依賴注入 DI (Dependency Injection) 是編程領(lǐng)域中一個(gè)非常常見的設(shè)計(jì)模式，它指的是將應(yīng)用程序所需的依賴關(guān)系（如服務(wù)或其他組件）通過構(gòu)造函數(shù)參數(shù)或?qū)傩宰詣?dòng)注入的過程。這樣做的好處是可以減少組件之間的耦合，更容易測試和維護(hù)。

我們先舉個(gè)簡單的例子，我們有兩個(gè)簡單的 A 類和 B 類，在 B 類中依賴了 A 類，我們?cè)?nbsp;B 類中對(duì)它進(jìn)行實(shí)例化，并調(diào)用它的方法：

class A {
  constructor(name) {
    this.name = name;
  }
  log() {
    console.log("name: ", this.name);
  }
}

class B {
  a = new A("ConardLi");

  start() {
    this.a.log();
  }
}

const b = new B();
b.start();

但是這種寫法是非常不靈活的， A 類作為一個(gè)依賴項(xiàng)，它的初始化的邏輯被硬編碼到了 B 類中，如果我們想添加或修改其他的依賴項(xiàng)，必須要不斷修改 B 類。

借助依賴注入的設(shè)計(jì)思想，我們可以將代碼改寫成下面這樣：

class A {
  constructor(name) {
    this.name = name;
  }
  log() {
    console.log("name: ", this.name);
  }
}

class B {
  constructor(a) {
    this.a = a;
  }

  start() {
    this.a.log();
  }
}

const a = new A();
const b = new B(a);
b.start();

代碼只做了很小的改動(dòng)，最核心的變化就是我們將 A 類和 B 的實(shí)現(xiàn)完全分離開來了，他們無需再關(guān)心依賴的實(shí)例化，因?yàn)槲覀儗⒁蕾嚨淖⑷胩岬降淖钔鈧?cè)。

這也就是為什么我們常常將依賴注入和控制反轉(zhuǎn) IoC (Inversion of Control)  放在一起講，控制反轉(zhuǎn)即將創(chuàng)建對(duì)象的控制權(quán)進(jìn)行轉(zhuǎn)移，以前創(chuàng)建對(duì)象的主動(dòng)權(quán)和創(chuàng)建時(shí)機(jī)是由自己把控的，而現(xiàn)在這種權(quán)力轉(zhuǎn)移到第三方。

可能在這樣簡單的代碼中我們還看不出來什么好處，但是在大型的代碼庫中，這種設(shè)計(jì)可以顯著幫助我們減少樣板代碼，創(chuàng)建和連接依賴項(xiàng)的工作由一段程序統(tǒng)一處理，我們無需擔(dān)心創(chuàng)建特定類所需的類的實(shí)例。

在 JavaScript 的各大框架中，依賴注入的設(shè)計(jì)模式也發(fā)揮著非常重要的作用，在 Angular、Vue.js、Next.js 等框架中都用到了依賴注入的設(shè)計(jì)模式。

JavaScript 框架中的依賴注入

Angular

在 Angular 中大量應(yīng)用了依賴注入的設(shè)計(jì)思想。Angular 使用依賴注入來管理應(yīng)用的各個(gè)部分之間的依賴關(guān)系，以及如何將這些依賴關(guān)系注入到應(yīng)用中，例如你可以使用依賴注入來注入服務(wù)、組件、指令、管道等。

比如我們現(xiàn)在有個(gè)日志打點(diǎn)的工具類，我們可以使用 Injectable 將其指定為可注入對(duì)象。

// logger.service.ts
import { Injectable } from '@angular/core';

@Injectable({providedIn: 'root'})
export class Logger {
  writeCount(count: number) {
    console.warn(count);
  }
}

然后在組件中使用時(shí)，無需進(jìn)行實(shí)例化，直接在 constructor 的參數(shù)中就可以取出自動(dòng)注入好的對(duì)象：

// hello-world-di.component.ts
import { Component } from '@angular/core';
import { Logger } from '../logger.service';

@Component({
  selector: 'hello-world-di',
  templateUrl: './hello-world-di.component.html'
})
export class HelloWorldDependencyInjectionComponent  {
  count = 0;

  constructor(private logger: Logger) { }

  onLogMe() {
    this.logger.writeCount(this.count);
    this.count++;
  }
}

Vue.js

在 Vue.js 中，provide 和 inject 其實(shí)也使用了依賴注入的設(shè)計(jì)模式。

provide 屬性可以用來在父組件中提供一個(gè)值，這個(gè)值可以在父組件的所有子組件中注入。

export default {
  name: 'Parent',
  provide() {
    return {
      user: this.user
    };
  },
  data() {
    return {
      user: {
        name: 'John',
        age: 30
      }
    };
  }
};

inject 屬性可以用來在子組件中注入父組件提供的值。

// 子組件
export default {
  name: 'Child',
  inject: ['user'],
  computed: {
    userName() {
      return this.user.name;
    }
  }
};

