ASP.NET Core依赖注入——依赖注入最佳实践

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在这篇文章中，我们将深入研究.NET Core和ASP.NET Core MVC中的依赖注入，将介绍几乎所有可能的选项，依赖注入是ASP.Net Core的核心，我将分享在ASP.Net Core应用中使用依赖注入的一些经验和建议，并且将会讨论这些原则背后的动机是什么：

（1）有效地设计服务及其依赖关系。

（2）防止多线程问题。

（3）防止内存泄漏。

（4）防止潜在的错误。

在讨论该话题之前，了解什么是服务是生命周期至关重要，当组件通过依赖注入请求另一个组件时，它接收的实例是否对该组件实例是唯一的取决于生命周期。 因此，设置生存期决定了组件实例化的次数以及组件是否共享。

一、服务的生命周期
在ASP.Net Core 依赖注入有三种：

Transient ：每次请求时都会创建，并且永远不会被共享。
Scoped ： 在同一个Scope内只初始化一个实例 ，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）
Singleton ：只会创建一个实例。该实例在需要它的所有组件之间共享。因此总是使用相同的实例。
DI容器跟踪所有已解析的组件， 组件在其生命周期结束时被释放和处理：

如果组件具有依赖关系，则它们也会自动释放和处理。
如果组件实现IDisposable接口，则在组件释放时自动调用Dispose方法。
重要的是要理解，如果将组件A注册为单例，则它不能依赖于使用Scoped或Transient生命周期注册的组件。更一般地说：

服务不能依赖于生命周期小于其自身的服务。

通常你希望将应用范围的配置注册为单例，数据库访问类，比如Entity Framework上下文被推荐以Scoped方式注入，以便可以重用连接。如果要并行运行的话，请记住Entity Framework上下文不能由两个线程共享，如果需要，最好将上下文注册为Transient，然后每个服务都获得自己的上下文实例，并且可以并行运行。

建议的做法：

尽可能将您的服务注册为瞬态服务。 因为设计瞬态服务很简单。 您通常不用关心多线程和内存泄漏，并且您知道该服务的寿命很短。
1、请谨慎使用Scoped，因为如果您创建子服务作用域或从非Web应用程序使用这些服务，则可能会非常棘手。
2、谨慎使用singleton ，因为您需要处理多线程和潜在的内存泄漏问题。
3、在singleton 服务中不要依赖transient 或者scoped 服务，因为如果当一个singleton 服务注入transient服务，这个 transient服务就会变成一个singleton服务，并且如果transient服务不是为支持这种情况而设计的，则可能导致问题。 在这种情况下，ASP.NET Core的默认DI容器已经抛出异常。

二、注册服务：
注册服务是ConfigureServices(IServiceCollection)在您Startup班级的方法中完成的。

以下是服务注册的示例：

services.Add(new ServiceDescriptor(typeof(IDataService), typeof(DataService), ServiceLifetime.Transient));
该行代码添加DataService到服务集合中。服务类型设置为IDataService如此，如果请求该类型的实例，则它们将获得实例DataService。生命周期也设置为Transient，因此每次都会创建一个新实例。

ASP.NET Core提供了各种扩展方法，方便服务的注册，一下是最常用的方式，也是比较推荐的做法：

services.AddTransient<IDataService, DataService>();

简单吧，对于不同的生命周期，有类似的扩展方法，你可以猜测它们的名称。如果需要，你还可以注册单一类型（实现类型=服务类型）

services.AddTransient();
services.AddTransient<DataService, DataService>();

在某些特殊情况下，您可能希望接管某些服务的实例化过程。在这种情况下，您可以使用下面的方法。例子：

services.AddTransient<IDataService, DataService>((ctx) =>
{
IOtherService svc = ctx.GetService();
//IOtherService svc = ctx.GetRequiredService();
return new DataService(svc);
});
单例组件的注入，可以这样做：

services.AddSingleton(new DataService());

