在.net core中实现字段和属性注入的示例代码

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我是靠谱客的博主传统蜡烛，最近开发中收集的这篇文章主要介绍在.net core中实现字段和属性注入的示例代码，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

简单来说，使用Ioc模式需要两个步骤，第一是把服务注册到容器中，第二是从容器中获取服务，我们一个一个讨论并演化。这里不会考虑使用如Autofac等第三方的容器来代替默认容器，只是提供一些简单实用的小方法用于简化应用层的开发。

将服务注入到容器

asp.netcore官方给出的在容器中注册服务方法是，要在Startup类的ConfigureServices方法中添加服务，如下所示：

public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
{
  services.AddMvc();

  services.AddSingleton(typeof(UserService));
  services.AddSingleton(typeof(MsgService));
  services.AddSingleton(typeof(OrderService));
}

AddMvc方法添加了mvc模块内部用到的一些服务，这个是封装好的，一句话就行了，其他第三方组件也都提供了类似的Add方法，把自己内部需要的服务都封装好注册进去了。但是我们应用开发人员使用的类，还是需要一个一个写进去的，大家最常见的三层架构中的数据访问层和业务逻辑层便是此类服务，上面代码中我加入了三个业务服务类。这显然不是长久之计，我想大家在开发中也会针对此问题做一些处理，这里说下我的，仅供参考吧。

解决方法就是批量注册！说到批量，就需要一个东西来标识一批东西，然后用这一个东西来控制这一批东西。在.net程序的世界中，有两个可选的角色，一个是接口Interface,另一个是特性Attribute。

如果使用接口作为标识来使用，限制就太死板了，一个标识的信息不是绝对的单一，是不推荐使用接口的，因为可能需要引入多个接口才能共同完成，所以我选择特性作为标识。特性相较与接口有什么特点呢？特性在运行时是类的实例，所以可以存储更多的信息。

下面我们简单实现一个AppServiceAttribute:

/// <summary>
/// 标记服务
/// </summary>
[AttributeUsage(AttributeTargets.Class, Inherited = false)]
public class AppServiceAttribute : Attribute
{
}

这个特性类取名AppService有两个理由,一是指定是应用层的服务类，二是避免使用Service这样的通用命名和其他类库冲突。

有了标识，就可以批量处理了，我们在一个新的类中给IServiceCollection提供一个扩展方法，用来批量添加标记有AppService特性的服务到容器中。

public static class AppServiceExtensions
{
  /// <summary>
  /// 注册应用程序域中所有有AppService特性的服务
  /// </summary>
  /// <param name="services"></param>
  public static void AddAppServices(this IServiceCollection services)
  {
    foreach (var assembly in AppDomain.CurrentDomain.GetAssemblies())
    {
      foreach (var type in assembly.GetTypes())
      {
        var serviceAttribute = type.GetCustomAttribute<AppServiceAttribute>();

        if (serviceAttribute != null)
        {
          services.AddSingleton(type);
        }
      }
    }
  }
}

我们遍历应用程序中所有程序集，然后嵌套遍历每个程序集中的所有类型，判断类型是否有AppService特性，如果有的话就添加到容器中，这里有点不自信哦，为什么呢，因为我是使用AddSingleton方法以单例模式将服务添加到容器中的，虽然三层中的数据访问层和业务逻辑层绝大部分都可以使用单例，但是我们希望更通用一些，大家都知道netcore自带的Ioc容器支持三种生命周期，所以我们修改AppServiceAttribute，添加一个Lifetime属性：

[AttributeUsage(AttributeTargets.Class, Inherited = false)]
public class AppServiceAttribute : Attribute
{
  /// <summary>
  /// 生命周期
  /// </summary>
  public ServiceLifetime Lifetime { get; set; } = ServiceLifetime.Singleton;
}

Lifetime的默认值我们设置成ServiceLifetime.Singleton是比较合适的，因为大部分服务我们都希望使用单例注册，一个合理的默认设置可以节省使用者很多代码，新手可能还会乐于复制粘贴，但老同志肯定都深有体会。

有了Lifetime这个信息，我们就可以改进AddAppServices方法了，在判断serviceAttribute不为null后，使用下面的代码替换services.AddSingleton(type)：

  switch (serviceAttribute.Lifetime)
  {
    case ServiceLifetime.Singleton:
      services.AddSingleton(serviceType, type);
      break;
    case ServiceLifetime.Scoped:
      services.AddScoped(serviceType, type);
      break;
    case ServiceLifetime.Transient:
      services.AddTransient(serviceType, type);
      break;
    default:
      break;
  }

