Android Dagger2 原理深度剖析

一、绪论

1.1 依赖注入在 Android 开发中的重要性

在 Android 开发的复杂生态中，构建高效、可维护和可测试的应用程序是开发者们始终追求的目标。依赖注入（Dependency Injection，简称 DI）作为一种关键的设计模式，在达成这一目标的过程中发挥着至关重要的作用。

传统的开发方式中，对象之间的依赖关系通常在对象内部进行创建和管理。例如，一个 UserService 类可能在其内部直接创建 UserRepository 对象：

java

public class UserService {
    private UserRepository userRepository;

    public UserService() {
        this.userRepository = new UserRepository();
    }

    public void getUserData() {
        userRepository.fetchUserData();
    }
}

这种方式虽然简单直接，但存在诸多问题。首先，UserService 类与 UserRepository 类之间的耦合度极高，一旦 UserRepository 类的实现发生变化，或者需要替换为其他实现，就必须修改 UserService 类的代码。其次，在进行单元测试时，很难对 UserService 类进行独立测试，因为它依赖于具体的 UserRepository 实现。

而依赖注入则打破了这种紧密的耦合关系。通过依赖注入，对象不再自己创建其依赖的对象，而是通过外部传入的方式获取这些依赖。例如：

java

public class UserService {
    private UserRepository userRepository;

    public UserService(UserRepository userRepository) {
        this.userRepository = userRepository;
    }

    public void getUserData() {
        userRepository.fetchUserData();
    }
}

在这个改进后的代码中，UserService 类的构造函数接收一个 UserRepository 对象作为参数。这样，UserService 类与 UserRepository 类之间的耦合度大大降低，我们可以轻松地替换 UserRepository 的实现，并且在单元测试时可以使用模拟对象（Mock Object）来替代真实的 UserRepository 对象，从而提高代码的可测试性。

1.2 Dagger2 简介

Dagger2 是 Google 开源的一个依赖注入框架，它在 Android 开发中得到了广泛的应用。与其他依赖注入框架（如 Guice）不同，Dagger2 是一个基于编译时注解处理器的框架，它在编译时生成依赖注入的代码，避免了运行时反射带来的性能开销。

Dagger2 的核心概念包括 @Inject、@Module、@Provides 和 @Component 等注解。@Inject 注解用于标记需要注入的对象或构造函数；@Module 注解用于标记一个类为模块类，模块类中可以包含多个使用 @Provides 注解标记的方法，这些方法用于提供依赖对象；@Component 注解用于标记一个接口为组件接口，组件接口是连接模块和需要依赖注入的类的桥梁。

1.3 本文的目标和结构

本文的目标是从源码级别深入剖析 Dagger2 的原理，帮助开发者全面理解 Dagger2 的工作机制，从而更好地使用这个框架。

本文将按照以下结构进行组织：

• 第二部分将详细介绍依赖注入的基础概念，包括依赖注入的定义、优点和常见的实现方式。
• 第三部分将介绍 Dagger2 的基础使用，包括如何引入 Dagger2 依赖、定义依赖对象、模块、组件以及如何使用 Dagger2 进行依赖注入。
• 第四部分将深入分析 Dagger2 的源码，包括注解处理器的原理、@Inject、@Module、@Provides 和 @Component 注解的处理过程，以及生成的代码的详细解析。
• 第五部分将介绍 Dagger2 的高级特性，如作用域、子组件等，并分析其实现原理。
• 第六部分将通过实际案例展示 Dagger2 在 Android 开发中的应用，包括如何在 Activity、Fragment 等组件中使用 Dagger2 进行依赖注入。
• 第七部分将对 Dagger2 的性能进行分析，包括与其他依赖注入框架的性能比较，以及如何优化 Dagger2 的使用以提高性能。
• 第八部分将总结全文，强调 Dagger2 在 Android 开发中的重要性，并给出使用 Dagger2 的一些建议。

二、依赖注入基础概念

2.1 依赖注入的定义

依赖注入是一种设计模式，它将对象的依赖关系从对象本身的创建过程中分离出来。简单来说，就是一个对象不自己创建它所依赖的对象，而是通过外部传入的方式来获取这些依赖对象。这种模式使得对象之间的耦合度降低，提高了代码的可测试性、可维护性和可扩展性。

