Alibaba/IOC-golang 正式开源 ——打造服务于go开发者的IOC框架

简介： IOC（inversion of control）即控制反转，是面向对象编程中的一种设计原则，可以用来减低计算机代码之间的耦合度。IOC-golang 是一款服务于Go语言开发者的依赖注入框架，基于控制反转思路，方便开发人员搭建任何 Go 应用。在本文中，我不会罗列这个项目的种种功能与实现，而是站在开发者的角度，谈一谈我认为 Go 应用开发的“理想姿态”。

作者 | 李志信(冀锋)
来源 | 阿里开发者公众号

IOC（inversion of control）即控制反转，是面向对象编程中的一种设计原则，可以用来减低计算机代码之间的耦合度。IOC-golang 是一款服务于Go语言开发者的依赖注入框架，基于控制反转思路，方便开发人员搭建任何 Go 应用。

在本文中，我不会罗列这个项目的种种功能与实现，而是站在开发者的角度，谈一谈我认为 Go 应用开发的“理想姿态”。

项目背景

在面向对象编程的思路下，开发者需要直接关心对象之间的依赖关系、对象的加载模型、对象的生命周期等等问题。对于较为复杂的业务应用系统，随着对象数目增长，对象之间的拓扑关系呈指数级增加，如果这些逻辑全部由开发人员手动设计和维护，将会在应用内保存较多业务无关的冗余代码，影响开发效率，提高代码学习成本，增加了模块之间的耦合度，容易产生循环依赖等等问题。

随着开发者的增多，设计模型的复杂化，将会产生对象管理框架的诉求，例如 Java 生态的 Spring 框架，其设计的核心就是控制反转思路，从而为开发者提供依赖注入、配置注入、生命周期管理等能力。Go 语言生态在开源侧也有较多基于该思路的实现，但普遍能力较为单一，相比于我们的设计思路，在可扩展性、易用性等方面有所不足。

IOC-golang 不是 Go 语言实现的 Spring 框架！

我们致力于打造一款针对 Go 开发人员的框架，它适配与 Go 的语法和各种基本概念，符合 Go 语言开发习惯，能真正为开发人员提供编程、思考、运维、以及代码阅读上的便利。

设计思路

让我们聊一些轻松的话题。

应用开发思路

应用程序多种多样，都是由开发人员一行一行代码编写出来的，身为开发人员，在编写代码之前，一定是对接下来要写的每一行代码有初步的思考与设计。例如，我身为一个 Go 开发人员，如果期望编写一个web 后端服务程序，那么我会怎么做？

最直观的思路，我需要启动一个http server，用于监听某个端口，并且处理http协议的请求。使用面向对象的思路，我需要构建一个http server对象，之后调用方法开启监听。再往下一层思考，这个http server 对象如果要创建出来，需要依赖一些对象，这些对象可能包含：多个 http handler 对象、用于可视化上报的对象、管理安全认证的对象等等。再下一层，一个http handler 对象依赖的对象有：负责执行序列化操作的对象、传输结构对象、业务处理对象；业务处理对象又依赖一些sdk，例如缓存客户端对象、数据库客户端对象等等。我们现在层层思考的过程，也就是自顶向下的设计模型。

我们可以把一个复杂的应用程序，根据依赖关系，抽象为一个具有单起点的有向图，以上面描述的场景为例，我们可以画出具有如下拓扑的图。

脑海中有了这些拓扑，就可以按照习惯的方式编写代码了，我可能选择先把未实现的模块抽象成接口，由上至下编写结构，我也可能习惯自底向上开发，先从最具体的底层结构入手，然后用多个子结构组成一个完整的上层结构。无论选择哪种实现方案，我在开发时总会关心一件事情：我要开发的结构，是由哪些结构组成的，我把这个事情称作一个“开发单元”，这也是IOC-golang 框架关心的主要问题之一。

按照常规的应用开发模式，在一个“开发单元”内，开发者需要关注哪些事情？我们习惯于编写一个构造函数返回需要的对象，这个构造函数的入参，包含了一些参数以及下游依赖，我们在构造函数中会把这些对象和参数拼接成一个结构，再执行初始化逻辑，最后返回。

我们把这个“开发单元”关心的东西，按照依赖关系抽象成下图。

也就是说，如果想基于一个结构构造出一个对象，我们最多需要提供这三个东西就够了：参数/配置、依赖的子对象和一段包含初始化逻辑的函数，当然对于一些简单的结构，可能只需要三者中的一两者，甚至都不需要。按照这一思路，开发人员可以把 “编写一个应用” ，拆分成若干个 “构造一个对象”的过程，二者是等价的，我们都在编码的过程中，潜移默化地做了这件事情。

IOC-golang 可以帮助开发者更清晰地“构造一个对象”

