[ASP.NET Core 3框架揭秘] 依赖注入[6]：服务注册

通过《利用容器提供服务》我们知道作为依赖注入容器的IServiceProvider对象是通过调用IServiceCollection接口的扩展方法BuildServiceProvider创建的，IServiceCollection对象是一个存放服务注册信息的集合。在《一个迷你版DI框架》中创建的Cat框架中的服务注册是通过类型ServiceRegistry表示的，在.NET Core依赖注入框架中，与之对应的类型是ServiceDescriptor。

一、IServiceCollection

ServiceDescriptor是对某个服务注册项的描述，作为依赖注入容器的IServiceProvider对象正是利用该对象提供的描述信息才得以提供我们需要的服务实例。服务描述总是注册到通过ServiceType属性表示的服务类型上，ServiceDescriptor的Lifetime表示采用的生命周期模式。

public class ServiceDescriptor
{
    public Type ServiceType { get; }
    public ServiceLifetime Lifetime { get; }

    public Type ImplementationType { get; }
    public Func<IServiceProvider, object> ImplementationFactory { get; }
    public object ImplementationInstance { get; }

    public ServiceDescriptor(Type serviceType, object instance);
    public ServiceDescriptor(Type serviceType,  Func<IServiceProvider, object> factory, ServiceLifetime lifetime);
    public ServiceDescriptor(Type serviceType, Type implementationType,  ServiceLifetime lifetime);
}

ServiceDescriptor的其他三个属性体现了服务实例的三种提供方式，并分别对应着三个构造函数。如果我们指定了服务的实现类型（对应于ImplementationType属性），那么最终的服务实例将通过调用定义在该类型中的某一个构造函数来创建。如果指定的是一个Func<IServiceProvider, object>对象（对应于ImplementationFactory属性），那么该委托对象将作为提供服务实例的工厂。如果我们直接指定一个现成的对象（对应的属性为ImplementationInstance），那么该对象就是最终提供的服务实例。

如果我们采用提供的现成服务实例来创建ServiceDescriptor对象，对应服务注册自然会采用Singleton生命周期模式。对于通过其他两个构造函数创建的ServiceDescriptor对象来说，需要显式指定采用的生命周期模式。相较于ServiceDescriptor，我们在Cat框架中定义的ServiceRegistry显得更加简单，因为我们直接提供了一个类型为Func<Cat,Type[], object>的对象来提供对应的服务实例。

除了调用上面介绍的三个构造函数来创建对应的ServiceDescriptor对象之外，我们还可以利用定义在ServiceDescriptor类型中的一系列静态方法来创建该对象。如下面的代码片段所示，ServiceDescriptor提供了如下两个名为Describe的方法重载来创建对应的ServiceDescriptor对象。

public class ServiceDescriptor
{
    public static ServiceDescriptor Describe(Type serviceType,  Func<IServiceProvider, object> implementationFactory,  ServiceLifetime lifetime);
    public static ServiceDescriptor Describe(Type serviceType,  Type implementationType, ServiceLifetime lifetime);
}

当我们调用上面两个Describe方法来创建ServiceDescriptor对象的时候总是需要指定采用的生命周期模式，为了让对象创建变得更加简单，ServiceDescriptor中还定义了一系列针对具体生命周期模式的静态工厂方法。如下所示的是针对Singleton模式的一组静态工厂方法重载的定义，针对其他两种模式的Scoped和Transient方法具有类似的定义。

public class ServiceDescriptor
{
    public static ServiceDescriptor Singleton <TService, TImplementation>()  where TService: class where TImplementation: class, TService;
    public static ServiceDescriptor Singleton <TService, TImplementation>( Func<IServiceProvider, TImplementation> implementationFactory)   where TService: class where  TImplementation: class, TService;
    public static ServiceDescriptor Singleton<TService>( Func<IServiceProvider, TService> implementationFactory)  where TService: class;
    public static ServiceDescriptor Singleton<TService>( TService implementationInstance) where TService: class;
    public static ServiceDescriptor Singleton(Type serviceType,  Func<IServiceProvider, object> implementationFactory);
    public static ServiceDescriptor Singleton(Type serviceType,  object implementationInstance);
    public static ServiceDescriptor Singleton(Type service,  Type implementationType);
}

二、Add方法

依赖注入框架将服务注册存储在一个通过IServiceCollection接口表示的集合之中。如下面的代码片段所示，一个IServiceCollection对象本质上就是一个元素类型为ServiceDescriptor的列表。在默认情况下我们使用的是实现该接口的ServiceCollection类型。

public interface IServiceCollection : IList<ServiceDescriptor> {}
public class ServiceCollection : IServiceCollection {}

我们在应用启动时针对服务的注册本质上就是创建相应的ServiceDescriptor对象并将其添加到指定IServiceCollection对象中的过程。考虑到服务注册是一个高频调用的操作，所以依赖注入框架为IServiceCollection接口定义了一系列扩展方法完成服务注册的工作，比如下面的这两个Add方法可以将指定的一个或者多个ServiceDescriptor对象添加到IServiceCollection集合中。

public static class ServiceCollectionDescriptorExtensions
{
    public static IServiceCollection Add(this IServiceCollection collection,  ServiceDescriptor descriptor);
    public static IServiceCollection Add(this IServiceCollection collection,  IEnumerable<ServiceDescriptor> descriptors);
}

