AngularJS源码分析之依赖注入$injector

开篇

随着javaEE的spring框架的兴起，依赖注入（IoC）的概念彻底深入人心，它彻底改变了我们的编码模式和思维。在IoC之前，我们在程序中需要创建一个对象很简单也很直接，就是在代码中new Object即可，有我们自己负责创建、维护、修改和删除，也就是说，我们控制了对象的整个生命周期，直到对象没有被引用，被回收。诚然，当创建或者维护的对象数量较少时，这种做法无可厚非，但是当一个大项目中需要创建大数量级的对象时，仅仅依靠程序员来进行维护所有对象，这是难以做到的，特别是如果想在程序的整个生命周期内复用一些对象，我们需要自己写一个缓存模块对所有对象进行缓存，这加大了复杂度。当然，IoC的好处并不仅限于此，它也降低了对依赖的耦合度，不必在代码中进行引用或者传参即可操作依赖。

在js中，我们可以这样引入依赖

1. 使用全局变量引用
2. 在需要的地方通过函数参数传递

使用全局变量的坏处自不必说，污染了全局的名字空间，而通过函参传递引用，也可以通过两种方法实现：

1. 闭包传递
2. 后台解析出依赖对象，并通过Function.prototype.call进行传参

而在AngularJS中，依赖注入是通过后者实现的，接下来的几节将会介绍IoC模块的具体实现。

获取依赖

var FN_ARGS = /^function\s*[^\(]*\(\s*([^\)]*)\)/m;
var FN_ARG_SPLIT = /,/;
    // 获取服务名
var FN_ARG = /^\s*(_?)(\S+?)\1\s*$/;
var STRIP_COMMENTS = /((\/\/.*$)|(\/\*[\s\S]*?\*\/))/mg;
var $injectorMinErr = minErr('$injector');

function anonFn(fn) {
  // For anonymous functions, showing at the very least the function signature can help in
  // debugging.
  var fnText = fn.toString().replace(STRIP_COMMENTS, ''),
      args = fnText.match(FN_ARGS);
  if (args) {
    return 'function(' + (args[1] || '').replace(/[\s\r\n]+/, ' ') + ')';
  }
  return 'fn';
}

function annotate(fn, strictDi, name) {
  var $inject,
      fnText,
      argDecl,
      last;

  if (typeof fn === 'function') {
    if (!($inject = fn.$inject)) {
      $inject = [];
      if (fn.length) {
        if (strictDi) {
          if (!isString(name) || !name) {
            name = fn.name || anonFn(fn);
          }
          throw $injectorMinErr('strictdi',
            '{0} is not using explicit annotation and cannot be invoked in strict mode', name);
        }
        fnText = fn.toString().replace(STRIP_COMMENTS, '');
        argDecl = fnText.match(FN_ARGS);
        forEach(argDecl[1].split(FN_ARG_SPLIT), function(arg) {
          arg.replace(FN_ARG, function(all, underscore, name) {
            $inject.push(name);
          });
        });
      }
      fn.$inject = $inject;
    }
  } else if (isArray(fn)) {
    last = fn.length - 1;
    assertArgFn(fn[last], 'fn');
    $inject = fn.slice(0, last);
  } else {
    assertArgFn(fn, 'fn', true);
  }
  return $inject;
}

annotate函数通过对入参进行针对性分析，若传递的是一个函数，则依赖模块作为入参传递，此时可通过序列化函数进行正则匹配，获取依赖模块的名称并存入$inject数组中返回，另外，通过函数入参传递依赖的方式在严格模式下执行会抛出异常；第二种依赖传递则是通过数组的方式，数组的最后一个元素是需要使用依赖的函数。annotate函数最终返回解析的依赖名称。

注入器的创建

AngularJS的API也提供了$injector部分，通过$injector可以使用get,has,instantiate,invoke以及上节提到的annotate等方法，通过源码可以更清晰的理解。

function createInternalInjector(cache, factory) {
    // 对服务注入器 providerInjector而言，只根据服务名获取服务，factory会抛出异常
    function getService(serviceName, caller) {
      if (cache.hasOwnProperty(serviceName)) {
        if (cache[serviceName] === INSTANTIATING) {
          throw $injectorMinErr('cdep', 'Circular dependency found: {0}',
                    serviceName + ' <- ' + path.join(' <- '));
        }
        return cache[serviceName];
      } else {
        try {
          path.unshift(serviceName);
          cache[serviceName] = INSTANTIATING;
          return cache[serviceName] = factory(serviceName, caller);
        } catch (err) {
          if (cache[serviceName] === INSTANTIATING) {
            delete cache[serviceName];
          }
          throw err;
        } finally {
          path.shift();
        }
      }
    }