在使用IOC-golang 开发的过程中，开发者只需要将参数、依赖对象、初始化逻辑这三要素通过注解或标签的形式标注在代码中，即可完成一个结构的定义，完全无需关心结构的拼装过程和依赖对象的创建过程，让开发者专注于当前结构的业务逻辑。

// +ioc:autowire=true

// +ioc:autowire:type=normal

// +ioc:autowire:paramType=Config

// +ioc:autowire:constructFunc=New

type RedisClient struct {

    client *redis.Client

  ServiceImpl1  Service        `singleton:"main.ServiceImpl1"` // inject Service 's ServiceImpl1

}

type Config struct {

    Address  string

    Password string

    DB       string

}

func (c *Config) New(impl *Impl) (*Impl, error) {

    dbInt, err := strconv.Atoi(c.DB)

    if err != nil {

        return impl, err

    }

    client := redis.NewClient(&redis.Options{

        Addr:     c.Address,

        Password: c.Password,

        DB:       dbInt,

    })

    _, err = client.Ping().Result()

    if err != nil {

        return impl, err

    }

    impl.client = client

    return impl, nil

}

基于 IOC-golang 框架开发的，一个包含了 redis 客户端的结构 RedisClient，通过注解或标签指定了参数、初始化逻辑和依赖的对象。

如果按照常规的开发方式，开发者还需要要额外做这些事情：手动从配置文件读取 Config对象的所有字段，手动把 ServiceImpl1 对象创建出来，手动拼装 RedisClient 对象然后调用初始化逻辑。而这些通用的逻辑都被 ioc-golang 封装好了。

IOC-golang 可以帮助开发者管理设计模型

对象如何被获取和注入，参数从哪里加载，接口由谁实现，以及上面提到的“是否单例模型”等等问题，只需要开发者在结构注解中标注好使用的自动装载模型，就可以达到期望的效果。开发者也可以定制化需要的自动装载模型。

// +ioc:autowire=true

// +ioc:autowire:type=singleton

type App struct {

    ServiceImpl1  Service     `singleton:"main.ServiceImpl1"` // inject Service 's ServiceImpl1 implementation

    RedisClientPtr *RedisClient `normal:",address=localhost:6379&db=0"` // inject RedisClient struct pointer

}

基于IOC-golang框架开发的，一个使用单例模式的对象 APP，其依赖一个 Service 接口，该接口期望被main.ServiceImpl1单例模式结构注入；APP 还依赖一个*RedisClient 结构体指针，期望以多例模式注入，并传入了参数。参数也可以从配置文件的结构默认位置读取。

如果按照常规的开发方式，开发者需要额外手动读取参数并创建依赖的 RedisClient 对象，手动组装 APP对象，维护单例模型指针，提供单例模型的构造函数等，这些逻辑都被 IOC-golang 封装好了。

对象生命周期

上一节所说的是静态的编码过程，这一节我们来聊一聊，一个对象从静态的编码，到应用运行过程中被加载直到销毁的整个生命周期。

一个 Go 对象的完整生命周期一般包含以下几个环节：

结构定义：结构提供者编写结构的字段与函数。
参数传入与依赖对象加载：对象创建的准备阶段，获取到依赖的参数，获取到所有依赖的下游对象。
对象创建与初始化：对象的组装过程，组装完成后执行必要的初始化逻辑。
对象使用：对象的函数被使用者调用
对象销毁：对象被销毁

两个视角：

上述对象的生命周期，是站在对象的角度来观察的。我们还可以从结构开发者视角和结构使用者视角来观察。为了表述的更为形象，我们可以用 “产品说明书” 来比喻结构的全部信息。

结构开发者视角：（撰写产品说明书）

我负责定义结构的字段和函数
我负责明确依赖的下游对象、依赖的参数字段。
我负责明确参数应该从哪里加载，例如：从标签加载，从配置中某个位置加载，从 API 传入的参数中加载。
我负责明确结构的依赖注入模型，比如单例模型。
我负责定义对象的初始化逻辑
我负责定义对象的销毁逻辑

结构使用者视角：（阅读产品说明书，按照说明书的内容使用结构）

我负责明确要使用哪个结构。（找到对应的产品说明书）
我负责使用一种“产品说明书”中支持的自动装载模型，例如：单例模型。
我负责明确“产品说明书”中给定的结构依赖参数。
我负责使用一种“产品说明书”里支持的参数加载方式，来加载结构依赖参数，加载方式可能包括：从标签加载，从配置中某个位置加载，从 API 传入的参数中加载。
我负责使用一种对象获取方式，来获取对象实例，例如：通过 API 获取，通过标签注入获取。
我负责调用对象函数。
我负责触发对象销毁逻辑。

上述的两个视角，是开发者在面向对象编程的开发过程中一定会考虑的。ioc-golang 框架在设计中明确了这两个视角。让一个结构的生命周期不再是一串面向过程的操作，而是两侧责任明确的开发模型。

