Golang 依赖注入设计哲学|12.6K 🌟 的依赖注入库 wire

一、前言

线上项目往往依赖非常多的具备特定能力的资源,如:DB、MQ、各种中间件,以及随着项目业务的复杂化,单一项目内,业务模块也逐渐增多,如何高效、整洁管理各种资源十分重要。

本文从"术"层面,讲述"依赖注入"的实现,带你体会其对于整洁架构 & DDD 等设计思想的落地,起到的支撑作用。

涉及内容:

📺 B站账号:白泽talk,绝大部分博客内容都将会通过视频讲解,不过文章一般是先于视频发布

白泽的开源 Golang 学习仓库:https://github.com/BaiZe1998/go-learning,用于文章归档 & 聚合博客代码案例

公众号【白泽talk】,本期内容的 pdf 版本,可以关注公众号,回复【依赖注入】获得,往期资源的获取,都是类似的方式。

二、What

📒 本文所涉及编写的代码,已收录于 https://github.com/BaiZe1998/go-learning/di 目录

一句话概括:实例 A 的创建,依赖于实例 B 的创建,且在实例 A 的生命周期内,持有对实例 B 的访问权限。

2.1 案例分析

依赖注入(Dependency Injection, DI),以 Golang 为例,左侧为手动完成依赖注入,右侧为不使用依赖注入

🌟 不使用依赖注入风险:

  1. 全局变量十分不安全,存在覆写的可能
  2. 资源散落在各处,可能重复创建,浪费内存,后续维护能力极差
  3. 提高循环依赖的风险
  4. 全局变量的引入提高单元测试的成本
  • 不使用依赖注入 demo
go 复制代码
package main

var (
	mysqlUrl = "mysql://blabla"
	// 全局数据库实例
	db = NewMySQLClient(mysqlUrl)
)

func NewMySQLClient(url string) *MySQLClient {
	return &MySQLClient{url: url}
}

type MySQLClient struct {
	url string
}

func (c *MySQLClient) Exec(query string, args ...interface{}) string {
	return "data"
}

func NewApp() *App {
	return &App{}
}

type App struct {
}

func (a *App) GetData(query string, args ...interface{}) string {
	data := db.Exec(query, args...)
	return data
}

// 不使用依赖注入
func main() {
	app := NewApp()
	rest := app.GetData("select * from table where id = ?", "1")
	println(rest)
}
  • 手动依赖注入 demo
go 复制代码
package main

func NewMySQLClient(url string) *MySQLClient {
	return &MySQLClient{url: url}
}

type MySQLClient struct {
	url string
}

func (c *MySQLClient) Exec(query string, args ...interface{}) string {
	return "data"
}

func NewApp(client *MySQLClient) *App {
	return &App{client: client}
}

type App struct {
	// App 持有唯一的 MySQLClient 实例
	client *MySQLClient
}

func (a *App) GetData(query string, args ...interface{}) string {
	data := a.client.Exec(query, args...)
	return data
}

// 手动依赖注入
func main() {
	client := NewMySQLClient("mysql://blabla")
	app := NewApp(client)
	rest := app.GetData("select * from table where id = ?", "1")
	println(rest)
}

三、Why

依赖注入 (Dependency Injection,缩写为 DI),可以理解为一种代码的构造模式(就是写法),按照这样的方式来写,能够让你的代码更加容易维护。

四、How

4.1 Golang 依赖注入

以 Golang 🌟 最多的开源库 wire 为例讲解:https://github.com/google/wire/blob/main/docs/guide.md

wire是由 google 开源的一个供 Go 语言使用的依赖注入代码生成工具。它能够根据你的代码,生成相应的依赖注入 go 代码。

而与其它依靠反射实现的依赖注入工具不同的是,wire 能在编译期(准确地说是代码生成时)如果依赖注入有问题,在代码生成时即可报出来,不会拖到运行时才报,更便于 debug。

  • Install:
shell 复制代码
go install github.com/google/wire/cmd/wire@latest
  • provider: a function that can produce a value