现在我们可以注册不同生命周期的服务了，只是该控制是在类的定义中，按理说，服务对象注册到容器中的生命周期，是不应该在类的定义中确定的，因为一个类的定义是独立的，定义好之后，使用者可以用任何一种容器支持的生命周期来注册实例。但是此时这样的设计是比较合理的，因为我们要解决的是应用层服务的批量注册，这类服务一般在定义的时候就已经确定了使用方式，而且很多时候服务的开发者就是该服务的使用者！所以我们可以把这个当成合理的反范式设计。

目前这样子，对于我来说，基本已经够用了，因为在应用层，我都是依赖实现编程的😀（哈哈，会不会很多人说咦......呢？）。设计模式说：“要依赖于抽象,不要依赖于具体”，这点我还没做到，我抽空检讨（呵呵，谁信呢！）。所以呢，我们的批量注入要支持那些优秀的同学。

从上面的代码不难发现，如果定义接口IA和其实现A:IA,并在A上添加AppService特性是不行的：

  public interface IA { }

  [AppService]
  public class A : IA { }

这个时候我们并不能依赖IA编程，因为我们注册的服务类是A，实现类是A，我们需要注册成服务类是IA，实现类是A才可：

public class HomeController : Controller
{
  private IA a;
  public HomeController(IA a)
  {
    this.a = a; //这里a是null,不能使用
  }
}

让我继续改进，在AppServiceAttribute中，我们加入服务类型的信息：

[AttributeUsage(AttributeTargets.Class, Inherited = false)]
public class AppServiceAttribute : Attribute
{
  /// <summary>
  /// 生命周期
  /// </summary>
  public ServiceLifetime Lifetime { get; set; } = ServiceLifetime.Singleton;
  /// <summary>
  /// 指定服务类型
  /// </summary>
  public Type ServiceType { get; set; }
  /// <summary>
  /// 是否可以从第一个接口获取服务类型
  /// </summary>
  public bool InterfaceServiceType { get; set; } = true;
}

我们从两个方面入手来解决服务类型的问题，一个是指定ServiceType，这个就毫无疑问了，在A的AppService中可以明确指定IA为其服务类：

[AppService(ServiceType = typeof(IA))]
public class A : IA { }

另一个是从服务类自身所继承的接口中获取服务类形，这一点要在AddAppServices方法中体现了，再次改进AddAppServices方法，还是替换最开始services.AddSingleton(type)的位置：

  var serviceType = serviceAttribute.ServiceType;
  if (serviceType == null && serviceAttribute.InterfaceServiceType)
  {
    serviceType = type.GetInterfaces().FirstOrDefault();
  }
  if (serviceType == null)
  {
    serviceType = type;
  }
  switch (serviceAttribute.Lifetime)
  {
    case ServiceLifetime.Singleton:
      services.AddSingleton(serviceType, type);
      break;
    case ServiceLifetime.Scoped:
      services.AddScoped(serviceType, type);
      break;
    case ServiceLifetime.Transient:
      services.AddTransient(serviceType, type);
      break;
    default:
      break;
  }

我们首先检查serviceAttribute.ServiceType，如果有值的话，它就是注册服务的类型，如果没有的话，看是否允许从接口中获取服务类型，如果允许，便尝试获取第一个作为服务类型，如果还没获取到，就把自身的类型作为服务类型。

第一种情况不常见，特殊情况才会指定ServiceType，因为写起来麻烦；
第二种情况适用于依赖抽象编程的同学，注意这里只取第一个接口的类型；
第三种情况就是适用于像我这种有不良习惯的患者（依赖实现编程）！

到此为止我们的服务注册已经讨论完了，下面看看如何获取。

字段和属性注入

这里我们说的获取，不是框架默认容器提供的构造器注入，而是要实现字段和属性注入，先看看构造器注入是什么样的：

public class HomeController : Controller
{
  UserService userService;
  OrderService orderService;
  MsgService msgService;
  OtherService otherService;
  OtherService2 otherService2;

  public HomeController(UserService userService, OrderService orderService, MsgService msgService, OtherService otherService, OtherService2 otherService2)
  {
    this.userService = userService;
    this.orderService = orderService;
    this.msgService = msgService;
    this.otherService = otherService;
    this.otherService2 = otherService2;
  }
}

