ASP.NET Core - 依赖注入(一)

1. Ioc 与 DI

Ioc 和DI 这两个词大家都应该比较熟悉，这两者已经在各种开发语言各种框架中普遍使用，成为框架中的一种基本设施了。

Ioc 是控制反转， Inversion of Control 的缩写，DI 是依赖注入，Inject Dependency 的缩写。

所谓控制反转，反转的是类与类之间依赖的创建。类型A依赖于类型B时，不依赖于具体的类型，而是依赖于抽象，不在类A中直接 new 类B的对象，而是通过外部传入依赖的类型对象，以实现类与类之间的解耦。所谓依赖注入，就是由一个外部容器对各种依赖类型对象进行管理，包括对象的创建、销毁、状态保持等，并在某一个类型需要使用其他类型对象的时候，由容器进行传入。

下图是一张网图，是关于Ioc解耦比较经典的图示过程了。至于依赖解耦的好处，就不在这里细讲了，如果有对依赖注入基本概念不理解的，可以稍微搜索一下相关的文章，也可以参考 ASP.NET Core 依赖注入 | Microsoft Learn 官方文档中的讲解。

Ioc是一种设计思想，而DI是这种思想的具体实现。依赖注入是一种设计模式，是对面向对象编程五大基本原则中的依赖倒置原则的实践，其中很重要的一个点就是 Ioc 容器的实现。

2. .NET Core 依赖注入的基本用法

在 .NET Core 平台下，有一套自带的轻量级Ioc框架，如果是ASP.NET Core项目，更是在使用主机的时候自动集成了进去，我们在startup类中的ConfigureServices方法中的代码就是往容器中配置依赖注入关系，如果是控制台项目的话，还需要自己去集成。除此之外，.NET 平台下还有一些第三方依赖注入框架，如 Autofac、Unity、Castle Windsor等。

这里先不讨论第三方框架的内容，先简单介绍一下.Net Core平台自带的Ioc框架的使用。

2.1 服务

依赖项注入术语中，服务通常是指向其他对象提供服务的对象，既可以作为其他类的依赖项，也可能依赖于其他服务。服务是Ioc容器管理的对象。

2.2 服务生命周期

使用了依赖注入框架之后，所有我们注入到容器中的类型的创建、销毁工作都由容器来完成，那么容器什么时候创建一个类型实例，什么时候销毁一个类型实例呢？这就涉及到注入服务的生命周期了。根据我们的需要，我们可以向容器中注册服务的时候，对服务的生命周期进行设置。服务的生命周期有以下三种：

(1) 单例 Singleton

注册成单例模式的服务，整个应用程序生命周期以内只创建一个实例。在应用内第一个使用到该服务时创建，在应用程序停止时销毁。

在某些情况下，对于某些特殊的类，我们需要注册成单例模式，这可以减少实例初始化的消耗，还能实现跨 Service 事务的功能。

(2)范围(或者作用域) Scoped

在同一个范围内只初始化一个实例 。在 web 应用中，可以理解为每一个 request 级别只创建一个实例，同一个 http request 会在一个 scope 内。

(3)多例 Tranisent

每一次使用到服务时都会创建一个新的实例，每一次对该依赖的获取都是一个新实例。

2.3 服务注册

在ASP.NET Core这样的web应用框架中，在使用主机的时候就自动集成了依赖注入框架，之后我们可以通过 IServiceCollection 对象来注册依赖注入关系。前面入口文件一篇讲过，.NET 6 之前可以在 Startup 类中的 ConfigureServices 方法中进行注册，该方法传入IServiceCollection参数，.NET 6 之后，可以通过 WebApplicationBuilder 对象的 Services属性进行注册。

服务注册常用的方法如下：

• Add 方法
  
  通过参数 ServiceDescriptor 将服务类型、实现类型、生命周期等信息传入进去，是服务注册最基本的方法。其中 ServiceDescriptor 参数又有多种变形。

  // 最基本的服务注册方法，除此之外还有其他各种变形
  builder.Services.Add(new ServiceDescriptor(typeof(IRabbit), typeof(Rabbit), ServiceLifetime.Transient));
  builder.Services.Add(ServiceDescriptor.Scoped<IRabbit, Rabbit>());
  builder.Services.Add(ServiceDescriptor.Singleton(typeof(IRabbit), (services) => new Rabbit()));
  

• Add{lifetime}扩展方法
  
  基于 Add 方法的扩展方法，包括以下几种，每种都有多个重载：

  // 基于生命周期的扩展方法，以下为实例，正式开发中不可能将一个类型注册为多个生命周期，会抛出异常
  builder.Services.AddTransient<IRabbit, Rabbit>();
  builder.Services.AddTransient(typeof(IRabbit), typeof(Rabbit));
  builder.Services.AddScoped<IRabbit, Rabbit>();
  builder.Services.AddSingleton<IRabbit, Rabbit>();
  

• TryAdd{lifetime}扩展方法
  
  对于 Add{lifetime} 方法的扩展，位于命名空间 Microsoft.Extensions.DependencyInjection.Extensions 下。
  
