解读ASP.NET 5 & MVC6系列教程(7):依赖注入

在前面的章节(Middleware章节)中,我们提到了依赖注入功能(Dependency Injection),ASP.NET 5正式将依赖注入进行了全功能的实现,以便开发人员能够开发更具弹性的组件程序,MVC6也利用了依赖注入的功能重新对Controller和View的服务注入功能进行了重新设计;未来的依赖注入功能还可能提供更多的API,所有如果还没有开始接触依赖注入的话,就得好好学一下了。

在之前版本的依赖注入功能里,依赖注入的入口有MVC中的IControllerFactory和Web API中的IHttpControllerActivator中,在新版ASP.NET5中,依赖注入变成了最底层的基础支撑,MVC、Routing、SignalR、Entity Framrwork等都依赖于依赖注入的IServiceProvider接口,针对该接口微软给出了默认的实现ServiceProvider,以及Ninject和AutoFac版本的包装,当然你也可以使用其它第三方的依赖注入容器,如Castle Windsor等;一旦应用了第三方容器,所有的依赖解析都会被路由到该第三方容器上。

针对通用的依赖类型的解析与创建,微软默认定义了4种类别的生命周期,分别如下:

类型 描述
Instance 任何时间都只能使用特定的实例对象,开发人员需要负责该对象的初始化工作。
Transient 每次都重新创建一个实例。
Singleton 创建一个单例,以后每次调用的时候都返回该单例对象。
Scoped 在当前作用域内,不管调用多少次,都是一个实例,换了作用域就会再次创建实例,类似于特定作用内的单例。

类型注册与示例

依赖注入类型的注册一般是在程序启动的入口中,如Startup.cs中的ConfigureServices中,该类的主要目的就是注册依赖注入的类型。由于依赖注入的主要体现是接口编程,所以本例中,我以接口和实现类的方式来举例。

首先声明一个接口ITodoRepository和实现类TodoRepository1,代码如下:

public interface ITodoRepository
{
 IEnumerable<TodoItem> AllItems { get; }
 void Add(TodoItem item);
 TodoItem GetById(int id);
 bool TryDelete(int id);
}

public class TodoItem
{
 public int Id { get; set; }
 public string Name { get; set; }
}

public class TodoRepository : ITodoRepository
{
 readonly List<TodoItem> _items = new List<TodoItem>();

 public IEnumerable<TodoItem> AllItems
 {
 get { return _items; }
 }

 public TodoItem GetById(int id)
 {
 return _items.FirstOrDefault(x => x.Id == id);
 }

 public void Add(TodoItem item)
 {
 item.Id = 1 + _items.Max(x => (int?)x.Id) ?? 0;
 _items.Add(item);
 }

 public bool TryDelete(int id)
 {
 var item = GetById(id);

 if (item == null) { return false; }

 _items.Remove(item);

 return true;
 }
}

为了演示不同的声明周期类型,建议多实现几个类,比如TodoRepository2、TodoRepository3、TodoRepository4等,以便进行演示。

然后在ConfigureServices方法内注册接口ITodoRepository类型和对应的实现类,本例中根据不同的生命周期注册了不同的实现类,具体示例如下:

//注册单例模式,整个应用程序周期内ITodoRepository接口的示例都是TodoRepository1的一个单例实例
services.AddSingleton<ITodoRepository, TodoRepository1>();
services.AddSingleton(typeof(ITodoRepository), typeof(TodoRepository1)); // 等价形式

//注册特定实例模型,整个应用程序周期内ITodoRepository接口的示例都是固定初始化好的一个单例实例

TodoRepository2
services.AddInstance<ITodoRepository>(new TodoRepository2());
services.AddInstance(typeof(ITodoRepository), new TodoRepository2()); // 等价形式

//注册作用域型的类型,在特定作用域内ITodoRepository的示例是TodoRepository3
services.AddScoped<ITodoRepository, TodoRepository3>();
services.AddScoped(typeof(ITodoRepository), typeof(TodoRepository3));// 等价形式