以上面手动实现依赖注入为基础,wire 做的工作是帮助开发者完成如下组装过程

go 复制代码
client := NewMySQLClient("mysql://blabla")
app := NewApp(client)

而其中用到的 NewMySQLClient、NewApp 在 wire 定义为一个个的 provider,是需要提前由开发者实现的。

go 复制代码
func NewMySQLClient(url string) *MySQLClient {
	return &MySQLClient{url: url}
}

func NewApp(client *MySQLClient) *App {
	return &App{client: client}
}

假设系统中的资源很多,配置很多,出现了如下复杂的初始化流程,人工完成依赖注入则变得复杂:

go 复制代码
a := NewA(xxx, yyy) error
b := NewB(ctx, a) error
c := NewC(zzz, a, b) error
d := NewD(www, kkk, a) error
e := NewD(ctx, b, d) error
  • injector: a function that calls providers in dependency order

如下是名为 wire.go 的依赖注入配置文件,是一个只会被 wire 命令行工具处理的 injector 文件,用于声明依赖注入流程。

wire.go:

go 复制代码
//go:build wireinject
// +build wireinject

// The build tag makes sure the stub is not built in the final build.

package main

import "github.com/google/wire"

// wireApp init application.
func wireApp(url string) *App {
	wire.Build(NewMySQLClient, NewApp)
	return nil
}

执行 wire 命令,则在当前目录下生成 wire_gen.go 文件,此时的 wireApp 函数,就等价于最初手动编写的依赖注入流程,可以在真正需要初始化的引入。

wire_gen.go:

go 复制代码
// Code generated by Wire. DO NOT EDIT.

//go:generate go run -mod=mod github.com/google/wire/cmd/wire
//go:build !wireinject
// +build !wireinject

package main

// Injectors from wire.go:

// wireApp init application.
func wireApp(url string) *App {
   mySQLClient := NewMySQLClient(url)
   app := NewApp(mySQLClient)
   return app
}

4.2 针对复杂项目的依赖注入设计哲学

这里以 go-kratos 的模版项目为例讲解,是一个 helloworld 服务,我们着重分析其借助 wire 进行依赖注入的部分。

以下 helloworld 模板服务的 interanl 目录的内容:

shell 复制代码
.
├── biz
│   ├── README.md
│   ├── biz.go
│   └── greeter.go
├── conf
│   ├── conf.pb.go
│   └── conf.proto
├── data
│   ├── README.md
│   ├── data.go
│   └── greeter.go
├── server
│   ├── grpc.go
│   ├── http.go
│   └── server.go
└── service
    ├── README.md
    ├── greeter.go
    └── service.go

各个目录的关系如图:

  • data:业务数据访问,包含 cache、db 等封装,实现了 biz 的 repo 接口,data 偏重业务的含义,它所要做的是将领域对象重新拿出来。

  • biz:业务逻辑的组装层,类似 DDD 的 domain 层,data 类似 DDD 的 repo,repo 接口在这里定义,使用依赖倒置的原则。

  • service:实现了 api 定义的服务层,类似 DDD 的 application 层,处理 DTO 到 biz 领域实体的转换(DTO -> DO),同时协同各类 biz 交互,但是不应处理复杂逻辑。

  • server:为http和grpc实例的创建和配置,以及注册对应的 service 。

🌟上图右侧部分,表示了模块之间的依赖关系,可以看到,依赖的注入是逆向的,资源往往被业务模块持有,业务模块则被负责编排业务的应用持有,应用则被负责对外通信的模块持有。

此时在服务启动前的实例化阶段,provider 的定义和注入,本质是这样一种状态:

go 复制代码
func main() {
    dbClient := NewDBClient()
    dataN := NewDataN(dbClient)
    dataM := NewDataM(dbClient)
    bizA := NewBizA(dataN)
    bizB := NewBizB(dataM)
    bizC := NewBizC(dataN, dataM)
    serviceX := NewService(bizA, bizB, bizC)
    server := NewServer(serviceX)
    server.httpXXX // 提供 http 服务
    server.grpcXXX // 提供 grpc 服务
}