React.js

在 React.js 中，并沒有直接使用依賴注入的地方，不過我們依然可以借助一些第三方庫來實(shí)現(xiàn)， 比如我們可以通過 InversifyJS 提供的 injectable decorator 標(biāo)記 class 是可被注入的。

import { injectable } from "inversify";

export interface IProvider<T> {
  provide(): T;
}

@injectable()
export class NameProvider implements IProvider<string> {
  provide() {
    return "World";
  }
}

在組件中，我們可以直接調(diào)用注入的 provide 方法，而組件內(nèi)部不用關(guān)心它的實(shí)現(xiàn)。

import * as React from "react";
import { IProvider } from "./providers";

export class Hello extends React.Component {
  private readonly nameProvider: IProvider<string>;

  render() {
    return <h1>Hello {this.nameProvider.provide()}!</h1>;
  }
}

手動(dòng)實(shí)現(xiàn)依賴注入

前面我們提到的 InversifyJS 實(shí)際上就是一個(gè)專門用來實(shí)現(xiàn)依賴注入的工具庫，它主要就由 injectable 、inject 等幾個(gè)裝飾器組成的，這么神奇的功能究竟是咋實(shí)現(xiàn)的呢，下面我們手動(dòng)來實(shí)現(xiàn)一下。

首先我們來明確一個(gè)需求場景，假設(shè)我們要使用 Koa 框架開發(fā)一個(gè)簡單的 Node.js 服務(wù)。

在 Koa 中，Controller 用來處理用戶請(qǐng)求和響應(yīng)，它負(fù)責(zé)接收用戶的請(qǐng)求，然后調(diào)用相應(yīng)的服務(wù)或業(yè)務(wù)邏輯進(jìn)行處理，最后將處理結(jié)果返回給用戶。Service 用來封裝業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)處理，它負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的核心功能。

Service 通常會(huì)被多個(gè) Controller 所調(diào)用，它們之間是松散耦合的關(guān)系，我們希望用兩裝飾器來實(shí)現(xiàn) Service 的自動(dòng)依賴注入：

export default class UserController extends Controller {
  @Inject
  user: UserService;

  @UseService
  async list(ctx: ThriftContext): Promise<void> {
    const user = await this.user.findAll({ id: 1000 });
    console.log(1, user);
  }
}

在實(shí)現(xiàn)過程中我們可能會(huì)用到兩個(gè)非常重要的 API，Metadata Reflection API 以及 Decorator API，我們先分別來回顧一下它們的基礎(chǔ)知識(shí)。

Decorator API

裝飾器模式是一種經(jīng)典的設(shè)計(jì)模式，其目的是在不修改被裝飾者（如某個(gè)函數(shù)、某個(gè)類等）源碼的前提下，為被裝飾者增加 / 移除某些功能。一些現(xiàn)代編程語言在語法層面提供了對(duì)裝飾器模式的支持，并且各語言中的現(xiàn)代框架都大量應(yīng)用了裝飾器。主要用處分為兩大類：

• 收集用戶定義的類/函數(shù)的信息（例如，用于生成路由表，用于實(shí)現(xiàn)依賴注入，等等）
• 對(duì)用戶定義的類/函數(shù)進(jìn)行增強(qiáng)，增加額外功能

我們目前用的比較多的裝飾器就是 TypeScript 的實(shí)驗(yàn)性裝飾器，以及 ECMAScript 中還處于 legacy 階段的 Decorator API，下面是它的用法：

裝飾類的時(shí)候，裝飾器方法一般會(huì)接收一個(gè)目標(biāo)類作為參數(shù)，下面是一個(gè)示例，給類增加靜態(tài)屬性、原型方法：

const addField = target => {
  target.age = 17;
  target.prototype.speak = function () {
    console.log('xxx');
  };
};

@addField
class People {
  
}

console.log(People.age);
const a = new People();
a.speak();

類屬性裝飾器可以用在類的屬性、方法、get/set 函數(shù)中，一般會(huì)接收三個(gè)參數(shù)：

• target：被修飾的類
• name：類成員的名字
• descriptor：屬性描述符，對(duì)象會(huì)將這個(gè)參數(shù)傳給 Object.defineProperty

