.NET Core基础篇之：依赖注入DependencyInjection

依赖注入已经不是什么新鲜话题了，在.NET Framework时期就已经出现了各种依赖注入框架，比如：autofac、unity等。只是在.net core微软将它搬上了台面，不用再依赖第三方组件（那是不可能的）。依赖注入的概念与为什么选择使用依赖注入这里就不说了，网上搜一下就会有各种答案，今天这里的内容是看看在.net core中，简单实用的依赖注入，背后到底做了哪些操作。

创建项目

今天演示不采用asp.net core项目，而是采用.net core控制台。相对前者，后者的操作逻辑更加完整简洁。

准备接口与对象，老User了

public class UserService : IUserService
{
    public string getName()
    {
        return "my name is dotnetboy";
    }
}

public interface IUserService
{
    string getName();
}

/// <summary>
/// 入口方法
/// </summary>
/// <param name="args"></param>
public static void Main(string[] args)
{
	// 1、实例化服务容器
    IServiceCollection services = new ServiceCollection();
    // 2、添加服务
    services.AddTransient<IUserService, UserService>();
    // 3、构建服务提供对象
    IServiceProvider serviceProvider = services.BuildServiceProvider();
    // 4、解析并获取服务对象
    var service = serviceProvider.GetService<IUserService>();
	// 5、调用
    Console.WriteLine(service.getName());
}

1、实例化服务容器

IServiceCollection services = new ServiceCollection();

这里出现了一个新对象：IServiceCollectionService，也就是startup中的

public void ConfigureServices(IServiceCollection services){}

F12 可以看到，IServiceCollectionService 继承了IList<ServiceDescriptor>接口，又引申出 ServiceDescriptor 对象。

//
// 摘要:
//     Specifies the contract for a collection of service descriptors.
public interface IServiceCollection : IList<ServiceDescriptor>, ICollection<ServiceDescriptor>, IEnumerable<ServiceDescriptor>, IEnumerable
{
}

而 ServiceDescriptor 对象见名知意就知道是用来描述服务信息的对象了。ServiceDescriptor 对象的内容有点多，在这里我们暂时只需要了解三个：

	/// <summary>
    /// Describes a service with its service type, implementation, and lifetime.
    /// </summary>
    [DebuggerDisplay("Lifetime = {Lifetime}, ServiceType = {ServiceType}, ImplementationType = {ImplementationType}")]
    public class ServiceDescriptor
    {
        /// 生命周期
        public ServiceLifetime Lifetime { get; }

        /// 服务对象
        public Type ServiceType { get; }

        /// 服务实现对象
        public Type ImplementationType { get; }
}

• Lifetime：生命周期

• SericeType：服务对象

• ImplementationType：服务实现对象

第一步内容比较简单，就是声明一个服务容器集合。我们可以把 IServiceCollection 比做成银行，把服务比喻成 RMB ，现在银行有了，我们下一步肯定就是存 RMB 进去了。

2、添加服务

上面我们提到了 ServiceDescriptor 对象的三个属性：Lifetime、ServiceType、ImplementationType。

再回过头看 services.AddTransient<IUserService, UserService>(); 这段代码

• AddTransient 指定了 Lifetime，也就是 Transient

• IUserService 表示 ServiceType

• UserService 表示 ImplementationType

下面是 AddTransient 相关的源码，很是直观明了。就是将 RMB 存储银行，到底是 活期、定期还是理财就由开发者自己去定义了。

public static IServiceCollection AddTransient(
    this IServiceCollection services,
    Type serviceType,
    Type implementationType)
{
    ......
    return Add(services, serviceType, implementationType, ServiceLifetime.Transient);
}

private static IServiceCollection Add(
    IServiceCollection collection,
    Type serviceType,
    Type implementationType,
    ServiceLifetime lifetime)
{
    var descriptor = new ServiceDescriptor(serviceType, implementationType, lifetime);
    collection.Add(descriptor);
    return collection;
}

3、构建服务提供对象

上面两步，有了银行，并且将RMB存进去了。接下来我要买包子没钱，这时候就需要将RMB再取出来。但是存的时候我是在不同的网点存的，取的时候我想在手机银行APP上取，这第三步就是为了构建手机银行APP这个角色。

IServiceProvider serviceProvider = services.BuildServiceProvider();

在这一步会引入一个新对象 ServiceProvider ，也就是给我们提供服务的对象，和 ServiceProviderEngine ，服务提供引擎，姑且这么叫吧。

internal class DynamicServiceProviderEngine : CompiledServiceProviderEngine : ServiceProviderEngine

仔细看下面这段源码（去除不相关部分），就是简单实例化一个 ServiceProvider 对象，ServiceProvider 对象包含一个 IServiceProviderEngine 属性，在 ServiceProvider 对象的构造函数内实例化并赋值。