  与 Add{lifetime} 方法相比，差别在于当使用 Add{lifetime} 方法将同样的服务注册了多次时，在使用 IEnumerable<{Service}> 解析服务时，就会产生多个实例的副本，这可能会导致一些意料之外的 bug，特别是单例生命周期的服务。

  // 同一个服务同一个实现注入多次
  builder.Services.AddSingleton<IRabbit, Rabbit>();
  builder.Services.AddSingleton<IRabbit, Rabbit>();
  
  [ApiController]
  [Route("[controller]")]
  public class InjectTestController : ControllerBase
  {
  	private readonly IEnumerable<IRabbit> _rabbits;
  	public InjectTestController(IEnumerable<IRabbit> rabbits)
  	{
  		_rabbits = rabbits;
  
  	[HttpGet("")]
  	public Task InjectTest()
  	{
  		// 2个IRabbit实例
  		Console.WriteLine(_rabbits.Count());
  		var rabbit1 = _rabbits.First();
  		var rabbit2 = _rabbits.ElementAt(1);
  		// 都是 Rabbit 类型
  		Console.WriteLine(rabbit1 is Rabbit);
  		Console.WriteLine(rabbit2 is Rabbit);
  		// 两个实例不是同一个
  		Console.WriteLine(rabbit1 == rabbit2);
  		return Task.CompletedTask;
  	}
  }
  

  调用接口后，打印输出结果如下：

  

  而使用 TryAdd{lifetime} 方法，当DI容器中已存在指定类型的服务时，则不进行任何操作；反之，则将该服务注入到DI容器中。

  • TryAdd：对于 Add 方法
  • TryAddTransient：对应AddTransient 方法
  • TryAddScoped：对应AddScoped 方法
  • TryAddSingleton：对应AddSingleton 方法

  将服务注册改成以下代码：

  builder.Services.AddTransient<IRabbit, Rabbit>();
  // 由于上面已经注册了服务类型 IRabbit，所以下面的代码不不会执行任何操作（与生命周期无关）
  builder.Services.TryAddTransient<IRabbit, Rabbit>();
  builder.Services.TryAddTransient<IRabbit, Rabbit1>();
  

  在上面的控制器中新增以下方法：

  [HttpGet(nameof(InjectTest1))]
  public Task InjectTest1()
  {
      // 只有1个IRabbit实例
      Console.WriteLine(_rabbits.Count());
      var rabbit1 = _rabbits.First();
      // 都是 Rabbit 类型
      Console.WriteLine(rabbit1 is Rabbit);
      return Task.CompletedTask;
  }
  

  调用接口后，打印输出结果如下：
  
  

• TryAddEnumerable 方法

  与 TryAdd 对应，区别在于TryAdd仅根据服务类型来判断是否要进行注册，而TryAddEnumerable则是根据服务类型和实现类型一同进行判断是否要进行注册，常常用于注册同一服务类型的多个不同实现。

  将服务注册改成以下代码：

  builder.Services.TryAddEnumerable(ServiceDescriptor.Transient<IRabbit, Rabbit>());
  builder.Services.TryAddEnumerable(ServiceDescriptor.Transient<IRabbit, Rabbit1>());
  // 未进行任何操作，因为 IRabbit 服务的 Rabbit实现在上面已经注册了
  builder.Services.TryAddEnumerable(ServiceDescriptor.Transient<IRabbit, Rabbit>());
  

  在上面的控制器新增一个方法：

  [HttpGet(nameof(InjectTest2))]
  public Task InjectTest2()
  {
      // 2个IRabbit实例
      Console.WriteLine(_rabbits.Count());
      var rabbit1 = _rabbits.First();
      var rabbit2 = _rabbits.ElementAt(1);
      // 第一个是 Rabbit 类型，第二个是 Rabbit1类型
      Console.WriteLine(rabbit1 is Rabbit);
      Console.WriteLine(rabbit2 is Rabbit1);
      return Task.CompletedTask;
  }
  

  调用接口后，控制台打印如下：
  
  

• Repalce 与 Remove 方法

  当我们想要从Ioc容器中替换或是移除某些已经注册的服务时，可以使用Replace和Remove。

  // 将容器中注册的IRabbit实现替换为 Rabbit1
  builder.Services.Replace(ServiceDescriptor.Transient<IRabbit, Rabbit1>());
  // 从容器中 IRabbit 注册的实现 Rabbit1
  builder.Services.Remove(ServiceDescriptor.Transient<IRabbit, Rabbit1>());
  // 移除 IRabbit服务的所有注册
  builder.Services.RemoveAll<IRabbit>();
  // 清空容器中的所有服务注册
  builder.Services.Clear();
  

以上是 .NET Core 框架自带的 Ioc 容器的一些基本概念和依赖关系注入的介绍，下一章是注入到容器中的服务使用部分。

参考文章：

ASP.NET Core 依赖注入 | Microsoft Learn

理解ASP.NET Core - 依赖注入(Dependency Injection)

ASP.NET Core 系列：

目录：ASP.NET Core 系列总结

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