三、Add{Lifetime}方法

依赖注入框架还针对具体生命周期模式为IServiceCollection接口定义了一系列的扩展方法，它们会根据提供的输入创建出对应的ServiceDescriptor对象，并将其添加到指定的IServiceCollection对象中。如下所示的是针对Singleton模式的AddSingleton方法重载的定义，针对其他两个生命周期模式的AddScoped和AddTransient方法具有类似的定义。

public static class ServiceCollectionServiceExtensions
{
    public static IServiceCollection AddSingleton<TService>( this IServiceCollection services) where TService: class;
    public static IServiceCollection AddSingleton<TService, TImplementation>( this IServiceCollection services)  where TService: class  where TImplementation: class, TService;
    public static IServiceCollection AddSingleton<TService>( this IServiceCollection services, TService implementationInstance)  where TService: class;
    public static IServiceCollection AddSingleton<TService, TImplementation>( this IServiceCollection services,  Func<IServiceProvider, TImplementation> implementationFactory)   where TService: class where TImplementation: class, TService;
    public static IServiceCollection AddSingleton<TService>( this IServiceCollection services,  Func<IServiceProvider, TService> implementationFactory)  where TService: class;
    public static IServiceCollection AddSingleton( this IServiceCollection services, Type serviceType);
    public static IServiceCollection AddSingleton(this IServiceCollection services,  Type serviceType, Func<IServiceProvider, object> implementationFactory);
    public static IServiceCollection AddSingleton(this IServiceCollection services,   Type serviceType, object implementationInstance);
    public static IServiceCollection AddSingleton(this IServiceCollection services,  Type serviceType, Type implementationType);
}

四、TryAdd & TryAdd{Lifetime}方法

虽然针对同一个服务类型可以添加多个ServiceDescriptor对象，但这种情况只有在应用需要使用到同一类型的多个服务实例的情况下才有意义，比如我们可以注册多个ServiceDescriptor来提供同一个主题的多个订阅者。如果我们总是根据指定的服务类型来提取单一的服务实例，这种情况下一个服务类型只需要一个ServiceDescriptor对象就够了。对于这种场景我们可能会使用如下两个名为TryAdd的扩展方法，该方法会根据指定ServiceDescriptor提供的服务类型判断对应的服务注册是否存在，只有在指定类型的服务注册不存在的情况下，我们提供的ServiceDescriptor才会被添加到指定的IServiceCollection对象中。

public static class ServiceCollectionDescriptorExtensions
{
    public static void TryAdd(this IServiceCollection collection,  ServiceDescriptor descriptor);
    public static void TryAdd(this IServiceCollection collection,  IEnumerable<ServiceDescriptor> descriptors);
}

扩展方法TryAdd同样具有基于三种生命周期模式的版本，如下所示的是针对Singleton模式的TryAddSingleton方法的定义。在指定服务类型对应的ServiceDescriptor不存在的情况下，这些方法会采用提供的实现类型、服务实例创建工厂或者服务实例来创建生命周期模式为Singleton的ServiceDescriptor对象，并将其添加到指定的IServiceCollection对象中。针对其他两种生命周期模式的TryAddScoped和TryAddTransient方法具有类似的定义。

public static class ServiceCollectionDescriptorExtensions
{
    public static void TryAddSingleton<TService>(this IServiceCollection collection)  where TService: class;
    public static void TryAddSingleton<TService, TImplementation>( this IServiceCollection collection)   where TService: class  where TImplementation: class, TService;
    public static void TryAddSingleton(this IServiceCollection collection,  Type service);
    public static void TryAddSingleton<TService>(this IServiceCollection collection,  TService instance) where TService: class;
    public static void TryAddSingleton<TService>(this IServiceCollection services,  Func<IServiceProvider, TService> implementationFactory)  where TService: class;
    public static void TryAddSingleton(this IServiceCollection collection,  Type service, Func<IServiceProvider, object> implementationFactory);
    public static void TryAddSingleton(this IServiceCollection collection,  Type service, Type implementationType);
}

五、TryAddEnumerable方法

除了上面介绍的扩展方法TryAdd和TryAdd{Lifetime}之外，IServiceCollection接口还具有如下两个名为TryAddEnumerable的扩展方法。当TryAddEnumerable方法在决定将指定的ServiceDescriptor添加到IServiceCollection对象之前，它也会做存在性检验。与TryAdd和TryAdd{Lifetime}方法不同的是，该方法在判断执行的ServiceDescriptor是否存在是同时考虑服务类型和实现类型。

public static class ServiceCollectionDescriptorExtensions
{
    public static void TryAddEnumerable(this IServiceCollection services,  ServiceDescriptor descriptor);
    public static void TryAddEnumerable(this IServiceCollection services,  IEnumerable<ServiceDescriptor> descriptors);
}

