获得服务提供者
IServiceProvider provider = services.BuildServiceProvider ();
// 通过接口获取服务对象实例
IUserService instance = provider.GetService<IUserService> ();

看起来，更加复杂了。在实际使用中，我们很少使用这样的方式来使用 DI，后面我们再深入讨论具体的使用过程。

2.6 构造函数注入

DI 支持构造函数注入。

定义 IUserRepository 接口，并实现 UserRepository 。

public interface IUserRepository {
}

public class UserReposotory: IUserRepository {
}

UserService 通过构造函数依赖 IUserRepository。

public class UserService : IUserService {
    private readonly IUserRepository _userRepository;
    public UserService(IUserRepository userRepository) {
        this._userRepository = userRepository;
    }
}

在通过 DI 获得 UserService 实例的时候，DI 帮助实例化其所依赖的 UserRepository 实例。

在 UserService 的定义中，我们只需要通过构造函数声明所需的依赖即可。

IServiceCollection services = new ServiceCollection ();

// 基于接口的注册
services.AddSingleton<IUserService, UserService>();
services.AddSingleton<IUserRepository, UserReposotory>();

IServiceProvider provider = services.BuildServiceProvider ();
IUserService instance = provider.GetService<IUserService> ();

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