如果引用的服务不再添加还好，如果编写边添加就太要命了，每次都要定义字段、在构造器方法签名中些添加参数、在构造器中赋值，便捷性和Spring的@autowired注解没法比，所以我们要虚心学习，创作更便捷的操作。
首先我们再定义个特性，叫AutowiredAttribute，虽然也是个标识，但是由于这个特性是用在字段或者属性上，所以只能用特性Attribute，而不能使用接口Interface，到这里我们又发现一点，使用接口作为标识的话，只能用在类、接口和结构中，而不能用在他们的成员上，毕竟接口的主要作用是定义一组方法契约（即抽象）！

[AttributeUsage(AttributeTargets.Field | AttributeTargets.Property)]
public class AutowiredAttribute : Attribute
{
}

这个特性里面什么也没有，主要是下面这个类，装配操作都在这里：

/// <summary>
/// 从容器装配service
/// </summary>
[AppService]
public class AutowiredService
{
  IServiceProvider serviceProvider;
  public AutowiredService(IServiceProvider serviceProvider)
  {
    this.serviceProvider = serviceProvider;
  }
  public void Autowired(object service)
  {
    var serviceType = service.GetType();
    //字段赋值
    foreach (FieldInfo field in serviceType.GetFields(BindingFlags.Instance | BindingFlags.Public | BindingFlags.NonPublic))
    {
      var autowiredAttr = field.GetCustomAttribute<AutowiredAttribute>();
      if (autowiredAttr != null)
      {
        field.SetValue(service, serviceProvider.GetService(field.FieldType));
      }
    }
    //属性赋值
    foreach (PropertyInfo property in serviceType.GetProperties(BindingFlags.Instance | BindingFlags.Public | BindingFlags.NonPublic))
    {
      var autowiredAttr = property.GetCustomAttribute<AutowiredAttribute>();
      if (autowiredAttr != null)
      {
        property.SetValue(service, serviceProvider.GetService(property.PropertyType));
      }
    }
  }
}

我们刚刚写的[AppService]特性在这里已经用上了，并且这个类使用构造器注入了IServiceProvider。Autowired(object service)方法的参数是要装配的服务实例，首先获取服务类型，再使用反射查询有AutowiredAttribute特性的字段和属性，我们在构造器注入了serviceProvider，这里便可以使用serviceProvider的GetService方法从容器中获取对应类型的实例来给字段和属性赋值。整个过程就是这样，简单明了。开始的时候我想使用静态类来编写AutowiredService，但是静态类没法注入IServiceProvider，解决方法也有，可以使用定位器模式全局保存IServiceProvider：

/// <summary>
/// 服务提供者定位器
/// </summary>
public static class ServiceLocator
{
  public static IServiceProvider Instance { get; set; }
}

在Setup的Configure方法中赋值：

ServiceLocator.Instance = app.ApplicationServices;

这样在静态的AutowiredService中也就可以访问IServiceProvider了，但是使其自己也注册成服务能更好的和其他组件交互，java有了spring框架，大家都认可spring，一切都在容器中，一切都可注入，spring提供了统一的对象管理，非常好，我感觉netcore的将来也将会是这样。

Autowired(object service)方法的实现虽然简单，但是使用了效率底下的反射，这个美中不足需要改进，以前可以使用晦涩难懂的EMIT来编写，现在有Expression，编写和阅读都简单了好多，并且效率也不比EMIT差，所以我们使用表达式+缓存来改进。Autowired方法要做的就是从容器中取出合适的对象，然后赋值给service要自动装配的字段和属性，据此我们先编写出委托的伪代码：

（obj,serviceProvider）=>{
  ((TService)obj).aa=(TAAType)serviceProvider.GetService(aaFieldType);
  ((TService)obj).bb=(TBBType)serviceProvider.GetService(aaFieldType);
  ...
}

注意伪代码中的类型转换，Expression表达式在编译成委托时是非常严格的，所有转换都不能省。写表达式的时候我习惯先写伪代码，我希望大家也能养成这个习惯！有了伪代码我们可以开始改造AutowiredService类了：