在 helloworld 这个 demo 当中,则是这样定义 provider 的:

go 复制代码
// biz 目录
var ProviderSet = wire.NewSet(NewGreeterUsecase)

type GreeterUsecase struct {
	repo GreeterRepo
	log  *log.Helper
}

func NewGreeterUsecase(repo GreeterRepo, logger log.Logger) *GreeterUsecase {
	return &GreeterUsecase{repo: repo, log: log.NewHelper(logger)}
}

func (uc *GreeterUsecase) CreateGreeter(ctx context.Context, g *Greeter) (*Greeter, error) {
	uc.log.WithContext(ctx).Infof("CreateGreeter: %v", g.Hello)
	return uc.repo.Save(ctx, g)
}

// data 目录
var ProviderSet = wire.NewSet(NewData, NewGreeterRepo)

type Data struct {
	// TODO wrapped database client
}

func NewData(c *conf.Data, logger log.Logger) (*Data, func(), error) {
	cleanup := func() {
		log.NewHelper(logger).Info("closing the data resources")
	}
	return &Data{}, cleanup, nil
}

type greeterRepo struct {
	data *Data
	log  *log.Helper
}

func NewGreeterRepo(data *Data, logger log.Logger) biz.GreeterRepo {
	return &greeterRepo{
		data: data,
		log:  log.NewHelper(logger),
	}
}
// service 目录
var ProviderSet = wire.NewSet(NewGreeterService)

type GreeterService struct {
	v1.UnimplementedGreeterServer

	uc *biz.GreeterUsecase
}

func NewGreeterService(uc *biz.GreeterUsecase) *GreeterService {
	return &GreeterService{uc: uc}
}

func (s *GreeterService) SayHello(ctx context.Context, in *v1.HelloRequest) (*v1.HelloReply, error) {
	g, err := s.uc.CreateGreeter(ctx, &biz.Greeter{Hello: in.Name})
	if err != nil {
		return nil, err
	}
	return &v1.HelloReply{Message: "Hello " + g.Hello}, nil
}

// server 目录
var ProviderSet = wire.NewSet(NewGRPCServer, NewHTTPServer)

func NewGRPCServer(c *conf.Server, greeter *service.GreeterService, logger log.Logger) *grpc.Server {
	var opts = []grpc.ServerOption{
		grpc.Middleware(
			recovery.Recovery(),
		),
	}
	if c.Grpc.Network != "" {
		opts = append(opts, grpc.Network(c.Grpc.Network))
	}
	if c.Grpc.Addr != "" {
		opts = append(opts, grpc.Address(c.Grpc.Addr))
	}
	if c.Grpc.Timeout != nil {
		opts = append(opts, grpc.Timeout(c.Grpc.Timeout.AsDuration()))
	}
	srv := grpc.NewServer(opts...)
	v1.RegisterGreeterServer(srv, greeter)
	return srv
}

在 helloworld 这个 demo 当中,则是这样定义 injector 的:

go 复制代码
// wire.go
func wireApp(*conf.Server, *conf.Data, log.Logger) (*kratos.App, func(), error) {
   panic(wire.Build(server.ProviderSet, data.ProviderSet, biz.ProviderSet, service.ProviderSet, newApp))
}

最后运行 wire 的到的完成注入的文件如下:

go 复制代码
// wire_gen.go
func wireApp(confServer *conf.Server, confData *conf.Data, logger log.Logger) (*kratos.App, func(), error) {
	dataData, cleanup, err := data.NewData(confData, logger)
	if err != nil {
		return nil, nil, err
	}
	greeterRepo := data.NewGreeterRepo(dataData, logger)
	greeterUsecase := biz.NewGreeterUsecase(greeterRepo, logger)
	greeterService := service.NewGreeterService(greeterUsecase)
	grpcServer := server.NewGRPCServer(confServer, greeterService, logger)
	httpServer := server.NewHTTPServer(confServer, greeterService, logger)
	app := newApp(logger, grpcServer, httpServer)
	return app, func() {
		cleanup()
	}, nil
}

