什麼是依賴注入（DI）和DI容器？

Microsoft依賴項注入容器只是一組類，它們組合到一個程式碼庫中，這個庫會自動建立並管理程式中需要的物件。

我們先看下面的程式碼：

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

ClassA直接依賴ClassB，並且在它的DoWork方法中，new了一個ClassB，然後呼叫了ClassB的DoStuff方法。

我們改寫一下程式碼看看：

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，我加了一個建構函式，並且指定了ClassA依賴的型別，呼叫建構函式時，必須提供ClassB的例項, 在ClassA的內部，我們不會去new一個ClassB，ClassB完全是由外部傳入的，這裡就是控制反轉（IoC）。

進一步改進程式碼：

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()    {        // ...    }}

加了一個介面IThing，現在，我們已經應用了SOLID的依賴倒置原則，我們不再依賴具體的實現，相反，我們依賴於IThing抽象，在建構函式中，只需要傳入IThing的實現就好了。

然後在我們的程式碼中，可以這樣用：

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

我們手動new了一個ClassB，它實現了IThing介面，然後建立ClassA的時候，直接把thing傳入建構函式中。

上面的程式碼演示，我們只處理了ClassA和ClassB的依賴注入關係，但是在實際中呢，我們程式碼中有很多型別，然後有各種各樣的依賴關係。

這個時候我們就需要一個DI容器，我們對容器進行配置，讓它知道什麼型別，然後負責自動建立並管理物件（通常稱為服務）。

註冊服務

通常， Microsoft DI 容器需要在Startup類中配置，在這裡，您可以使用ConfigureServices方法向容器註冊服務，在應用程式託管生命週期的早期，將呼叫ConfigureServices方法，它有一個引數IServiceCollection，這個引數在初始化應用程式時傳入。

public class Startup{    public void ConfigureServices(IServiceCollection services)    {        // 註冊服務    }     public void Configure(IApplicationBuilder app, IWebHostEnvironment env)    {    }}

為了儘可能簡單，我們也可以在控制檯中使用 Microsoft DependencyInjection。

建立控制檯程式後，我們首先在專案中引入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>

現在我們開始註冊我們的服務，但是我們需要一個IServiceCollection，讓我們看一下IServiceCollection的定義。

public interface IServiceCollection : IList<ServiceDescriptor>{}

IServiceCollection沒有定義其任何成員，而是從IList<ServiceDescriptor>派生。

在Microsoft.Extensions.DepenencyInjection程式包裡面，它有一個預設的實現：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;        }    }         // ...}

它有一個私有的List集合：_descriptors,裡面是ServiceDescriptor。

讓我們從建立一個ServiceCollection，然後註冊兩個服務。

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

在前面的程式碼中，我們已經使用AddSingleton方法註冊了兩個服務，這不是IServiceCollection介面定義的方法，也不在ServiceCollection上，這是IServiceCollection的擴充套件方法，這個方法在ServiceCollectionServiceExtensions的擴充套件類中，接下來，我會介紹這個方法是如何註冊服務的，不過這之前，我們首先回顧下服務生命週期的概念。

服務生命週期

在Microsoft依賴項注入框架中，我們可以使用三種生命週期註冊服務，分別是單例（Singleton）、瞬時（Transient）、作用域（Scoped），在上面的程式碼中，我使用了AddSingleton()來註冊服務。

使用Singleton服務的優點是我們不會建立多個服務例項，只會建立一個例項，儲存到DI容器中，直到程式退出，這不僅效率高，而且效能高，但是有一個要注意的點，如果在多執行緒中使用了Singleton，要考慮執行緒安全的問題，保證它不會有衝突。

瞬時（Transient）和單例（Singleton）模式是相反的，每次使用時，DI容器都是建立一個新的例項。

作用域（Scoped），在一個作用域內，會使用同一個例項，像EF Core的DbContext上下文就被註冊為作用域服務。

我們註冊服務時會發生什麼？

在上面的程式碼中，我已經註冊了兩個單例服務。

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

這是最終的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);}

我們可以看到AddSingleton方法呼叫了私有的Add方法，並且傳入了一個生命週期的列舉值ServiceLifetime.Singleton。

讓我們看一下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;}

它建立一個新的ServiceDescriptor例項，傳入服務型別，實現型別（可能與服務型別相同）和生命週期，然後呼叫Add方法新增到列表中。

之前，我們瞭解到IServiceCollection本質上是包裝了List <ServiceDescriptor>，ServiceDescriptor類很簡單，代表一個註冊的服務，包括其服務型別，實現型別和生命週期。

例項註冊

我們也可以手動new一個例項，然後傳入到AddSingleton()方法中：

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

使用 ServiceDescriptor

我們還可以手動定義一個ServiceDescriptor，然後直接新增到IServiceCollection中。

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

總結

在本文中，介紹了.NET中的DI的一些核心知識，可以直接建立ServiceCollection來使用Microsoft DI框架，瞭解了IServiceCollection上的AddSingleton擴充套件方法是如何工作，以及它們最終建立了一個ServiceDescriptor，然後新增到一個ServiceCollection包裝的List集合中。