什么是依赖注入（DI）和DI容器？

Microsoft依赖项注入容器只是一组类，它们组合到一个代码库中，这个库会自动创建并管理程序中需要的对象。

我们先看下面的代码：

public class ClassA
{
    public void DoWork() 
    {
        var b = new ClassB();
        b.DoStuff();
    }
}
 
public class ClassB
{
    public void DoStuff()
    {
        // ...
    }
}

ClassA直接依赖ClassB，并且在它的DoWork方法中，new了一个ClassB，然后调用了ClassB的DoStuff方法。

我们改写一下代码看看：

public class ClassA
{
    private readonly ClassB _dependency;
 
    public ClassA(ClassB classB) => _dependency = classB;
 
    public void DoWork() => _dependency.DoStuff();
}
 
public class ClassB : IThing
{
    public void DoStuff()
    {
        // ...
    }
}

首先，我加了一个构造函数，并且指定了ClassA依赖的类型，调用构造函数时，必须提供ClassB的实例, 在ClassA的内部，我们不会去new一个ClassB，ClassB完全是由外部传入的，这里就是控制反转（IoC）。

进一步改进代码：

public interface IThing
{
    public void DoStuff();
}
 
public class ClassA
{
    private readonly IThing _dependency;
 
    public ClassA(IThing thing) => _dependency = thing;
 
    public void DoWork() => _dependency.DoStuff();
}
 
public class ClassB : IThing
{
    public void DoStuff()
    {
        // ...
    }
}

加了一个接口IThing，现在，我们已经应用了SOLID的依赖倒置原则，我们不再依赖具体的实现，相反，我们依赖于IThing抽象，在构造函数中，只需要传入IThing的实现就好了。

然后在我们的代码中，可以这样用：

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        IThing thing = new ClassB();
        ClassA classA = new ClassA(thing);
        classA.DoWork();
    }
}

我们手动new了一个ClassB，它实现了IThing接口，然后创建ClassA的时候，直接把thing传入构造函数中。

上面的代码演示，我们只处理了ClassA和ClassB的依赖注入关系，但是在实际中呢，我们代码中有很多类型，然后有各种各样的依赖关系。

这个时候我们就需要一个DI容器，我们对容器进行配置，让它知道什么类型，然后负责自动创建并管理对象（通常称为服务）。

注册服务

通常， Microsoft DI 容器需要在Startup类中配置，在这里，您可以使用ConfigureServices方法向容器注册服务，在应用程序托管生命周期的早期，将调用ConfigureServices方法，它有一个参数IServiceCollection，这个参数在初始化应用程序时传入。

public class Startup
{
    public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
    {
        // 注册服务
    }
 
    public void Configure(IApplicationBuilder app, IWebHostEnvironment env)
    {
    }
}

为了尽可能简单，我们也可以在控制台中使用 Microsoft DependencyInjection。

创建控制台程序后，我们首先在项目中引入Microsoft.Extensions.DependencyInjection

<Project Sdk="Microsoft.NET.Sdk">
  <PropertyGroup>
    <OutputType>Exe</OutputType>
    <TargetFramework>net5.0</TargetFramework>
  </PropertyGroup>
  <ItemGroup>
    <PackageReference Include="Microsoft.Extensions.DependencyInjection" Version="5.0.1" />
  </ItemGroup>

</Project>

现在我们开始注册我们的服务，但是我们需要一个IServiceCollection，让我们看一下IServiceCollection的定义。

public interface IServiceCollection : IList<ServiceDescriptor>
{
}

IServiceCollection没有定义其任何成员，而是从IList<ServiceDescriptor>派生。

在Microsoft.Extensions.DepenencyInjection程序包里面，它有一个默认的实现：ServiceCollection。

public class ServiceCollection : IServiceCollection
{
    private readonly List<ServiceDescriptor> _descriptors = new List<ServiceDescriptor>();
     
    public int Count => _descriptors.Count;
     
    public bool IsReadOnly => false;
     
    public ServiceDescriptor this[int index]
    {
        get
        {
            return _descriptors[index];
        }
        set
        {
            _descriptors[index] = value;
        }
    }
     