有一个非常有意思的场景，DataService 实现两个接口，如果我们这样做：

验证结果：

我们将会得到两个实例，如果我们想共享一个实例，可以这样做：

验证结果：

如果组件具有依赖项，则可以从服务集合构建服务提供程序并从中获取必要的依赖项：

复制代码
IServiceProvider provider = services.BuildServiceProvider();

IOtherService otherService = provider.GetRequiredService();

var dataService = new DataService(otherService);
services.AddSingleton(dataService);
services.AddSingleton(dataService);
复制代码

但我们一般不会这样使用，也不建议这样使用。

现在我们已经注册了我们的组件，我们可以转向实际使用它们，如下：

构造函数注入
构造函数注入用于在服务构造上声明和获取服务的依赖关系。 例如：

复制代码
public class ProductService
{
private readonly IProductRepository _productRepository;
public ProductService(IProductRepository productRepository)
{
_productRepository = productRepository;
}
public void Delete(int id)
{
_productRepository.Delete(id);
}
}
复制代码
ProductService在其构造函数中将IProductRepository注入为依赖项，然后在Delete方法中使用它。

建议的做法：

在构造函数中显示定义所需的依赖项。
将注入的依赖项分配给只读【readonly】字段/属性（防止在方法内意外地为其分配另外一个值），如果你的项目接入到sonar就会知道这是一个代码规范。

服务定位器
服务定位器是另外一种获取依赖项的模式，例如：

复制代码
public class ProductService
{
private readonly IProductRepository _productRepository;
private readonly ILogger _logger;
public ProductService(IServiceProvider serviceProvider)
{
_productRepository = serviceProvider
.GetRequiredService();
_logger = serviceProvider
.GetService<ILogger>() ??
NullLogger.Instance;
}
public void Delete(int id)
{
_productRepository.Delete(id);
_logger.LogInformation($"Deleted a product with id = {id}");
}
}
复制代码

ProductService 注入了IServiceProvider ，并且使用它获取依赖项。如果你在使用某个依赖项之前没有注入，GetRequiredService 方法将会抛异常，相反GetService 会返回null。

解析构造函数中的服务时，将在释放服务时释放它们，所以，你不用关心释放/处理在构造函数中解析的服务（就像构造函数和属性注入一样）。

建议的做法：

（1）尽可能不使用服务定位器模式，因为该模式存在隐含的依赖关系，这意味着在创建服务实例时无法轻松查看依赖关系，但是该模式对单元测试尤为重要。

（2）如果可能，解析服务构造函数中的依赖项。 解析服务方法会使您的应用程序更加复杂且容易出错。 我将在下一节中介绍问题和解决方案。

再看一个综合的例子：

复制代码
public class LoggingMiddleware
{
private readonly RequestDelegate _next;

public LoggingMiddleware(RequestDelegate next)
{
    _next = next;
}

public async Task Invoke(HttpContext ctx)
{
    Debug.WriteLine("Request starting");
    await _next(ctx);
    Debug.WriteLine("Request complete");
}

}
复制代码
在中间件中注入组件有三种不同的方法：

1、构造函数

2、调用参数

3、HttpContext.RequestServices

让我们看看这三种方式注入的使用：

复制代码
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Diagnostics;
using System.Linq;
using System.Threading.Tasks;
using Microsoft.AspNetCore.Builder;
using Microsoft.AspNetCore.Http;
using Microsoft.Extensions.DependencyInjection;

namespace WebAppPerformance
{
// You may need to install the Microsoft.AspNetCore.Http.Abstractions package into your project
public class LoggingMiddleware
{
private readonly RequestDelegate _next;
private readonly IDataService _svc;

    public LoggingMiddleware(RequestDelegate next, IDataService svc)
    {
        _next = next;
        _svc = svc;
    }

    public async Task Invoke(HttpContext httpContext, IDataService svc2)
    {
        IDataService svc3 = httpContext.RequestServices.GetService<IDataService>();

