Core官方DI剖析(1)--ServiceProvider类和ServiceCollection类

官方DI相对于其它框架(例如 autofac)使用起来麻烦许多,既没有一次注入程序集中所有类的功能,也没有方便的属性注入,所以感觉起来官方的DI框架只是一个简单的标准,

首先从`ServiceDescriptor`和`ServiceCollection`来认识,这两个类也是注册时使用的类

这两个类是我们使用注册服务的两个类型,注册服务时,DI都会封装成一个`ServiceDescriptor`类型进行缓存到`ServiceCollection`类型中,其中`ServiceCollection`有三个扩展类型

使用官方DI时注册我们都是将服务注册到一个`ServiceCollection`对象中,`ServiceCollection`类型看名称感觉就是一个服务集合的类型,其实并没有错,`IServiceCollection`集合就是一个继承`IList<ServiceDescriptor>`集合接口的一个类型,而`ServiceDescriptor`类型则是一个注册的服务描述类型,我们传入注册最后都会封装为一个`ServiceDescriptor`类型然后缓存到`ServiceCollection`集合之中

static void Main(string[] args)
{
     //      使用ServiceCollaction对象的扩展方法进行注册服务
     IServiceCollection services = new ServiceCollection()
          //      提供具体实例类
          .AddScoped<IFoo, Foo>()
          //      提供实例化具体的工厂
          .AddScoped(typeof(IBar), _ => new Bar())
          //      提供具体实例化对象,此方法只适用于Singleton生命周期
          .AddSingleton(typeof(IBaz),new Baz());
}

**IServiceCollection类型的继承关系**               

/// <summary>
/// Specifies the contract for a collection of service descriptors.
/// </summary>
public interface IServiceCollection : IList<ServiceDescriptor>{}

`ServiceCollection`本身类型中只有一些IList<T>具体实现方法,而所有注册的方法都是以扩展方法提供在一个             `ServiceCollectionServiceExtensions` `ServiceCollectionDescriptorExtensions`这两个扩展类中

**ServiceCollection类型可用成员**

/// <summary>
/// Default implementation of <see cref="IServiceCollection"/>.
/// </summary>
public class ServiceCollection : IServiceCollection
{
     //      ServiceDescriptor缓存集合,ServiceDescriptor对象缓存到这个属性中
     private readonly List<ServiceDescriptor> _descriptors = new List<ServiceDescriptor>();
     
     //      注册到当前ServiceCollection对象中的ServiceDescriptor数量
     public int Count => _descriptors.Count;

     public bool IsReadOnly => false;

     //      设置索引器
     public ServiceDescriptor this[int index]
     {
          get=> _descriptors[index];
          set=> _descriptors[index] = value;
     }

     //      清空所有注册到此ServiceCollection上的ServiceDescriptor对象
     public void Clear() => _descriptors.Clear();

     //      查询此ServiceCollection是否包含指定ServiceDescriptor对象
     public bool Contains(ServiceDescriptor item)=> _descriptors.Contains(item);

     //  拷贝ServiceDescriptor
     public void CopyTo(ServiceDescriptor[] array, int arrayIndex) =>_descriptors.CopyTo(array, arrayIndex);

     //      从此ServiceCollection移除指定ServiceDescriptor
     public bool Remove(ServiceDescriptor item)=>_descriptors.Remove(item);

     //      获取此ServiceCollection的迭代器
     public IEnumerator<ServiceDescriptor> GetEnumerator()=> _descriptors.GetEnumerator();

     public int IndexOf(ServiceDescriptor item) => _descriptors.IndexOf(item);

     public void Insert(int index, ServiceDescriptor item) => _descriptors.Insert(index, item);

     public void RemoveAt(int index)=> _descriptors.RemoveAt(index);
}

在大部分我们都是调用`ServiceCollectionServiceExtensions`扩展类的方法进行注册到Collection之中的,在这个扩展中提供了大量的重载,以便允许我们采用不同的方式进行注册,*泛型*  *类型参数* 等 

//  列出Sinleton生命周期一部分,Scoped和Transient生命周期都一致

//      基类型和派生类型
public static IServiceCollection AddSingleton(this IServiceCollection services,Type serviceType,Type implementationType);

//      基类型和派生类型工厂
public static IServiceCollection AddSingleton(this IServiceCollection services,Type serviceType,Func<IServiceProvider, object> implementationFactory)
     
//      基类型和派生类型泛型     
public static IServiceCollection AddSingleton<TService, TImplementation>(this IServiceCollection services)
     where TService : class where TImplementation : class, TService
     