被TryAddEnumerable方法用来判断存在性的实现类型不只是ServiceDescriptor的ImplementationType属性。如果ServiceDescriptor是通过一个指定的服务实例创建的，那么该实例的类型会用来判断对应的服务注册是否存在。如果ServiceDescriptor是通过提供的服务实例工厂来创建的，那么代表服务实例创建工厂的Func<in T, out TResult>对象的第二个参数类型将被用于判断ServiceDescriptor的存在性。扩展方法TryAddEnumerable的实现逻辑可以通过如下这段程序来验证。

var services = new ServiceCollection();

services.TryAddEnumerable(ServiceDescriptor.Singleton<IFoobarbazgux, Foo>());
Debug.Assert(services.Count == );

services.TryAddEnumerable(ServiceDescriptor.Singleton<IFoobarbazgux, Foo>());
Debug.Assert(services.Count == );

services.TryAddEnumerable(ServiceDescriptor.Singleton<IFoobarbazgux>(new Foo()));
Debug.Assert(services.Count == );

Func<IServiceProvider, Foo> factory4Foo = _ => new Foo();
services.TryAddEnumerable(ServiceDescriptor.Singleton<IFoobarbazgux>(factory4Foo));
Debug.Assert(services.Count == );

services.TryAddEnumerable(ServiceDescriptor.Singleton<IFoobarbazgux, Bar>());
Debug.Assert(services.Count == );

services.TryAddEnumerable(ServiceDescriptor.Singleton<IFoobarbazgux>(new Baz()));
Debug.Assert(services.Count == );

Func<IServiceProvider, Gux> factory4Gux = _ => new Gux();
services.TryAddEnumerable(ServiceDescriptor.Singleton<IFoobarbazgux>(factory4Gux));
Debug.Assert(services.Count == );

如果通过上述策略得到的实现类型为Object，那么TryAddEnumerable会因为实现类型不明确而抛出一个ArgumentException类型的异常。这主要发生在提供的ServiceDescriptor对象是由服务实例工厂创建的情况，所以上面实例中用来创建ServiceDescriptor的工厂类型分别为Func<IServiceProvider, Foo>和Func<IServiceProvider, Gux>，而不是Func<IServiceProvider, object>。

var service = ServiceDescriptor.Singleton<IFoobarbazgux>(_ => new Foo());
new ServiceCollection().TryAddEnumerable(service);

假设我们采用如上所示的方式利用一个Lamda表达式来创建一个ServiceDescriptor对象，对于创建的ServiceDescriptor来说，其服务实例工厂是一个Func<IServiceProvider, object>对象，所以当我们将它作为参数调用TryAddEnumerable方法时会抛出如下图所示的ArgumentException异常，并提示“Implementation type cannot be 'App.IFoobarbazgux' because it is indistinguishable from other services registered for 'App.IFoobarbazgux'.”

六、RemoveAll和Replace方法

上面介绍的这些方法最终的目的都是添加新的ServiceDescriptor对象到指定的IServiceCollection集合中，有的时候我们还希望删除或者替换现有的某个ServiceDescriptor对象，这种情况通常发生在需要对当前使用框架中由某个服务提供的功能进行定制的时候。由于IServiceCollection实现了IList<ServiceDescriptor>接口，所以我们可以调用其Clear、Remove和RemoveAt方法来清除或者删除现有的ServiceDescriptor对象。除此之外，我们还可以选择如下这些扩展方法。

public static class ServiceCollectionDescriptorExtensions
{
    public static IServiceCollection RemoveAll<T>( this IServiceCollection collection);
    public static IServiceCollection RemoveAll(this IServiceCollection collection,  Type serviceType);
    public static IServiceCollection Replace(this IServiceCollection collection,  ServiceDescriptor descriptor);
}

RemoveAll和RemoveAll<T>方法帮助我们根据指定的服务类型来删除现有的ServiceDescriptor对象。Replace方法会使用指定的ServiceDescriptor去替换第一个具有相同服务类型（对应ServiceType属性）的ServiceDescriptor，实际操作是先删除后添加。如果从目前的IServiceCollection集合中找不到服务类型匹配的ServiceDescriptor对象，指定的ServiceDescriptor对象会直接添加到IServiceCollection对象中，这一逻辑也可以利用如下的程序来验证。

var services = new ServiceCollection();
services.Replace(ServiceDescriptor.Singleton<IFoobarbazgux, Foo>());
Debug.Assert(services.Any(it => it.ImplementationType == typeof(Foo)));

services.AddSingleton<IFoobarbazgux, Bar>();
services.Replace(ServiceDescriptor.Singleton<IFoobarbazgux, Baz>());
Debug.Assert(!services.Any(it=>it.ImplementationType == typeof(Foo)));
Debug.Assert(services.Any(it => it.ImplementationType == typeof(Bar)));
Debug.Assert(services.Any(it => it.ImplementationType == typeof(Baz)));

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