DI 原理分析，并实现一个简易版 DI 容器

Question

本文基于自身理解进行输出，目的在于交流学习，如有不对，还望各位看官指出。

DI

DI—Dependency Injection，即“依赖注入”：对象之间依赖关系由容器在运行期决定，形象的说，即由 容器动态的将某个对象注入到对象属性之中 。依赖注入的目的并非为软件系统带来更多功能，而是为了提升对象重用的频率，并为系统搭建一个灵活、可扩展的框架。

使用方式

首先看一下常用依赖注入 (DI) 的方式：

function Inject(target: any, key: string){
    target[key] = new (Reflect.getMetadata('design:type',target,key))()
}

class A {
    sayHello(){
        console.log('hello')
    }
}

class B {
    @Inject   // 编译后等同于执行了 @Reflect.metadata("design:type", A)
    a: A

    say(){
       this.a.sayHello()  // 不需要再对 class A 进行实例化
    }
}

new B().say() // hello

原理分析

TS 在编译装饰器的时候，会通过执行 __metadata 函数 多返回一个属性装饰器 @Reflect.metadata ，它的目的是将需要实例化的 service 以元数据 'design:type' 存入 reflect.metadata ，以便我们在需要依赖注入时，通过 Reflect.getMetadata 获取到对应的 service ， 并进行实例化赋值给需要的属性。

@Inject 编译后代码:

var __metadata = (this && this.__metadata) || function (k, v) {
    if (typeof Reflect === "object" && typeof Reflect.metadata === "function") return Reflect.metadata(k, v);
};

// 由于__decorate 是从右到左执行，因此, defineMetaData 会优先执行。
__decorate([
    Inject,
    __metadata("design:type", A)  //  作用等同于 Reflect.metadata("design:type", A)
], B.prototype, "a", void 0);

即默认执行了以下代码：

Reflect.defineMetadata("design:type", A, B.prototype, 'a');

Inject 函数需要做的就是从 metadata 中获取对应的构造函数并构造实例对象赋值给当前装饰的属性

function Inject(target: any, key: string){
    target[key] = new (Reflect.getMetadata('design:type',target,key))()
}

不过该依赖注入方式存在一个问题：

由于 Inject 函数 在代码编译阶段便会执行，将导致 B.prototype 在代码编译阶段被修改，这违反了 六大设计原则之开闭原则（避免直接修改类，而应该在类上进行扩展） 那么该如何解决这个问题呢，我们可以借鉴一下 TypeDI 的思想。

typedi - typedi 是一款支持 TypeScript 和 JavaScript 依赖注入工具

typedi 的依赖注入思想是类似的，不过多维护了一个 container

1. metadata

在了解其 container 前，我们需要先了解 typedi 中定义的 metadata ，这里重点讲述一下我所了解的比较重要的几个属性。

• id: service 的唯一标识
• type: 保存 service 构造函数
• value: 缓存 service 对应的实例化对象

const newMetadata: ServiceMetadata<T> = {
      id: ((serviceOptions as any).id || (serviceOptions as any).type) as ServiceIdentifier,    // service 的唯一标识
      type: (serviceOptions as ServiceMetadata<T>).type || null,  // service 构造函数
      value: (serviceOptions as ServiceMetadata<T>).value || EMPTY_VALUE,  // 缓存 service 对应的实例化对象
};

2. container 作用

function ContainerInstance() {
        this.metadataMap = new Map();  //保存 metadata 映射关系，作用类似于 Refect.metadata
        this.handlers = []; // 事件待处理队列
        get(){};  // 获取依赖注入后的实例化对象
         ...
}

• this. metadataMap - @service 会将 service 构造函数 以 metadata 形式保存到 this.metadataMap 中。
  • 缓存实例化对象，保证单例;
• this.handlers - @inject 会将依赖注入操作的 对象 、 目标 、 行为 以 object 形式 push 进 handlers 待处理数组。
  • 保存 构造函数 与 静态类型 及 属性 间的映射关系。

    {
        object: target,  // 当前等待挂载的类的原型对象
        propertyName: propertyName,  // 目标属性值
        index: index, 
        value: function (containerInstance) {   // 行为
            var identifier = Reflect.getMetadata('design:type', target, propertyName)
            return containerInstance.get(identifier);
        }
    }
    

    @inject 将该对象 push 进一个等待执行的 handlers 待处理数组里，当需要用到对应 service 时执行 value 函数 并修改 propertyName。

    if (handler.propertyName) {
     instance[handler.propertyName] = handler.value(this);
    }
    

• get - 对象实例化操作及依赖注入操作
  • 避免直接修改类，而是对其实例化对象的属性进行拓展;

相关结论

• typedi 中的实例化操作不会立即执行，而是在一个 handlers 待处理数组，等待 Container.get(B) ，先对 B 进行实例化，然后从 handlers 待处理数组取出对应的 value 函数 并执行修改实例化对象的属性值，这样不会影响 Class B 自身
• 实例的属性值被修改后，将被缓存到 metadata.value (typedi 的单例服务特性)。

相关问题案例可查看： https://stackoverflow.com/questions/55684776/typedi-inject-doesnt-work-but-container-get-does

new B().say()  // 将会输出 sayHello is undefined

Container.get(B).say()  // hello word

实现一个简易版 DI Container

此处代码依赖 TS ,不支持 JS 环境

interface Handles {
    target: any
    key: string,
    value: any
}

interface Con {
    handles: Handles []   // handlers 待处理数组
    services: any[]  // service 数组，保存已实例化的对象
    get<T>(service: new () => T) : T   // 依赖注入并返回实例化对象
    findService<T>(service: new () => T) : T  // 检查缓存
    has<T>(service: new () => T) : boolean  // 判断服务是否已经注册
}

var container: Con = {
    handles: [],  // handlers 待处理数组
    services: [], // service 数组，保存已实例化的对象
    get(service){
        let res: any = this.findService(service)
        if(res){
            return  res
        }

        res = new service()
        this.services.push(res)
        this.handles.forEach(handle=>{
            if(handle.target !== service.prototype){
                return
            }
            res[handle.key] = handle.value
        })
        return res
    },

    findService(service){
        return this.services.find(instance => instance instanceof service)
    },

   // service 是否已被注册
    has(service){
        return !!this.findService(service)
    }
}

function Inject(target: any, key: string){
    const service = Reflect.getMetadata('design:type',target,key)

    // 将实例化赋值操作缓存到 handles 数组
    container.handles.push({
        target,
        key,
        value: new service()
    })

    // target[key] = new (Reflect.getMetadata('design:type',target,key))()
}

class A {
    sayA(name: string){
        console.log('i am '+ name)
    }
}

class B {
    @Inject
    a: A

    sayB(name: string){
       this.a.sayA(name)
    }
}

class C{
    @Inject
    c: A

    sayC(name: string){
       this.c.sayA(name)
    }
}

// new B().sayB(). // Cannot read property 'sayA' of undefined
container.get(B).sayB('B')
container.get(C).sayC('C')