2.2 依赖注入的优点

2.2.1 可测试性

依赖注入使得代码的可测试性大大提高。在单元测试中，我们可以轻松地使用模拟对象（Mock Object）来替代真实的依赖对象，从而对目标对象进行独立测试。例如，对于上面提到的 UserService 类，在单元测试中可以使用 Mockito 等框架创建一个 UserRepository 的模拟对象，并将其注入到 UserService 类中：

java

import static org.mockito.Mockito.*;

import org.junit.Test;

public class UserServiceTest {
    @Test
    public void testGetUserData() {
        // 创建 UserRepository 的模拟对象
        UserRepository mockUserRepository = mock(UserRepository.class);
        // 创建 UserService 实例，并注入模拟对象
        UserService userService = new UserService(mockUserRepository);

        // 调用 getUserData 方法
        userService.getUserData();

        // 验证 UserRepository 的 fetchUserData 方法是否被调用
        verify(mockUserRepository, times(1)).fetchUserData();
    }
}

通过这种方式，我们可以独立地测试 UserService 类的逻辑，而不受 UserRepository 类具体实现的影响。

2.2.2 可维护性

依赖注入使得代码的结构更加清晰，各个组件之间的依赖关系更加明确。当需要修改或替换某个依赖对象时，只需要在注入的地方进行修改，而不需要修改使用依赖对象的代码。例如，如果需要将 UserRepository 的实现从 UserRepositoryImpl 替换为 AnotherUserRepositoryImpl，只需要在创建 UserService 实例时传入新的 AnotherUserRepositoryImpl 对象即可：

java

UserRepository anotherUserRepository = new AnotherUserRepositoryImpl();
UserService userService = new UserService(anotherUserRepository);

这种方式大大降低了代码的维护成本。

2.2.3 可扩展性

依赖注入为代码的扩展提供了便利。当需要添加新的依赖对象时，只需要在注入的地方添加相应的依赖，而不需要修改使用依赖对象的代码。例如，如果 UserService 类需要添加一个新的依赖对象 UserValidator，只需要修改 UserService 类的构造函数和创建 UserService 实例的地方：

java

public class UserService {
    private UserRepository userRepository;
    private UserValidator userValidator;

    public UserService(UserRepository userRepository, UserValidator userValidator) {
        this.userRepository = userRepository;
        this.userValidator = userValidator;
    }

    public void getUserData() {
        if (userValidator.validateUser()) {
            userRepository.fetchUserData();
        }
    }
}

UserRepository userRepository = new UserRepositoryImpl();
UserValidator userValidator = new UserValidatorImpl();
UserService userService = new UserService(userRepository, userValidator);

2.3 依赖注入的常见实现方式

2.3.1 构造函数注入

构造函数注入是最常见的依赖注入方式之一。在这种方式中，对象的依赖对象通过构造函数传入。例如：

java

public class Car {
    private Engine engine;

    public Car(Engine engine) {
        this.engine = engine;
    }

    public void start() {
        engine.start();
    }
}

public class Engine {
    public void start() {
        System.out.println("Engine started");
    }
}

在这个例子中，Car 类的构造函数接收一个 Engine 对象作为参数，从而实现了 Engine 对象的注入。

2.3.2 Setter 方法注入

Setter 方法注入是另一种常见的依赖注入方式。在这种方式中，对象的依赖对象通过 setter 方法传入。例如：

java

public class Car {
    private Engine engine;

    public void setEngine(Engine engine) {
        this.engine = engine;
    }

    public void start() {
        if (engine != null) {
            engine.start();
        }
    }
}

public class Engine {
    public void start() {
        System.out.println("Engine started");
    }
}

在这个例子中，Car 类提供了一个 setEngine 方法，用于设置 Engine 对象。

2.3.3 接口注入

接口注入是一种相对较少使用的依赖注入方式。在这种方式中，对象实现一个特定的接口，该接口定义了一个注入依赖对象的方法。例如：

java

interface EngineInjectable {
    void injectEngine(Engine engine);
}

public class Car implements EngineInjectable {
    private Engine engine;

    @Override
    public void injectEngine(Engine engine) {
        this.engine = engine;
    }

    public void start() {
        if (engine != null) {
            engine.start();
        }
    }
}

public class Engine {
    public void start() {
        System.out.println("Engine started");
    }
}

在这个例子中，Car 类实现了 EngineInjectable 接口，并实现了 injectEngine 方法，用于注入 Engine 对象。

三、Dagger2 基础使用

3.1 引入 Dagger2 依赖

在 Android 项目中使用 Dagger2，需要在 build.gradle 文件中添加以下依赖：

groovy

// 添加 Dagger2 核心库依赖
implementation 'com.google.dagger:dagger:2.x'
// 添加 Dagger2 注解处理器依赖
annotationProcessor 'com.google.dagger:dagger-compiler:2.x'