//      此方法注册 services必须是一个实例化的类型
public static IServiceCollection AddSingleton<TService>(this IServiceCollection services) 
          where TService : class
               
//       基类型与派生类型实例对象,此方式适用于Sinleton生命周期      
public static IServiceCollection AddSingleton<TService>(this IServiceCollection services,TService implementationInstance)
            where TService : class

虽然在`ServiceCollectionServiceExtensions`扩展类中具有大量的重载,但是这是重载都是一些"虚"方法,其最终只是使用了3个方法进行注册

//      使用基类和派生类类型实例化ServiceDescriptor对象,然后进行缓存,
private static IServiceCollection Add(IServiceCollection collection,Type serviceType,Type implementationType,ServiceLifetime lifetime)
{
    var descriptor = new ServiceDescriptor(serviceType, implementationType, lifetime);
    collection.Add(descriptor);
    return collection;
}
//      使用基类型和工厂实例化ServiceDescriptor对象,然后进行缓存
private static IServiceCollection Add(IServiceCollection collection,Type serviceType,Func<IServiceProvider, object> implementationFactory,ServiceLifetime lifetime)
{
    var descriptor = new ServiceDescriptor(serviceType, implementationFactory, lifetime);
    collection.Add(descriptor);
    return collection;
}
//      使用基类型和具体实例对象实例化ServiceDescriptor对象,然后进行缓存
//      此方法只适用于Singleton生命周期
public static IServiceCollection AddSingleton(this IServiceCollection services,Type serviceType,object implementationInstance)
{
     var serviceDescriptor = new ServiceDescriptor(serviceType, implementationInstance);
     services.Add(serviceDescriptor);
     return services;
}

所调用的注册服务方式最后都是调用上面三个方法进行注册,微软只是只是提供了大量的壳子,从上面可以看出`ServiceDescriptor`类具有三个构造器起码,分别以三种方式进行实例化

`ServiceCollectionDescriptorExtensions`扩展类中具有  `Replace` `RemoveAll` `Add`(参数为`ServiceDescriptor`)和很多重载的`TryAdd`方法

//      使用一个新的ServiceDescriptor对象替换指定基类的第一个ServiceDescriptor
public static IServiceCollection Replace(this IServiceCollection collection,ServiceDescriptor descriptor)
{
     //     获取注册的第一个serviceType进行删除并添加进这个新的ServiceDescriptor
    var registeredServiceDescriptor = collection.FirstOrDefault(s => s.ServiceType == descriptor.ServiceType);
    if (registeredServiceDescriptor != null)
        collection.Remove(registeredServiceDescriptor);
    collection.Add(descriptor);
    return collection;
}

//      移除指定ServiceType的所有ServiceDescriptor
public static IServiceCollection RemoveAll(this IServiceCollection collection, Type serviceType)
{
    for (var i = collection.Count - 1; i >= 0; i--)
    {
        var descriptor = collection[i];
        if (descriptor.ServiceType == serviceType)
            collection.RemoveAt(i);
    }
    return collection;
}
//      移除指定泛型类型的所有ServiceDescriptor
public static IServiceCollection RemoveAll<T>(this IServiceCollection collection) =>            RemoveAll(collection, typeof(T));

public static IServiceCollection Add(this IServiceCollection collection,ServiceDescriptor descriptor)
{
    collection.Add(descriptor);
    return collection;
}
public static IServiceCollection Add(this IServiceCollection collection,IEnumerable<ServiceDescriptor> descriptors)
{
    foreach (var descriptor in descriptors)
         collection.Add(descriptor);
     return collection;
}

public static void TryAdd(this IServiceCollection collection,ServiceDescriptor descriptor)
{
     if (!collection.Any(d => d.ServiceType == descriptor.ServiceType))
          collection.Add(descriptor);
}

public static void TryAddTransient(this IServiceCollection collection,Type service)
{
     //     使用ServiceDescriptor的静态方法创建实例化方法,
     //     此静态方法用于实例一个ServiceDescriptor对象,也是拥有大量重载
     var descriptor = ServiceDescriptor.Transient(service, service);
     TryAdd(collection, descriptor);
}