可扩展性

IOC-golang 全面拥抱可扩展性，我们希望您在框架内接触到的任何概念都是可横向扩展的。可扩展性不意味着任何事情都要手动编写，而是在拥有足够预置实现方案的基础之上，支持针对特殊场景的定制化。如果您的方案足够通用，也可以提交至开源侧，让更多人可以享受你的方案带来的便利。

IOC-golang 的可扩展性体现在多个方面，其中最重要的是依赖注入过程的可扩展性，这也是框架能的核心能力。

依赖注入的可扩展性包含三个维度，从具体到抽象分别是：

对象的可扩展性

对象的可扩展性，即针对确定的一个结构（非单例），你可以通过传入不同的参数来获取多个期望的对象。这个过程往往被结构使用者关注，他需要思考如何传入参数，获得对象，调用对象从而实现正确的业务逻辑。通过这一可扩展性，结构使用者可以扩展出多个对象实例。

结构的可扩展性

结构的可扩展性，即针对一个确定的自动装载模型，你可以通过定义自己的结构描述信息，将你的结构体注册在框架上，以供使用。这个过程是结构提供者关心的，他需要思考选用哪个自动装载模型，思考提供的结构的全部生命周期信息。通过这一可扩展性，结构提供者可以为框架注入多种多样的结构，这些结构都会按照被选择的自动装载模型执行加载逻辑。

框架提供了一些预置的结构，例如 redis 客户端、gorm客户端等等，开发者可以直接传入参数，注入或通过API获取，直接使用，但这些预置的结构一定无法覆盖业务需求的。开发者注册自己的任何结构到框架上，都是使用了结构的可扩展性，这些被注册的结构和框架提供的预置结构，都是同一层面的概念。

自动装载模型的可扩展性

自动装载模型描述了一类结构的装载方式，例如是否单例模型、参数从哪里加载、注入标签应该符合什么格式等等。这个过程也是结构提供者关心的。

框架提供了一些预置的自动装载模型，例如单例模型、多例模型、配置模型、rpc 模型等，开发者可以根据按照业务需要，将一个或多个结构注册在期望的自动装载模型上，当已有的自动装载模型不足以适配业务场景，开发者可以调用API进行定制化。

下图描述了框架可扩展性的架构

小结

IOC-golang 框架关注：

一个问题：一个对象如何被创建。
两个角度：结构开发者视角，结构使用者视角。
三个维度扩展：自动装载模型、结构、对象。

项目层级与功能

项目层级

IOC-golang 是一个语言绑定的框架，处于应用开发的最高层，直接由开发人员操作。一些开发常用的组件所处层级如下图所示。这也解释了，IOC-golang 可以称为服务于 Go 开发者的 ioc 框架，而不是 Spring 框架的 Go 语言实现。

在软件架构的层级中，往往层级越高的模块越形象，其使用体验更佳，能力覆盖范围更广，对于同语言下层的模块扩展性更好，但会造成语言绑定。层级越低的模块越抽象，其泛用性更佳，更具备通用型，更容易做到语言无关。

主要功能

主要功能有二，即 IOC 和 AOP，分别代表了面向开发的“依赖注入”能力，和面向运维的 “代理结构 AOP 层”。

依赖注入能力：IOC
- 依赖注入能力

强大、易用、可扩展的依赖注入能力，是框架的核心功能。

开发者可以将任何结构体注入至标签字段：

// +ioc:autowire=true

// +ioc:autowire:type=singleton

type App struct {

    ServiceStruct *ServiceStruct `singleton:""`   // inject ServiceStruct struct pointer

}

将任何结构体注入至任何接口：

// +ioc:autowire=true

// +ioc:autowire:type=singleton

type App struct {

    ServiceImpl1  ServiceInterface   `singleton:"main.ServiceImpl1"` // inject ServiceInterface 's ServiceImpl1 implementation

}

可以通过 API 的方式，获取任何已注册的结构体：

// 该函数由 iocli 工具自动生成

func GetApp() (*App, error) {

    i, err := singleton.GetImpl(util.GetSDIDByStructPtr(new(App)), nil)

    if err != nil {

        return nil, err

    }

    impl := i.(*App)

    return impl, nil

}

灵活的参数传递能力

本框架支持通过标签、API、配置三种方式传入依赖参数，并允许开发者扩展这一能力。

标签参数传递：传递 address, db 等结构所需参数

// +ioc:autowire=true

// +ioc:autowire:type=singleton

type App struct {

    NormalDB3Redis normalRedis.ImplIOCInterface `normal:",address=127.0.0.1:6379&db=3"`

}

通过 API 进行参数传递：

func main() {

    client := redis.NewClient(&redis.Options{

        Addr: p.RedisAddr,

    })