    function invoke(fn, self, locals, serviceName) {
      if (typeof locals === 'string') {
        serviceName = locals;
        locals = null;
      }

      var args = [],
          // 解析并获取注入服务列表
          $inject = annotate(fn, strictDi, serviceName),
          length, i,
          key;

      for (i = 0, length = $inject.length; i < length; i++) {
        key = $inject[i];
        if (typeof key !== 'string') {
          throw $injectorMinErr('itkn',
                  'Incorrect injection token! Expected service name as string, got {0}', key);
        }
        // 注入的服务作为参数传入
        args.push(
          locals && locals.hasOwnProperty(key)
          ? locals[key]
          : getService(key, serviceName)
        );
      }
      if (isArray(fn)) {
        fn = fn[length];
      }

      // http://jsperf.com/angularjs-invoke-apply-vs-switch
      // #5388
      return fn.apply(self, args);
    }

    function instantiate(Type, locals, serviceName) {
      // Check if Type is annotated and use just the given function at n-1 as parameter
      // e.g. someModule.factory('greeter', ['$window', function(renamed$window) {}]);
      // Object creation: http://jsperf.com/create-constructor/2
      var instance = Object.create((isArray(Type) ? Type[Type.length - 1] : Type).prototype);
      var returnedValue = invoke(Type, instance, locals, serviceName);

      return isObject(returnedValue) || isFunction(returnedValue) ? returnedValue : instance;
    }

    return {
      invoke: invoke,
      instantiate: instantiate,
      get: getService,
      annotate: annotate,
      has: function(name) {
        return providerCache.hasOwnProperty(name + providerSuffix) || cache.hasOwnProperty(name);
      }
    };
  }

createInternalInjector方法创建$injector对象，传递的参数分别为缓存对象和工厂函数。在具体实现中，AngularJS创建了两个injector对象--providerInjector和instanceInjector(这两个对象的不同主要是createInternalInjector方法传递的缓存对象不同)，而通过angular.injector()导出的就是instanceInjector。对于providerInjector，主要用来获取服务的提供者，即serviceProvider。而对于instanceInjector而言，主要用于执行从providerInjector获取的provider对象的$get方法，生产服务对象（依赖），并将服务对象传递给相应的函数，完成IoC。

首先从get方法说起，get方法主要获取指定名称的服务，通过angular的injector方法获取的是instanceInjector，而当缓存中没有该服务对象（依赖）时，我们需要执行factory(serviceName, caller)方法，我们看看对于的factory函数：

instanceInjector = (instanceCache.$injector =
          createInternalInjector(instanceCache, function

(serviceName, caller) { var provider = providerInjector.get(serviceName + providerSuffix, caller); return

 instanceInjector.invoke(provider.$get, provider, undefined, serviceName);
          }));

红色部分即为factory函数，它显示通过providerInjector获取相应服务的提供者serviceProvider,然后调用instanceInjector的invoke方法在serviceProvider上下文执行serviceProvider的$get方法，返回服务对象并保存在缓存中。这样，便完成了服务对象(依赖)的获取和缓存。

invoke方法也很简单，它的入参分别问fn, self, locals, serviceName，即要执行的函数，函数执行的上下文，提供的options选项和服务名。首先获取函数的所有依赖名，通过annotate方法完成之后，如果options中提供了对于名称的依赖，则使用，否则通过get方法获取依赖，最后传入函数，并将函数的执行结果返回。invoke返回的结果往往是一个服务对象。

instantiate方法主要根据提供的构造函数创建一个示例，用作依赖或提供服务。值得一提的是并没有通过new关键字创建对象，而是通过ECMA5提供的Object.create来继承函数的原型对象实现，非常巧妙。

has方法则是相继判断serviceProvider和service是否存在于缓存中。

至此，$injector对象创建完毕。

注册服务（依赖）

服务不可能凭空而来，我们需要自己实现或者外部引入服务或依赖。所以，注册服务的模块也是值得深究的。AngularJS提供了多种注册服务的API，但是我们着重关注的是provider方法，其他factory，service方法都是基于此进行构建的。