public static void TryAddEnumerable(this IServiceCollection services,ServiceDescriptor descriptor)
{
     //      ServiceDescriptor.GetImplementationType()是获取派生类型
     //      使用TryAddEnumerable进行判断时也会判断其派生类型
     var implementationType = descriptor.GetImplementationType();
     if (implementationType == typeof(object) ||
         implementationType == descriptor.ServiceType)
     {
          throw new ArgumentException(
               Resources.FormatTryAddIndistinguishableTypeToEnumerable(
                    implementationType,
                    descriptor.ServiceType),
               nameof(descriptor));
     }
    //  如果当前基类型和当前派生类型没有注册过,便进行注册
     if (!services.Any(d =>
                       d.ServiceType == descriptor.ServiceType &&
                       d.GetImplementationType() == implementationType))
          services.Add(descriptor);
}

public static void TryAddEnumerable(this IServiceCollection services,IEnumerable<ServiceDescriptor> descriptors)
{
    foreach (var d in descriptors)
        services.TryAddEnumerable(d);
}

这个扩展类是创建`IServiceProvider`的,在这个扩展类中只具有`BuildServiceProvider()`方法,这个方法也就是我们用来获取`ServiceProvider`类型,`ServiceProvider`是获取服务对象的类型

public static ServiceProvider BuildServiceProvider(this IServiceCollection services)
    //      使用默认的ServiceProviderOptions实例
     =>BuildServiceProvider(services, ServiceProviderOptions.Default);

public static ServiceProvider BuildServiceProvider(this IServiceCollection services, bool validateScopes)
      =>services.BuildServiceProvider(new ServiceProviderOptions { ValidateScopes = validateScopes });

 public static ServiceProvider BuildServiceProvider(this IServiceCollection services, ServiceProviderOptions options)
      => new ServiceProvider(services, options);

可以看到这个方法具有三个重载,在所有重载中都有一个`ServiceProviderOptions`类型,这是一个什么类型呢, 首先看一下这个类型定义

public class ServiceProviderOptions
{
     internal static readonly ServiceProviderOptions Default = new ServiceProviderOptions();
     /// <summary>
     /// 当此属性为true,不能从获取顶级容器中的scoped
     /// </summary>
     public bool ValidateScopes { get; set; }
     /// <summary>
     ///        实例化ServiceProvider模式,当前只能使用Dynamic模式
     /// </summary>
     internal ServiceProviderMode Mode { get; set; } = ServiceProviderMode.Dynamic;
}

这个类中具有三个数据,一个是当前类的默认实例`Default` ,一个是实例化`ServiceProvider`的模式  `ServiceProvderMode`是一个枚举,默认为`Dynamic`,这个属性是`internal`修饰的,所以在外部使用时是不可以设置的,然而目前这三种都是使用了`Dynamic`    

internal enum ServiceProviderMode
{
   Dynamic,
   Runtime,
   Expressions,
   ILEmit
}

还有一个Bool类型属性`ValidateScopes`,如果这个类型为true,则不能从顶级容器中获取scoped生命周期的服务

此类型是服务注册的描述类型,此类型中拥有注册的`ServiceType(基类型)`  `ImplementationType(派生类型)/具体服务对象/实例化服务类型的工厂` 和注册服务的生命周期`Lifetime`

//      注册的类型的生命周期
/// <inheritdoc />
public ServiceLifetime Lifetime { get; }
//      注册类型的基类型
/// <inheritdoc />
public Type ServiceType { get; }
//     注册类型的实例类型(派生类型)
/// <inheritdoc />
public Type ImplementationType { get; }
//      注册类型的实例对象
/// <inheritdoc />
public object ImplementationInstance { get; }
//      注册类型实例化对象的工厂
/// <inheritdoc />
public Func<IServiceProvider, object> ImplementationFactory { get; }

public ServiceDescriptor(Type serviceType,object instance)
     : this(serviceType, ServiceLifetime.Singleton)
{
      Lifetime = lifetime;
      ServiceType = serviceType;
      //      对内部维护的注册类型对象进行赋值
      ImplementationInstance = instance;
}
public ServiceDescriptor(Type serviceType,Func<IServiceProvider, object> factory,ServiceLifetime lifetime)
     : this(serviceType, lifetime)
{
      Lifetime = lifetime;
      ServiceType = serviceType;
      //         对内部维护的实例化注册对象的工厂进行赋值
      ImplementationFactory = factory;
}
public ServiceDescriptor(Type serviceType,Type implementationType,ServiceLifetime lifetime)
     : this(serviceType, lifetime)
{
      Lifetime = lifetime;
      ServiceType = serviceType;
      //     对象内部维护的实现类型进行赋值
      ImplementationType = implementationType;
}