生成代码之后,则可以像使用普通的 golang 函数一样,使用这个 wire_gen.go 文件内的 wireApp 函数实例化一个 helloworld 服务

go 复制代码
func main() {
	flag.Parse()
	logger := log.With(log.NewStdLogger(os.Stdout),
		// ...
	)
	c := config.New(
        // ...
	)
	defer c.Close()
	// ...

	app, cleanup, err := wireApp(bc.Server, bc.Data, logger)
	if err != nil {
		panic(err)
	}
	defer cleanup()

	// start and wait for stop signal
	if err := app.Run(); err != nil {
		panic(err)
	}
}

4.3 wire 的更多用法

参见 wire 的文档,自己用几遍就明白了,这里举几个例子:

  • 定义携带 error 返回值的 provider
go 复制代码
func ProvideBaz(ctx context.Context, bar Bar) (Baz, error) {
    if bar.X == 0 {
        return Baz{}, errors.New("cannot provide baz when bar is zero")
    }
    return Baz{X: bar.X}, nil
}
  • provider 集合:方便组织多个 provider
go 复制代码
var SuperSet = wire.NewSet(ProvideFoo, ProvideBar, ProvideBaz)
  • 接口绑定:
go 复制代码
type Fooer interface {
    Foo() string
}

type MyFooer string

func (b *MyFooer) Foo() string {
    return string(*b)
}

func provideMyFooer() *MyFooer {
    b := new(MyFooer)
    *b = "Hello, World!"
    return b
}

type Bar string

func provideBar(f Fooer) string {
    // f will be a *MyFooer.
    return f.Foo()
}

var Set = wire.NewSet(
    provideMyFooer,
    wire.Bind(new(Fooer), new(*MyFooer)),
    provideBar)

五、对比 Spring Boot 的依赖注入

Spring Boot的依赖注入(DI)和Golang开源库Wire的依赖注入在设计思路上存在一些相同点和不同点。以下是对这些相同点和不同点的分析:

相同点

  1. 降低耦合度:两者都通过依赖注入的方式实现了代码的松耦合。这意味着,一个对象不需要显式地创建或查找它所依赖的其他对象,这些依赖项会由外部容器(如Spring容器)或工具(如Wire)自动提供。
  2. 提高可测试性:由于依赖关系被解耦,可以更容易地替换依赖项以进行单元测试。无论是Spring Boot还是使用Wire的Golang应用,都可以轻松地为组件提供模拟或存根的依赖项以进行测试。
  3. 灵活性:两者都允许在不修改组件代码的情况下替换依赖项。这使得应用程序在维护和扩展时更加灵活。

不同点

  1. 实现方式
    • Spring Boot的依赖注入是基于Java的反射机制和Spring框架的容器管理功能实现的。Spring容器负责创建和管理Bean的生命周期,并在需要时自动注入依赖项,核心在于运行时
    • Wire是一个Golang的代码生成工具,它通过分析代码中的构造函数和结构体标签,自动生成依赖注入的代码(减少人工工作量),在开发阶段 已经通过工具生成好了依赖注入的代码,程序编译时,资源之间的依赖关系已经固定。
  2. 配置方式
    • Spring Boot的依赖注入通常通过配置文件(如application.properties或application.yml)和注解(如@Autowired)进行配置。开发者可以在配置文件中定义Bean的属性,并通过注解在需要注入的地方指明依赖关系。
    • Wire则通过特殊的Go文件(通常是wire.go文件)来定义类型之间的依赖关系。这些文件包含了用于生成依赖注入代码的指令和元数据。
  3. 运行时开销
    • Spring Boot的依赖注入在运行时需要依赖Spring容器来管理Bean的生命周期和依赖关系。这可能会引入一些额外的运行时开销,特别是在大型应用程序中。
    • Wire在编译时生成依赖注入的代码,因此它在运行时没有额外的开销。这使得使用Wire的Golang应用程序通常具有更好的性能。

六、参考资料

kratos:https://go-kratos.dev/en/docs/getting-started/start/

wire:https://github.com/google/wire/blob/main/_tutorial/README.md

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