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

private readonly IServiceProviderEngine _engine;
// serviceDescriptors：服务集合，options：服务提供者类型
internal ServiceProvider(IEnumerable<ServiceDescriptor> serviceDescriptors, ServiceProviderOptions options)
{
    IServiceProviderEngineCallback callback = null;
    switch (options.Mode)
    {
        case ServiceProviderMode.Default:
            _engine = new DynamicServiceProviderEngine(serviceDescriptors, callback);
    }
}

ServiceProviderEngine 对象的内容比较多，由于上面代码只做了实例化，所以我们也只看与实例化相关的构造函数代码。

internal abstract class ServiceProviderEngine : IServiceProviderEngine, IServiceScopeFactory
{
    private readonly Func<Type, Func<ServiceProviderEngineScope, object>> _createServiceAccessor;
    internal ConcurrentDictionary<Type, Func<ServiceProviderEngineScope, object>> RealizedServices { get; }
    public ServiceProviderEngineScope Root { get; }
    public IServiceScope RootScope => Root;
    protected CallSiteRuntimeResolver RuntimeResolver { get; }
    internal CallSiteFactory CallSiteFactory { get; }
    protected ServiceProviderEngine(IEnumerable<ServiceDescriptor> serviceDescriptors, IServiceProviderEngineCallback callback)
    {
        _createServiceAccessor = CreateServiceAccessor;
        Root = new ServiceProviderEngineScope(this);
        RuntimeResolver = new CallSiteRuntimeResolver();
        CallSiteFactory = new CallSiteFactory(serviceDescriptors);
        CallSiteFactory.Add(typeof(IServiceProvider), new ServiceProviderCallSite());
        CallSiteFactory.Add(typeof(IServiceScopeFactory), new ServiceScopeFactoryCallSite());
        RealizedServices = new ConcurrentDictionary<Type,Func<ServiceProviderEngineScope, object>>();
    }
}

看了上面的构造函数，哇，又多了这么多新对象，无从下手是不是。这时候我们记住一点，RMB 存到了银行，所以我们就盯着银行：ServiceDescriptor 的动静，发现银行与 CallSiteFactory 这个对象有关联，CallSiteFactory 对象实例化需要银行（serviceDescriptors）。

CallSiteFactory = new CallSiteFactory(serviceDescriptors);
CallSiteFactory.Add(typeof(IServiceProvider), new ServiceProviderCallSite());
CallSiteFactory.Add(typeof(IServiceScopeFactory), new ServiceScopeFactoryCallSite());

private readonly List<ServiceDescriptor> _descriptors;
private readonly Dictionary<Type, ServiceDescriptorCacheItem> _descriptorLookup = new Dictionary<Type, ServiceDescriptorCacheItem>();
private readonly StackGuard _stackGuard;

public CallSiteFactory(IEnumerable<ServiceDescriptor> descriptors)
{
    _stackGuard = new StackGuard();
    _descriptors = descriptors.ToList();
    Populate();
}

private void Populate()
{
    foreach (var descriptor in _descriptors)
    {
        var serviceTypeInfo = descriptor.ServiceType.GetTypeInfo();
        ......
        var cacheKey = descriptor.ServiceType;
        _descriptorLookup.TryGetValue(cacheKey, out var cacheItem);
        _descriptorLookup[cacheKey] = cacheItem.Add(descriptor);
    }
}

进入到 CallSiteFactory 对象内逻辑比较清晰，就是将我们银行内的 RMB（服务） 信息遍历并存储到相关字典集合内（_descriptorLookup），给后续逻辑提供查找验证服务。

4、获取对象

上一步手机银行App的角色已经构建好了，这一步要开始取RMB了，取RMB需要什么？密码呗，这里的密码就是 IUserService。

var service = serviceProvider.GetService<IUserService>();

我们接下来看看取钱这一步微软都做了些什么操作，就是下面这段代码了：

internal object GetService(Type serviceType, ServiceProviderEngineScope serviceProviderEngineScope)
{
    ......
    // 已经实现的服务
    var realizedService = RealizedServices.GetOrAdd(serviceType, _createServiceAccessor);
    // _callback?.OnResolve(serviceType, serviceProviderEngineScope);
    ......
    return realizedService.Invoke(serviceProviderEngineScope);
}

一眼看去，有效代码其实就一行，涉及到三个对象：RealizedServices、serviceType、_createServiceAccessor，都在上一步中出现过。

RealizedServices.GetOrAdd(serviceType, _createServiceAccessor);

private readonly Func<Type, Func<ServiceProviderEngineScope, object>> _createServiceAccessor = CreateServiceAccessor;
internal ConcurrentDictionary<Type, Func<ServiceProviderEngineScope, object>> RealizedServices { get; }

我们将上面的代码发散一下，CreateServiceAccessor 就成了我们要研究的重点。

var csa = CreateServiceAccessor(serviceType);
RealizedServices.GetOrAdd(serviceType, csa);

private Func<ServiceProviderEngineScope, object> CreateServiceAccessor(Type serviceType)
{
	var callSite = CallSiteFactory.GetCallSite(serviceType, new CallSiteChain());
	if (callSite != null)
	{
		......
		return RealizeService(callSite);
	}
	return _ => null;
}