//获取该ITodoRepository实例时,每次都要实例化一次TodoRepository4类
services.AddTransient<ITodoRepository, TodoRepository4>();
services.AddTransient(typeof(ITodoRepository), typeof(TodoRepository));// 等价形式

//如果要注入的类没有接口,那你可以直接注入自身类型,比如:
services.AddTransient<LoggingHelper>();

依赖注入的在MVC中的使用方式目前有三种,分别是Controller的构造函数、属性以及View中的Inject形式。其中构造函数注入和之前的MVC中的是一样的,示例代码如下:

public class TodoController : Controller
{
 private readonly ITodoRepository _repository;

 /// 依赖注入框架会自动找到ITodoRepository实现类的示例,赋值给该构造函数
 public TodoController(ITodoRepository repository)
 {
 _repository = repository;
 }

 [HttpGet]
 public IEnumerable<TodoItem> GetAll()
 {
 return _repository.AllItems; //这里就可以使用该对象了
 }
}

属性注入,则是通过在属性上加一个[FromServices]属性即可实现自动获取实例。

public class TodoController : Controller
{
 // 依赖注入框架会自动找到ITodoRepository实现类的示例,赋值给该属性
 [FromServices]
 public ITodoRepository Repository { get; set; }

 [HttpGet]
 public IEnumerable<TodoItem> GetAll()
 {
 return Repository.AllItems;
 }
}

注意:这种方式,目前只适用于Controller以及子类,不适用于普通类
同时:通过这种方式,你可以获取到更多的系统实例对象,如ActionContextHttpContextHttpRequestHttpResponseViewDataDictionary、以及ActionBindingContext

在视图中,则可以通过@inject关键字来实现注入类型的实例提取,示例如下:

@using WebApplication1
@inject ITodoRepository repository
<div>
 @repository.AllItems.Count()
</div>

而最一般的使用方式,则是获取IServiceProvider的实例,获取该IServiceProvider实例的方式目前有如下几种(但范围不同):

var provider1 = this.Request.HttpContext.ApplicationServices; 当前应用程序里注册的Service
var provider2 = Context.RequestServices; // Controller中,当前请求作用域内注册的Service
var provider3 = Resolver; //Controller中

然后通过GetService和GetRequiredService方法来获取指定类型的实例,示例如下:

var _repository1 = provider1.GetService(typeof(ITodoRepository));
var _repository2 = provider1.GetService<LoggingHelper>();//等价形式
//上述2个对象可能为空

var _repository3 = provider1.GetRequiredService(typeof(ITodoRepository));
var _repository4 = provider1.GetRequiredService<LoggingHelper>();//等价形式
//上述2个对象肯定不为空,因为如果为空的话,会自动抛异常出来

普通类的依赖注入

在新版的ASP.NET5中,不仅支持上面我们所说的接口类的依赖注入,还支持普通的类型的依赖注入,比如我们生命一个普通类,示例如下:

public class AppSettings
{
 public string SiteTitle { get; set; }
}

上述普通类要保证有无参数构造函数,那么注册的用法,就应该像如下这样:

services.Configure<AppSettings>(app =>
{
 app.SiteTitle = "111";
});

使用的时候,则需要获取IOptions<AppSettings>类型的实例,然后其Options属性即是AppSettings的实例,代码如下:

var appSettings = app.ApplicationServices.GetRequiredService<IOptions<AppSettings>>().Options;

当然,我们也可以在视图中,使用@inject语法来获取实例,示例代码如下:

@inject IOptions<AppSettings> AppSettings

<title>@AppSettings.Options.SiteTitle</title>

基于Scope生命周期的依赖注入

普通的Scope依赖注入

基于Scope作用域的实例在创建的时候需要先创建作用域,然后在该作用域内再获取特定的实例,我们看看一个示例并对其进行验证。首先,注册依赖注入类型,代码如下:

services.AddScoped<ITodoRepository, TodoRepository>();