下面是一個(gè)示例，可以修改類屬性為只讀：

function readonly(target, name, descriptor) {
  descriptor.writable = false;
  return descriptor;
}

class Person {
    @readonly name = 'person'
}

const person = new Person();
person.name = 'tom'; 

Metadata Reflection API

Reflect 是 JavaScript 中的一個(gè)內(nèi)置對(duì)象，它提供了一組用于操作對(duì)象的方法。它與其他內(nèi)置對(duì)象類似，但是它的目的是為了提供一組用于操作對(duì)象的通用方法。

Reflect Metadata 是 ES7 的一個(gè)提案，它主要用來在聲明的時(shí)候添加和讀取元數(shù)據(jù)。

Reflect.getMetadata('design:type', target, key) 可以用來獲取類 target 中屬性 key 的類型信息：

function Inject() {
  return function (target: any, key: string, descriptor: PropertyDescriptor) {
    const type = Reflect.getMetadata('design:type', target, key);
    console.log(type); // [class Service]
    return descriptor;
  };
}

export default class WebsiteController extends Controller {
  @Inject()
  service: Service

  // ... 
}

Reflect.getMetadata('design:paramtypes', target, key) 可以用來獲取類 target 中屬性 key 的函數(shù)參數(shù)類型；

Reflect.getMetadata('design:returntype', target, key) 可以用來獲取類 target 中屬性 key 的函數(shù)返回值類型。

除能獲取固定的類型信息之外，也可以自定義 MetaData，并在合適的時(shí)機(jī)獲取它的值，示例如下：

function classDecorator(): ClassDecorator {
  return target => {
    // 在類上定義元數(shù)據(jù)，key 為 `classMetaData`，value 為 `a`
    Reflect.defineMetadata('classMetaData', 'a', target);
  };
}

@classDecorator()
class SomeClass {
  
}

Reflect.getMetadata('classMetaData', SomeClass); // 'a'

好了，有了這些知識(shí)，我們就可以手動(dòng)來實(shí)現(xiàn)一個(gè)依賴注入裝飾器了。

實(shí)現(xiàn)依賴注入

再明確一下我們的需求：在不同服務(wù)的 Controller 中共用 Service，使用 Service 時(shí)可以自動(dòng)獲取已注入的 Service 實(shí)例，同時(shí) Service 里可以獲取到請(qǐng)求的 Context 信息。

首先我們來實(shí)現(xiàn)，Inject 裝飾器：

• 在Controller 中注冊(cè)需要用到哪些 Service
• 通過design:type 獲取 Service 的類型信息
• 通過自定義metadata 存儲(chǔ) Controller 中用到哪些 Service

function Inject(target: any, key: string) {
  console.log(`注冊(cè) Controller: ${target} Service: ${key}`);
  // 獲取當(dāng)前 Service 的類型
  const serviceClass = Reflect.getMetadata('design:type', target, key);
  // 獲取當(dāng)前 Controller 已經(jīng)注冊(cè)過的 Service List
  const serviceList = Reflect.getMetadata(META_KEY_CONTROLLER_SERVICE, target) || [];
  // 將當(dāng)前 Service 進(jìn)行追加
  Reflect.defineMetadata(
    META_KEY_CONTROLLER_SERVICE,
    [...serviceList, { serviceClass, serviceName: key }],
    target
  );
}

然后是 UseService 裝飾器：

• 在請(qǐng)求過來時(shí)取出metadata 中存儲(chǔ)的 Controller 和 Service 對(duì)應(yīng)信息
• 將Service 實(shí)例化，并將 Context 傳入 Service

function UseService(target: any, name: string, descriptor: PropertyDescriptor) {
  const value = descriptor.value;
  descriptor.value = async function (...args: any) {
    // 獲取當(dāng)前請(qǐng)求的 Context
    const [ctx] = args;
    // 取出當(dāng)前 Controller 已綁定的 Service
    const serviceList = Reflect.getMetadata(META_KEY_CONTROLLER_SERVICE, target) || [];
    console.log(serviceList);

    for (let i = 0; i < serviceList.length; i++) {
      const { serviceClass, serviceName } = serviceList[i];
      // 實(shí)例化 Service 并綁定 Context
      const service = new serviceClass(ctx);
      Reflect.set(service, 'ctx', ctx);
      // 給當(dāng)前 Controller 掛載 Service 實(shí)例
      Reflect.set(target, serviceName, service);
    }
    return await Promise.resolve(value.apply(this, args));
  };
  return descriptor;
}

好了，接下來就可以愉快的使用了～

export default class UserController extends Controller {
  @Inject
  user: UserService;

  @UseService
  async list(ctx: ThriftContext): Promise<void> {
    const user = await this.user.findAll();
    console.log(1, user);
  }
}