这些方法（provider，factory等）绑定在providerCache.$provide对象上，而我们通过angular.module('app',[]).provider(...)方式调用的provider函数，会在module加载期间将调用（该调用抽象成一个数组，即［provider,method,arguments］）绑定在内部的_invokeQueue数组中，最终在providerCache.$provide对象上调用provider方法，其他的controller，directive等方法类似，不过是绑定在providerCache.$controllerProvider,providerCache.$compileProvider对象上。

function provider(name, provider_) {
    assertNotHasOwnProperty(name, 'service');
    if (isFunction(provider_) || isArray(provider_)) {
      provider_ = providerInjector.instantiate(provider_);
    }
    if (!provider_.$get) {
      throw $injectorMinErr('pget', "Provider '{0}' must define $get factory method.", name);
    }
    return providerCache[name + providerSuffix] = provider_;
  }

  function enforceReturnValue(name, factory) {
    return function enforcedReturnValue() {
      var result = instanceInjector.invoke(factory, this);
      if (isUndefined(result)) {
        throw $injectorMinErr('undef', "Provider '{0}' must return a value from $get factory method.", name);
      }
      return result;
    };
  }

  function factory(name, factoryFn, enforce) {
    return provider(name, {
      $get: enforce !== false ? enforceReturnValue(name, factoryFn) : factoryFn
    });
  }

  function service(name, constructor) {
    return factory(name, ['$injector', function($injector) {
      return $injector.instantiate(constructor);
    }]);
  }

  function value(name, val) { return factory(name, valueFn(val), false); }

  function constant(name, value) {
    assertNotHasOwnProperty(name, 'constant');
    providerCache[name] = value;
    instanceCache[name] = value;
  }
  // 在服务实例化之后进行调用（拦截），拦截函数中注入实例化的服务，可以修改，扩展替换服务。
  function decorator(serviceName, decorFn) {
    var origProvider = providerInjector.get(serviceName + providerSuffix),
        orig$get = origProvider.$get;

    origProvider.$get = function() {
      var origInstance = instanceInjector.invoke(orig$get, origProvider);
      return instanceInjector.invoke(decorFn, null, {$delegate: origInstance});
    };
  }

provider方法需要两个参数，一个是服务名（依赖名），另外是工厂方法或者是一个包含依赖和工厂方法的数组。首先通过providerInjector创建工厂方法的一个实例，并添加到providerCache中，返回。

factory方法只是将第二个参数封装成了一个包含$get方法的对象，即serviceProvider，缓存。并不复杂。

而service方法则嵌套注入了$injector服务，即instanceInjector，它会创建构造函数的实例，作为服务对象。

value方法仅仅封装了一个provider，其$get方法返回value值。

constant方法则将value的值分别存入providerCache和instanceCache中，并不需要invoke获取其value值。

而比较特殊且扩展性较高的decorator方法，是在serviceProvider的$get方法后面添加一个拦截函数，并通过传递依赖$delegate来获取原先invoke $get方法返回的服务对象。我们可以通过decorator来对服务进行扩展，删除等操作。

流程

最后，在基本的实现已经完成的基础上，我们走一遍具体的注入流程，更易于我们的深入理解。

angular.module("app",[])
     .provider("locationService",function(){
        ...
    })
    .controller("WeatherController",function($scope,locationService,$location){
        locationService.getWeather()
            .then(function(data){
                $scope.weather = data;
            },function(e){
                console.log("error message: "+ e.message)
            });
    })

我们不关心具体的代码实现，仅仅使用上述代码作为演示。

首先确定AngularJS上下文的范围，并且获取依赖模块（在此处为空）；

继续注册服务（依赖），将serviceProvider缓存至providerCache中；

声明控制器；

在此获取$injector示例，通过执行invoke函数，获取[“$scope”，”locationService”,”$location”]依赖列表，通过$injector的get方法获取相应的依赖对象。对于$scope和$location服务而言，在AngularJS初始化时已经注入到Angular中，因此可以获取相应的provider对象，执行相关的方法返回$scope和$location对象，而locationService则在provider中进行了声明，因此获取到locationServiceProvider对象，通过调用instanceInjector.invoke(locationServiceProvider.$get, locationServiceProvider, undefined, “locationService”)返回locationService对象。

最后将所有的依赖组装成数组[$scope,locationService,$location]作为参数传递给匿名函数执行。

至此，依赖注入完成。