.NET 依赖注入(DI)深度解析与实践指南-优快云博客

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.NET 依赖注入(DI)深度解析与实践指南

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什么是依赖注入

依赖注入(Dependency Injection, DI)是一种软件设计模式，它实现了控制反转(Inversion of Control, IoC)原则。在.NET中，依赖注入是框架的核心组成部分，与配置、日志记录和选项模式紧密集成。

简单来说，依赖注入就是将对象所依赖的其他对象通过外部注入的方式提供，而不是在对象内部直接创建。这种方式带来了更好的可测试性、可维护性和灵活性。

为什么需要依赖注入

让我们通过一个实际例子来说明传统方式的局限性：

public class Worker : BackgroundService
{
    private readonly MessageWriter _messageWriter = new();

    protected override async Task ExecuteAsync(CancellationToken stoppingToken)
    {
        while (!stoppingToken.IsCancellationRequested)
        {
            _messageWriter.Write($"Worker running at: {DateTimeOffset.Now}");
            await Task.Delay(1_000, stoppingToken);
        }
    }
}

这种硬编码依赖的方式存在三个主要问题：

难以修改实现：要更换MessageWriter实现必须修改Worker类
配置分散：如果MessageWriter有依赖，配置代码会散布在整个应用中
难以测试：无法轻松替换为模拟对象进行单元测试

.NET依赖注入的核心概念

1. 服务注册

在.NET中，我们通过IServiceCollection接口来注册服务。服务注册通常在应用启动时完成：

var builder = Host.CreateApplicationBuilder(args);
builder.Services.AddSingleton<IMessageWriter, MessageWriter>();
var host = builder.Build();
host.Run();

2. 服务解析

服务容器会自动解析依赖关系。当我们需要某个服务时，只需在构造函数中声明：

public class Worker : BackgroundService
{
    private readonly IMessageWriter _messageWriter;

    public Worker(IMessageWriter messageWriter)
    {
        _messageWriter = messageWriter;
    }
    // ...
}

3. 服务生命周期

.NET DI支持三种服务生命周期：

| 生命周期 | 描述 | 适用场景 | |---------|------|---------| | Transient(瞬时) | 每次请求都创建新实例 | 轻量级、无状态服务 | | Scoped(作用域) | 每个作用域一个实例(如Web请求) | 需要请求上下文的场景 | | Singleton(单例) | 整个应用生命周期一个实例 | 全局共享资源 |

实际应用示例

基础接口定义

public interface IMessageWriter
{
    void Write(string message);
}

具体实现

public class MessageWriter : IMessageWriter
{
    public void Write(string message)
    {
        Console.WriteLine($"Message: {message}");
    }
}

使用日志的实现

public class LoggingMessageWriter : IMessageWriter
{
    private readonly ILogger<LoggingMessageWriter> _logger;

    public LoggingMessageWriter(ILogger<LoggingMessageWriter> logger)
    {
        _logger = logger;
    }

    public void Write(string message)
    {
        _logger.LogInformation(message);
    }
}

注册服务

var builder = Host.CreateApplicationBuilder(args);
builder.Services.AddSingleton<IMessageWriter, LoggingMessageWriter>();
builder.Services.AddHostedService<Worker>();
var host = builder.Build();
host.Run();

高级主题

构造函数选择规则

当类有多个构造函数时，DI容器会按以下规则选择：

优先选择参数最多且所有参数都可解析的构造函数
如果存在歧义(如两个构造函数参数数量相同且都可解析)，会抛出异常

服务组注册

.NET提供了扩展方法来注册相关服务组，如：

services.AddOptions(); // 注册选项相关服务
services.AddLogging(); // 注册日志相关服务

框架内置服务

.NET框架本身注册了许多服务，例如：

ILogger<T>：日志服务
IOptions<T>：选项模式
IHostApplicationLifetime：应用生命周期管理

最佳实践

面向接口编程：始终依赖抽象而非具体实现
合理选择生命周期：根据服务特性选择适当的生命周期
避免服务获取模式：尽量使用构造函数注入而非直接解析服务
注意作用域陷阱：不要从单例中解析作用域服务
正确处理IDisposable：让容器管理资源释放

常见问题解决

作用域验证

在开发环境中，.NET会验证作用域服务的使用是否正确。如果检测到潜在问题(如从单例解析作用域服务)，会抛出异常。

多构造函数处理

当有多个构造函数时，确保DI容器能明确选择正确的构造函数。可以通过以下方式解决歧义：

public class ExampleService
{
    public ExampleService(ILogger<ExampleService> logger, IOptions<ExampleOptions> options)
    {
        // 明确指定使用这个构造函数
    }
}