}

通过配置进行参数写入：ioc_golang.yaml, 配置 github.com/alibaba/ioc-golang/extension/normal/nacos.Impl 结构的构造参数

autowire:

  normal:

    github.com/alibaba/ioc-golang/extension/normal/nacos.Impl:

      my-nacos:

        param:

          nacosclientparam:

            clientconfig:

              appKey: appKey

            serverconfigs:

              - ipaddr: 127.0.0.1

                port: 8848

结构代理层：AOP

本框架提供的 iocli 命令行工具会识别结构注解，从而生成注册代码、结构代理层、结构专属接口等信息，减少开发人员需要编写的代码量。
我们以这样一个结构为例：

// +ioc:autowire=true

// +ioc:autowire:type=singleton

type Impl1 struct {

}

func (i *Impl1) Hello(req string) string {

    return req

}

开发者可以通过执行iocli gen命令，一键为工程内所有标注的结构生成代码，生成位于结构相同目录的zz_generated.ioc.go，其内容包括：

结构注册代码，会以结构描述符的形式，将结构生命周期注册到框架上。

func init() {

    singleton.RegisterStructDescriptor(&autowire.StructDescriptor{

        Factory: func() interface{} {

            return &Impl1{}

        },

    })

}

结构专属接口，命名为 $(结构名)IOCInterface

type Impl1IOCInterface interface {

    Hello(req string) string

}

结构代理层存根

框架会为所有结构提供代理层，在面向接口编程的场景下，所有请求都会经过代理层，扩展出强大的运维能力。

type impl1_ struct {

    Hello_ func(req string) string

}

func (i *impl1_) Hello(req string) string {

    return i.Hello_(req)

}

结构获取API

// 获取结构指针

func GetImpl1() (*Impl1, error) {

    i, err := singleton.GetImpl(util.GetSDIDByStructPtr(new(Impl1)), nil)

    if err != nil {

        return nil, err

    }

    impl := i.(*Impl1)

    return impl, nil

}

// 获取包装了代理层的专属接口

func GetImpl1IOCInterface() (Impl1IOCInterface, error) {

    i, err := singleton.GetImplWithProxy(util.GetSDIDByStructPtr(new(Impl1)), nil)

    if err != nil {

        return nil, err

    }

    impl := i.(Impl1IOCInterface)

    return impl, nil

}

以上代码均由工具自动生成，开发者只需使用即可。通过这些代码展示，我想传达给读者一个信息，就是 IOC-golang 可以管理任何对象的代理存根，这也就意味着，我们可以用这一层代理做任何想做的事情。其中就包括框架已经实现的能力：

结构展示：可以展示所有加载到框架的结构、方法列表
接口参数动态监听：可以监听运行态的 go 进程，展示当前正在执行的函数、参数值、返回值。
链路追踪：可以获取一个请求的完整调用链路，获取分布式场景下的跨进程调用链路，从而分析性能瓶颈。

但这些只是"运维"这个庞大的话题的冰山一角，我们基于结构代理 AOP 层，可以做任何我们能想到的事情：

链路可视化、分布式应用拓扑展示
告警
故障注入
问题诊断
...

这可以由我们一同设计，一同实现，一同见证！

丰富的组件

IOC-golang 目前已预置一系列开发常用sdk，供直接注入。覆盖数据库、缓存、中间件、RPC 等等领域。目前已支持的组件有：

Nacos
Rocketmq
Redis
gRPC
GORM
Dubbo3
HttpServer

在未来将会支持更丰富的常用 Go 开发 SDK，为开发者提供全家桶式的开发体验。

上述只是简单的介绍，更详细的内容请参考文末提供的项目示例。具体模块的更详细设计与介绍，例如基于IOC思路的RPC，分布式全接口链路追踪能力，将在后续文章中与大家见面，敬请期待。

主要功能主要功能有二，即 IOC 和 AOP，分别代表了面向开发的“依赖注入”能力，和面向运维的 “代理结构 AOP 层”。

愿景

IOC-golang 是一个崭新的项目，从第一行代码的编写，到今天不过一个月的时间。

我们的愿景是让 IOC-golang 成为 Go 应用开发的首选框架，让 Go 开发人员更贴近业务逻辑，减少冗余代码，增加代码的易读性，让 Go 生态的 “面向对象编程” 进入自动挡时代。

主要功能主要功能有二，即 IOC 和 AOP，分别代表了面向开发的“依赖注入”能力，和面向运维的 “代理结构 AOP 层”。

如何贡献

项目初创，十分期待能与感兴趣的开发者共创一片天地。

项目github地址： github.com/alibaba/ioc-golang

项目文档：ioc-golang.github.io

项目示例：ioc-golang/example

欢迎加入钉钉群“IOC-golang 交流群”：44638289

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原文链接：http://click.aliyun.com/m/1000346705/

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