        Debug.WriteLine("Request starting");
        await _next(httpContext);
        Debug.WriteLine("Request complete");
    }
}

// Extension method used to add the middleware to the HTTP request pipeline.
public static class LoggingMiddlewareExtensions
{
    public static IApplicationBuilder UseLoggingMiddleware(this IApplicationBuilder builder)
    {
        return builder.UseMiddleware<LoggingMiddleware>();
    }
}

}
复制代码

中间件在应用程序生命周期中仅实例化一次，因此通过构造函数注入的组件对于所有通过的请求都是相同的。如果IDataService被注册为singleton，我们会在所有这些实例中获得相同的实例。

如果被注册为scoped，svc2并且svc3将是同一个实例，但不同的请求会获得不同的实例；如果在Transient 的情况下，它们都是不同的实例。

注意：我会尽量避免使用RequestServices，只有在中间件中才使用它。

MVC过滤器中注入:

但是，我们不能像往常一样在控制器上添加属性，因为它必须在运行时获得依赖关系。

我们有两个选项可以在控制器或action级别添加它：

复制代码
[TypeFilter(typeof(TestActionFilter))]
public class HomeController : Controller
{
}
// or
[ServiceFilter(typeof(TestActionFilter))]
public class HomeController : Controller
{
}
复制代码

关键的区别在于，TypeFilterAttribute将确定过滤器依赖性是什么，通过DI获取它们，并创建过滤器。ServiceFilterAttribute试图从服务集合中找到过滤器！

为了[ServiceFilter(typeof(TestActionFilter))]工作，我们需要更多配置：

public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
{
services.AddTransient();
}
现在ServiceFilterAttribute可以找到过滤器了。

如果要全局添加过滤器：

复制代码
public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
{
services.AddMvc(mvc =>
{
mvc.Filters.Add(typeof(TestActionFilter));
});
}
复制代码
这次不需要将过滤器添加到服务集合中，就像TypeFilterAttribute在每个控制器上添加了一个过滤器一样。

在方法体内解析服务

在某些情况下，您可能需要在方法中解析其他服务。在这种情况下，请确保在使用后释放服务。确保这一点的最佳方法是创建scoped服务，例如：

复制代码
public class PriceCalculator
{
private readonly IServiceProvider _serviceProvider;
public PriceCalculator(IServiceProvider serviceProvider)
{
_serviceProvider = serviceProvider;
}
public float Calculate(Product product, int count,
Type taxStrategyServiceType)
{
using (var scope = _serviceProvider.CreateScope())
{
var taxStrategy = (ITaxStrategy)scope.ServiceProvider
.GetRequiredService(taxStrategyServiceType);
var price = product.Price * count;
return price + taxStrategy.CalculateTax(price);
}
}
}
复制代码

PriceCalculator 在其构造函数中注入IServiceProvider并将其分配给字段。然后，PriceCalculator在Calculate方法中使用它来创建子组件范围。它使用scope.ServiceProvider来解析服务，而不是注入的_serviceProvider实例。因此，从范围中解析的所有服务都将在using语句的末尾自动释放/处理。

建议的做法：

如果要在方法体中解析服务，请始终创建子服务范围以确保正确释放已解析的服务。
如果一个方法把IServiceProvider 作为参数，那么可以直接从中解析出服务，不用关心服务的释放/销毁。创建/管理服务的scoped是调用你方法的代码的责任，所以遵循该原则能是你的代码更简洁。
不要引用已经解析的服务，否则会导致内存泄漏，并且当你后面使用了对象的引用时，将很有机会访问到已经销毁的服务（除非被解析的服务是一个单例）