然后创建作用域,并在该作用域内获取实例:

var serviceProvider = Resolver;

var scopeFactory = serviceProvider.GetService<IServiceScopeFactory>(); //获取Scope工厂类
using (var scope = scopeFactory.CreateScope()) // 创建一个Scope作用域
{
 var containerScopedService = serviceProvider.GetService<ITodoRepository>(); //获取普通的实例
 var scopedService1 = scope.ServiceProvider.GetService<ITodoRepository>(); //获取当前Scope的实例
 Thread.Sleep(200);
 var scopedService2 = scope.ServiceProvider.GetService<ITodoRepository>(); //获取当前Scope的实例

 Console.WriteLine(containerScopedService == scopedService1); // 输出:False
 Console.WriteLine(scopedService1 == scopedService2); //输出:True
}

另外,Scope也可以进行嵌套,嵌套的内外作用域所获取的实例也是不相同的,实例代码如下:

var serviceProvider = Resolver;

var outerScopeFactory = serviceProvider.GetService<IServiceScopeFactory>();
using (var outerScope = outerScopeFactory.CreateScope()) //外部Scope作用域
{
 var innerScopeFactory = outerScope.ServiceProvider.GetService<IServiceScopeFactory>();
 using (var innerScope = innerScopeFactory.CreateScope()) //内部Scope作用域
 {
 var outerScopedService = outerScope.ServiceProvider.GetService<ITodoRepository>();
 var innerScopedService = innerScope.ServiceProvider.GetService<ITodoRepository>();

 Console.WriteLine(outerScopedService == innerScopedService); // 输出:False
 }
}

基于HTTP请求的Scope依赖注入

在之前很多流行的DI容器中,针对每个请求,在该请求作用域内保留一个单实例对象是很流行的,也就是在每次请求期间一个类型的对象实例只会创建一次,这样可以大大提高性能。

在ASP.NET5中,基于HTTP请求的Scope依赖注入是通过一个ContainerMiddleware来实现的,调用该Middleware时,会创建一个限定作用域的DI容器,用于替换当前请求中已有的默认DI容器。在该管线中,所有后续的Middleware都会使用这个新的DI容器,在请求走完整个Pipeline管线以后,该ContainerMiddleware的作用就结束了,此时作用域会被销毁,并且在该作用域内创建的实例对象也都会销毁释放。

ContainerMiddleware的时序图如下所示:

具体的使用方式如下:

app.Use(new Func<RequestDelegate, RequestDelegate>(nextApp => new ContainerMiddleware(nextApp, app.ApplicationServices).Invoke));

普通类的依赖注入处理

目前普通类的依赖注入,只支持构造函数,比如我们定于一个TestService类,代码如下:

public class TestService
{
 private ITodoRepository _repository;
 public TestService(ITodoRepository r)
 {
 _repository = r;
 }

 public void Show()
 {
 Console.WriteLine(_repository.AllItems);
 }
}

通过在构造函数里传入ITodoRepository类的参数来使用该实例,使用的时候需要先将该类注册到DI容器中,代码如下:

services.AddScoped<ITodoRepository, TodoRepository>();
services.AddSingleton<TestService>();

然后调用如下语句即可使用:

var service = serviceProvider.GetRequiredService<TestService>();

另外,需要注意,在目前的情况下,不能使用[FromServices]来使用依赖注入功能,比如,如下代码在获取TestService2实例的过程中会出现错误:

public class TestService2
{
 [FromServices]
 public ITodoRepository Repository { get; set; }
 public void Show()
 {
 Console.WriteLine(Repository.AllItems);
 }
}

普通类中获取HttpContext实例

在MVC6中,我们没办法通过HttpContent.Current来获取上下文对象了,所以在普通类中使用的时候就会出问题,要想在普通类中使用该上下文对象,需要通过依赖注入来获取HttpContext实例,微软在ASP.NET5中,提供了IHttpContextAccessor接口用于获取该上下文对象。也就是说,我们可以将该类型的参数放在构造函数中,以获取上下文实例,代码如下:

public class TestService3
{
 private IHttpContextAccessor _httpContextAccessor;
 public TestService3(IHttpContextAccessor httpContextAccessor)
 {
 _httpContextAccessor = httpContextAccessor;
 }

 public void Show()
 {
 var httpContext = _httpContextAccessor.HttpContext;//获取上下文对象实例
 Console.WriteLine(httpContext.Request.Host.Value);
 }
}