此类中方法具有一个获取实际注册类型`GetImplementationType()`和一批实例化`ServiceDescriptor`对象的方法    `GetImplementationType()`方法根据其实例化`ServiceDescriptor`的方法进行判断获取实例化的实际类型,

/// <summary>
///     获取当前注册类型的实例类型
/// </summary>
/// <returns></returns>
internal Type GetImplementationType()
{
     if (ImplementationType != null)
          return ImplementationType;
     else if (ImplementationInstance != null)
          return ImplementationInstance.GetType();
     else if (ImplementationFactory != null)
     {
          var typeArguments = ImplementationFactory.GetType().GenericTypeArguments;
          return typeArguments[1];
     }
     return null;
}

实例化本类对象的方法具有很多重载,跟`ServiceCollectionDescriptorExtensions``ServiceCollectionServiceExtensions`扩展类一样,其中`ServiceCollectionDescriptorExtensions`扩展类中便利用了这些方法进行实例化此对象

//      真正实例化对象的方法,重载都是调用此类方法 
public static ServiceDescriptor Describe(Type serviceType, Func<IServiceProvider, object> implementationFactory, ServiceLifetime lifetime)
     => new ServiceDescriptor(serviceType, implementationFactory, lifetime);

 public static ServiceDescriptor Describe(Type serviceType, Type implementationType, ServiceLifetime lifetime)
    => new ServiceDescriptor(serviceType, implementationType, lifetime);
//      此方法只有Sinleton生命周期才能调用
public static ServiceDescriptor Singleton(Type serviceType,object implementationInstance)
    =>new ServiceDescriptor(serviceType, implementationInstance);

static void Main(string[] args)
{
     IServiceCollection services = new ServiceCollection()
          .AddScoped(typeof(IBaz),typeof(Baz2));
     //     尝试注册使用TryAdd再次注册IBaz类型
     services.TryAdd(new ServiceDescriptor(typeof(IBaz), typeof(Baz1), ServiceLifetime.Scoped));
     var provider=  services.BuildServiceProvider();
     //     获取所有IBaz的注册对象
     IList<IBaz> baz=  provider.GetServices<IBaz>().ToList();
     Console.WriteLine("获取到的数量:"+baz.Count);
     //     循环输出所有实际对象类型
     foreach (var item in baz)
          Console.WriteLine("实际类型:" + item.GetType());
}

static void Main(string[] args)
{
     IServiceCollection services = new ServiceCollection()
          .AddScoped(typeof(IBaz),typeof(Baz2));
     //     使用TryAddEnumerable尝试注册
     services.TryAddEnumerable(new ServiceDescriptor(typeof(IBaz), typeof(Baz2), ServiceLifetime.Scoped));
     services.TryAddEnumerable(new ServiceDescriptor(typeof(IBaz), typeof(Baz1), ServiceLifetime.Scoped));
     var provider=  services.BuildServiceProvider();
     IList<IBaz> baz=  provider.GetServices<IBaz>().ToList();
     Console.WriteLine("获取到的数量:"+baz.Count);
     foreach (var item in baz)
          Console.WriteLine("实际类型:" + item.GetType());
}

static void Main(string[] args)
{
     IServiceCollection services = new ServiceCollection()
          .AddScoped(typeof(IBaz),typeof(Baz2));
     //      使用工厂方法实例化对象方式
     var service = ServiceDescriptor
          .Scoped<IBaz>(_ => new Baz1());
     //      使用TryAddEnumerable进行注册,会抛出一个System.ArgumentException异常
     services.TryAddEnumerable(service);
}

static void Main(string[] args)
{
     //      顶级容器
     IServiceProvider provider = new ServiceCollection()
          .AddScoped(typeof(IFoo), typeof(Foo))
          //        设置不能从顶级容器中获取scoped生命周期服务
          .BuildServiceProvider(true);
     //  顶级容器构造Foo对象
     var foo1= provider.GetService<IFoo>();
}

如果运行上面程序,则会抛出一个InvalidOperationException`异常

可以看到并不允许让我们创建顶级容器的scoped服务对象,但是如果我们使用子容器就不会抛出异常

static void Main(string[] args)
{
     //      顶级容器
     IServiceProvider provider = new ServiceCollection()
          .AddScoped(typeof(IFoo), typeof(Foo))
          //        设置不能从顶级容器中获取scoped生命周期服务
          .BuildServiceProvider(true);
     //      子容器
     IServiceProvider childProvider= provider.CreateScope().ServiceProvider;
     var foo2= childProvider.GetService<IFoo>();
}