CreateServiceAccessor 方法内的有效代码是两行，我们一步步来深入：

CallSiteFactory.GetCallSite(serviceType, new CallSiteChain());

进入到 GetCallSite 方法内部，一层层剥离

// 第一层
internal ServiceCallSite GetCallSite(Type serviceType, CallSiteChain callSiteChain)
{
    return _callSiteCache.GetOrAdd(serviceType, type => CreateCallSite(type, callSiteChain));
}
// 第二层
private ServiceCallSite CreateCallSite(Type serviceType, CallSiteChain callSiteChain)
{
    ......
    var callSite = TryCreateExact(serviceType, callSiteChain) ??
                               TryCreateOpenGeneric(serviceType, callSiteChain) ??
                               TryCreateEnumerable(serviceType, callSiteChain);
    _callSiteCache[serviceType] = callSite;
    return callSite;
}
// 第三层
private ServiceCallSite TryCreateExact(ServiceDescriptor descriptor, Type serviceType, CallSiteChain callSiteChain, int slot)
{
    if (serviceType == descriptor.ServiceType)
    {
        ServiceCallSite callSite;
        var lifetime = new ResultCache(descriptor.Lifetime, serviceType, slot);
        ......
	    new ServiceCallSite(......);
        return callSite;
    }

    return null;
}

上面的代码都是围绕 ServiceCallSite 对象的创建再流转，依然是在为最后的取RMB（服务）做准备工作，我们注意一下这段代码：

var lifetime = new ResultCache(descriptor.Lifetime, serviceType, slot);

出现了一个熟悉的对象：Lifetime，也就是我们注册服务的生命周期类型。

public ResultCache(ServiceLifetime lifetime, Type type, int slot)
{
    switch (lifetime)
    {
        case ServiceLifetime.Singleton:
            Location = CallSiteResultCacheLocation.Root;
            break;
        case ServiceLifetime.Scoped:
            Location = CallSiteResultCacheLocation.Scope;
            break;
        case ServiceLifetime.Transient:
            Location = CallSiteResultCacheLocation.Dispose;
            break;
        default:
            Location = CallSiteResultCacheLocation.None;
            break;
    }
    Key = new ServiceCacheKey(type, slot);
}
public CallSiteResultCacheLocation Location { get; set; }
public ServiceCacheKey Key { get; set; }

到现在，准备工作的相关代码都已经走完了，下面就是最后一步：获取/构建对象

return RealizeService(callSite);

protected override Func<ServiceProviderEngineScope, object> RealizeService(ServiceCallSite callSite)
{
    var realizedService = ResolverBuilder.Build(callSite);
    RealizedServices[callSite.ServiceType] = realizedService;
    return realizedService;
}

// singleton
public Func<ServiceProviderEngineScope, object> Build(ServiceCallSite callSite)
{
    if (callSite.Cache.Location == CallSiteResultCacheLocation.Root)
    {
        var value = _runtimeResolver.Resolve(callSite, _rootScope);
        return scope => value;
    }
    return BuildType(callSite).Lambda;
}
// Scoped
private GeneratedMethod BuildType(ServiceCallSite callSite)
{
    if (callSite.Cache.Location == CallSiteResultCacheLocation.Scope)
    {
        return _scopeResolverCache.GetOrAdd(callSite.Cache.Key, _buildTypeDelegate, callSite);
    }
    return BuildTypeNoCache(callSite);
}
// Transient
private GeneratedMethod BuildTypeNoCache(ServiceCallSite callSite)
{
    var dynamicMethod = new DynamicMethod("ResolveService",
                                          attributes: MethodAttributes.Public | MethodAttributes.Static,
                                          callingConvention: CallingConventions.Standard,
                                          returnType: typeof(object),
                                          parameterTypes: new[] { typeof(ILEmitResolverBuilderRuntimeContext), typeof(ServiceProviderEngineScope) },
                                          owner: GetType(),
                                          skipVisibility: true);

    var ilGenerator = dynamicMethod.GetILGenerator(512);
    ......
}

上面一段代码就是最终构建服务的代码了，前面的所有内容都是在为这一步做准备，具体代码构建的逻辑这篇文章就不讲了，有点技穷。看Transient：BuildTypeNoCache方法内容，可以发现微软是通过 IL 去动态生成的服务。这只是里面的一种方式，还有另外一种方式大家可以自行去研究。

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最后，写着写着就发现，有点把握不住。尽管在调式的时候对里面的一些代码的作用，以及怎么运转都有一些理解。但是写出来就不是那么回事，漏洞百出，索性贴出关键源码，记录一下这两天的研究成果。有条件的朋友可以自己去调式一遍源码，比看什么博客有效果多了。

我这里使用的是：JetBrains Rider ，调试源码比较方便，不用手动下载源码。

如果习惯了 vs 的同学可以去 github 上将源码下载下来通过 vs 去调试。