而使用的时候,则直接通过如下语句就可以了,代码如下:

var service = serviceProvider.GetRequiredService<TestService3>();
service.Show();

提示:普通类的构造函数中,可以传入多个DI容器支持的数据类似作为参数。

使用第三方DI容器

目前,.NETCore不支持,只能在全功能版的.NET framework上才能使用,所以使用的时候需要注意一下。第三方DI容器的替换通常是在Startup.cs的Configure方法中进行的,在方法的开始处进行替换,以便后续的Middleware会使用相关的依赖注入功能。

首先要引入第三方的容器,以Autofac为例,引入Microsoft.Framework.DependencyInjection.Autofac,然后加入如下示例中的替换代码即可:

app.UseServices(services =>
{
 services.AddMvc();// AddMvc要在这里注册
 var builder = new ContainerBuilder();// 构造容器构建类
 builder.Populate(services);//将现有的Services路由到Autofac的管理集合中
 IContainer container = builder.Build();
 return container.Resolve<IServiceProvider>();//返回AutoFac实现的IServiceProvider
});

注意,使用上述方法的时候,要把Mvc的注册代码services.AddMvc();必须要从ConfigureServices中挪到该表达式内,否则会报异常,等待微软解决。

另外,还有一个方式,微软目前的实例项目中还没有公开,通过分析一些代码,我们可以发现,在Microsoft.AspNet.Hosting程序中的StartupLoader.cs负责程序入口点的执行,在该文件中,我们知道首先是调用Startup.cs中的ConfigureServices方法,然后再调用Configure方法;我们可以看到示例中的ConfigureServices的返回值是void类型的,但在源码分析中发现,在根据约定解析ConfigureServices方法的时候,其首先判断有没有返回类型是IServiceProvider的,如果有则执行该方法,用使用该返回中返回的新IServiceProvider实例;没有的话,再继续查找void类型的ConfigureServices方法。所以,我们可以通过这种方式,来替换第三方的DI容器,实例代码如下:

// 需要先删除void类型的ConfigureServices方法
public IServiceProvider ConfigureServices(IServiceCollection services)
{
 var builder = new ContainerBuilder(); // 构造容器构建类
 builder.Populate(services); //将现有的Services路由到Autofac的管理集合中
 IContainer container = builder.Build();
 return container.Resolve<IServiceProvider>(); //返回AutoFac实现的IServiceProvider
}

这样,你就可以像以往一样,使用Autofac的方式进行依赖类型的管理了,示例如下:

public class AutofacModule : Module
{
 protected override void Load(ContainerBuilder builder)
 {
 builder.Register(c => new Logger())
  .As<ILogger>()
  .InstancePerLifetimeScope();

 builder.Register(c => new ValuesService(c.Resolve<ILogger>()))
  .As<IValuesService>()
  .InstancePerLifetimeScope();
 }
}

地址:https://github.com/aspnet/Hosting/blob/dev/src/Microsoft.AspNet.Hosting/Startup/StartupLoader.cs
另外一个关于Autofac集成的案例:http://alexmg.com/autofac-4-0-alpha-1-for-asp-net-5-0-beta-3/

最佳实践

在使用依赖注入的的时候,我们应该遵守如下最佳实践。

做任何事情之前,务必在程序入口点提前注册所有的依赖类型。避免直接使用IServiceProvider接口,相反,在构造函数里显式添加需要依赖的类型即可,让依赖注入引擎自己来解析实例,一旦依赖很难管理的话,就使用抽象工厂。基于接口进行编程,而不是基于实现进行编程。

参考1:http://social.technet.microsoft.com/wiki/contents/articles/28875.dependency-injection-in-asp-net-vnext.aspx
参考2:http://blogs.msdn.com/b/webdev/archive/2014/06/17/dependency-injection-in-asp-net-vnext.aspx

时间: 2016-06-23

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