单例服务

单例服务通常用来保存应用程序的状态，缓存是应用程序状态的一个很好的例子，例如：

复制代码
public class FileService
{
private readonly ConcurrentDictionary <string，byte []> cache;
public FileService（）
{
cache = new ConcurrentDictionary <string，byte []>（）;
}
public byte [] GetFileContent（string filePath）
{
return cache.GetOrAdd（filePath， =>
{
return File.ReadAllBytes（filePath）;
}）;
}
}
复制代码

FileService只是缓存文件内容以减少磁盘读取。此服务应注册为singleton。否则，缓存将无法按预期工作。

建议的做法：

如果服务保持状态，则应以线程安全的方式访问该状态。因为所有请求同时使用相同的服务实例，所以我使用ConcurrentDictionary而不是Dictionary来确保线程安全。
不要在单例服务中使用scoped和transient 服务，因为transient 服务可能不是线程安全的，如果必须使用它们，那么在使用这些服务时请注意多线程。
内存泄漏通常是单例服务导致的，因为它们将驻留在内存中，直到应用程序结束。所以请确保在合适的时间释放它们，可以参考在方法体内解析服务部分。
如果缓存数据（本示例中的文件内容），则应创建一种机制，以便在原始数据源更改时更新/使缓存的数据无效（当此示例中磁盘上的缓存文件发生更改时）。

域服务
Scoped生命周期首先似乎是存储每个Web请求数据的良好候选者。 因为ASP.NET Core会为每个Web请求创建一个服务范围【同一个http请求会在同一个域内】。 因此，如果您将服务注册为Scoped，则可以在Web请求期间共享该服务。 例：

复制代码
public class RequestItemsService
{
private readonly Dictionary<string, object> _items;
public RequestItemsService()
{
_items = new Dictionary<string, object>();
}
public void Set(string name, object value)
{
_items[name] = value;
}
public object Get(string name)
{
return _items[name];
}
}
复制代码

如果你以scoped注入RequestItemsService 并将其注入到两个不同的服务中去，那么你可以从另外一个服务中获取添加的项，因为它们将共享相同的RequestItemsService实例，这也是我们所期望看到的。但是事实并不是我们想象的那样。如果你创建一个子域，并从子域中获取RequestItemsService ，那么你将会获取一个新的RequestItemsService 实例，并且这个新的实例并不会像你期望的那样工作。所以，scoped服务并不总是表示每个Web请求的实例。你可能认为自己不会出现这样的错误，但是，你并不能保证别人不会创建子域，并从中解析服务。

建议的做法：

一个scoped服务可以被认为是一个Web请求中太多服务被注入的优化。因此在相同的web请求期间，所有这些服务将会使用一个实例。
scoped服务不需要设计为线程安全的，因为，它们通常应有单个web请求/线程使用。但是！你不应该在不同的线程之间共享scope服务！
如果您设计scoped服务以在Web请求中的其他服务之间共享数据，请务必小心！！！您可以将每个Web请求数据存储在HttpContext中（注入IHttpContextAccessor以访问它），这是更安全的方式。HttpContext的生命周期不是作用域。实际上，它根本没有注册到DI（这就是为什么你不注入它，而是注入IHttpContextAccessor）。HttpContextAccessor实现使用AsyncLocal在Web请求期间共享相同的HttpContext。

三、总结：
依赖注入起初看起来很简单，但是如果你不遵循一些严格的原则，就会存在潜在的多线程和内存泄漏问题。如果有理解和翻译不对的地方，还请指出来。到底服务以哪种方式注册，还是要看具体的场景和业务需求，上面是一些建议，能遵守上面的建议，会避免一些不必要的问题。可能有些地方理解的还不是很深刻，只要在编码时有这种意识就非常好了，这也是我写这篇博客的原因。好了，就聊到这里，后面还会探讨ASP.Net Core MVC配置相关的源码，依赖注入是.Net Core中的核心，如果对依赖注入基础知识还不太明白的话，可以参考老A和腾飞两位

ASP.NET Core依赖注入——依赖注入最佳实践

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