  /// <summary>
  /// 从容器装配service
  /// </summary>
  [AppService]
  public class AutowiredService
  {
    IServiceProvider serviceProvider;
    public AutowiredService(IServiceProvider serviceProvider)
    {
      this.serviceProvider = serviceProvider;
    }

    Dictionary<Type, Action<object, IServiceProvider>> autowiredActions = new Dictionary<Type, Action<object, IServiceProvider>>();

    public void Autowired(object service)
    {
      Autowired(service, serviceProvider);
    }
    /// <summary>
    /// 装配属性和字段
    /// </summary>
    /// <param name="service"></param>
    /// <param name="serviceProvider"></param>
    public void Autowired(object service, IServiceProvider serviceProvider)
    {
      var serviceType = service.GetType();
      if (autowiredActions.TryGetValue(serviceType, out Action<object, IServiceProvider> act))
      {
        act(service, serviceProvider);
      }
      else
      {
        //参数
        var objParam = Expression.Parameter(typeof(object), "obj");
        var spParam = Expression.Parameter(typeof(IServiceProvider), "sp");

        var obj = Expression.Convert(objParam, serviceType);
        var GetService = typeof(IServiceProvider).GetMethod("GetService");
        List<Expression> setList = new List<Expression>();

        //字段赋值
        foreach (FieldInfo field in serviceType.GetFields(BindingFlags.Instance | BindingFlags.Public | BindingFlags.NonPublic))
        {
          var autowiredAttr = field.GetCustomAttribute<AutowiredAttribute>();
          if (autowiredAttr != null)
          {
            var fieldExp = Expression.Field(obj, field);
            var createService = Expression.Call(spParam, GetService, Expression.Constant(field.FieldType));
            var setExp = Expression.Assign(fieldExp, Expression.Convert(createService, field.FieldType));
            setList.Add(setExp);
          }
        }
        //属性赋值
        foreach (PropertyInfo property in serviceType.GetProperties(BindingFlags.Instance | BindingFlags.Public | BindingFlags.NonPublic))
        {
          var autowiredAttr = property.GetCustomAttribute<AutowiredAttribute>();
          if (autowiredAttr != null)
          {
            var propExp = Expression.Property(obj, property);
            var createService = Expression.Call(spParam, GetService, Expression.Constant(property.PropertyType));
            var setExp = Expression.Assign(propExp, Expression.Convert(createService, property.PropertyType));
            setList.Add(setExp);
          }
        }
        var bodyExp = Expression.Block(setList);
        var setAction = Expression.Lambda<Action<object, IServiceProvider>>(bodyExp, objParam, spParam).Compile();
        autowiredActions[serviceType] = setAction;
        setAction(service, serviceProvider);
      }
    }
  }

代码一下子多了不少，不过由于我们前面的铺垫，理解起来也不难，至此自动装配字段和属性的服务已经写好了，下面看看如何使用：

编写服务类，并添加[AppService]特性

[AppService]
public class MyService
{
  //functions
}

在Setup的ConfigureServices方法中注册应用服务

public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
{
  services.AddMvc();
  //注册应用服务
  services.AddAppServices();
}

在其他类中注入使用，比如Controller中

public class HomeController : Controller
{
  [Autowired]
  MyUserService myUserService;

  public HomeController(AutowiredService autowiredService)
  {
    autowiredService.Autowired(this);
  }
}

HomeController的构造函数是不是简洁了许多呢！而且再有新的服务要注入，只要定义字段（属性也可以，不过字段更方便）就可以了，注意：我们定义的字段不能是只读的，因为我们要在AutowiredService中设置。我们还用上面的例子，看一下它的威力吧！

public class HomeController : Controller
{
  [Autowired]
  UserService userService;
  [Autowired]
  OrderService orderService;
  [Autowired]
  MsgService msgService;
  [Autowired]
  OtherService otherService;
  [Autowired]
  OtherService2 otherService2;

  public HomeController(AutowiredService autowiredService)
  {
    autowiredService.Autowired(this);
  }
}

感谢您的观看！全文已经完了，我们没有使用第三方容器，也没有对自带的容器大肆修改和破坏，只是在服务类的构造器中选择性的调用了AutowiredService.Autowired(this)方法，为什么是选择性的呢，因为你还可以使用在构造器中注入的方式，甚至混用，一切都好，都不会错乱。

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