    // ...
}

它有一个私有的List集合：_descriptors,里面是ServiceDescriptor。

让我们从创建一个ServiceCollection，然后注册两个服务。

static void Main(string[] args)
{
    var serviceCollection = new ServiceCollection();
 
    serviceCollection.AddSingleton<ClassA>();
    serviceCollection.AddSingleton<IThing, ClassB>();
 
    Console.WriteLine("Done");
}

在前面的代码中，我们已经使用AddSingleton方法注册了两个服务，这不是IServiceCollection接口定义的方法，也不在ServiceCollection上，这是IServiceCollection的扩展方法，这个方法在ServiceCollectionServiceExtensions的扩展类中，接下来，我会介绍这个方法是如何注册服务的，不过这之前，我们首先回顾下服务生命周期的概念。

服务生命周期

在Microsoft依赖项注入框架中，我们可以使用三种生命周期注册服务，分别是单例（Singleton）、瞬时（Transient）、作用域（Scoped），在上面的代码中，我使用了AddSingleton()来注册服务。

使用Singleton服务的优点是我们不会创建多个服务实例，只会创建一个实例，保存到DI容器中，直到程序退出，这不仅效率高，而且性能高，但是有一个要注意的点，如果在多线程中使用了Singleton，要考虑线程安全的问题，保证它不会有冲突。

瞬时（Transient）和单例（Singleton）模式是相反的，每次使用时，DI容器都是创建一个新的实例。

作用域（Scoped），在一个作用域内，会使用同一个实例，像EF Core的DbContext上下文就被注册为作用域服务。

我们注册服务时会发生什么？

在上面的代码中，我已经注册了两个单例服务。

serviceCollection.AddSingleton<ClassA>();
serviceCollection.AddSingleton<IThing, ClassB>();

这是最终的AddSingleton方法：

public static IServiceCollection AddSingleton(
    this IServiceCollection services,
    Type serviceType,
    Type implementationType)
{
    if (services == null)
    {
        throw new ArgumentNullException(nameof(services));
    }
    if (serviceType == null)
    {
        throw new ArgumentNullException(nameof(serviceType));
    }
    if (implementationType == null)
    {
        throw new ArgumentNullException(nameof(implementationType));
    }
    return Add(services, serviceType, implementationType, ServiceLifetime.Singleton);
}

我们可以看到AddSingleton方法调用了私有的Add方法，并且传入了一个生命周期的枚举值ServiceLifetime.Singleton。

让我们看一下Add方法的工作原理：

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

它创建一个新的ServiceDescriptor实例，传入服务类型，实现类型（可能与服务类型相同）和生命周期，然后调用Add方法添加到列表中。

之前，我们了解到IServiceCollection本质上是包装了List <ServiceDescriptor>，ServiceDescriptor类很简单，代表一个注册的服务，包括其服务类型，实现类型和生命周期。

实例注册

我们也可以手动new一个实例，然后传入到AddSingleton()方法中：

var myInstance = new ClassB();
serviceCollection.AddSingleton<IThing>(myInstance);

使用 ServiceDescriptor

我们还可以手动定义一个ServiceDescriptor，然后直接添加到IServiceCollection中。

var descriptor = new ServiceDescriptor(typeof(IThing), typeof(ClassB), ServiceLifetime.Singleton);
serviceCollection.Add(descriptor);

总结

在本文中，介绍了.NET中的DI的一些核心知识，可以直接创建ServiceCollection来使用Microsoft DI框架，了解了IServiceCollection上的AddSingleton扩展方法是如何工作，以及它们最终创建了一个ServiceDescriptor，然后添加到一个ServiceCollection包装的List集合中。