其中 2.x 是 Dagger2 的版本号，需要根据实际情况进行替换。如果使用的是 Android Gradle Plugin 3.4 及以上版本，也可以使用 kapt 来替代 annotationProcessor：

groovy

// 添加 Dagger2 核心库依赖
implementation 'com.google.dagger:dagger:2.x'
// 使用 kapt 处理 Dagger2 注解
kapt 'com.google.dagger:dagger-compiler:2.x'

同时，需要在项目的 build.gradle 文件中添加 kapt 插件：

groovy

plugins {
    id 'kotlin-kapt'
}

3.2 定义依赖对象

假设我们有一个简单的 Android 应用，需要获取用户数据。我们可以定义以下几个类：

java

// 用户仓库类，负责处理用户相关的数据操作
public class UserRepository {
    private ApiService apiService;

    // 通过构造函数注入 ApiService 对象
    public UserRepository(ApiService apiService) {
        this.apiService = apiService;
    }

    public void getUserData() {
        apiService.fetchUserData();
    }
}

// 接口，定义获取用户数据的方法
public interface ApiService {
    void fetchUserData();
}

// 接口的实现类，具体实现获取用户数据的逻辑
public class ApiServiceImpl implements ApiService {
    @Override
    public void fetchUserData() {
        System.out.println("Fetching user data from API");
    }
}

在这个例子中，UserRepository 类依赖于 ApiService 类，通过构造函数注入 ApiService 对象。

3.3 定义模块（Module）

模块是 Dagger2 中用于提供依赖对象的类，使用 @Module 和 @Provides 注解来定义。模块类通常包含多个使用 @Provides 注解标记的方法，这些方法用于提供依赖对象。

java

import dagger.Module;
import dagger.Provides;

// 标记为 Dagger2 的模块类
@Module
public class AppModule {
    // 提供 ApiService 对象的方法
    @Provides
    public ApiService provideApiService() {
        return new ApiServiceImpl();
    }

    // 提供 UserRepository 对象的方法，依赖于 ApiService 对象
    @Provides
    public UserRepository provideUserRepository(ApiService apiService) {
        return new UserRepository(apiService);
    }
}

• @Module 注解：用于标记一个类为 Dagger2 的模块类。
• @Provides 注解：用于标记一个方法为提供依赖对象的方法。该方法的返回值类型即为提供的依赖对象的类型。

3.4 定义组件（Component）

组件是 Dagger2 中用于连接模块和需要依赖注入的类的桥梁，使用 @Component 注解来定义。组件接口通常包含一个或多个注入方法，用于将依赖对象注入到指定的类中。

java

import dagger.Component;

// 标记为 Dagger2 的组件类，关联 AppModule 模块
@Component(modules = {AppModule.class})
public interface AppComponent {
    // 注入方法，将依赖对象注入到 MainActivity 中
    void inject(MainActivity mainActivity);
}

• @Component 注解：用于标记一个接口为 Dagger2 的组件接口。
• modules 属性：指定该组件依赖的模块。可以指定多个模块，用逗号分隔。
• inject 方法：用于将依赖对象注入到指定的类中。方法的参数类型即为需要注入依赖对象的类的类型。

3.5 使用 Dagger2 进行依赖注入

在 MainActivity 中使用 Dagger2 进行依赖注入：

java

import javax.inject.Inject;

public class MainActivity {
    // 使用 @Inject 注解标记需要注入的对象
    @Inject
    UserRepository userRepository;

    public MainActivity() {
        // 创建 AppComponent 实例
        AppComponent appComponent = DaggerAppComponent.create();
        // 调用 inject 方法进行依赖注入
        appComponent.inject(this);
    }

    public void doSomething() {
        userRepository.getUserData();
    }
}

• @Inject 注解：用于标记需要注入的对象。可以标记构造函数、字段或方法。
• DaggerAppComponent：是 Dagger2 编译时生成的组件实现类。通过调用 create 方法创建组件实例。
• inject 方法：调用组件的 inject 方法将依赖对象注入到 MainActivity 中。

四、Dagger2 源码分析

4.1 注解处理器原理

4.1.1 注解处理器概述

Dagger2 是一个基于注解处理器的框架，它在编译时通过注解处理器扫描代码中的注解，生成依赖注入的代码。注解处理器是 Java 编译器的一个扩展，它可以在编译过程中处理注解，并生成新的 Java 代码。

4.1.2 注解处理器的工作流程

1. 编译器启动：当我们编译项目时，Java 编译器会启动注解处理器。
2. 注解扫描 ：注解处理器会扫描项目中的所有 Java 源文件，查找使用了 Dagger2 注解（如 @Inject、@Module、@Provides、@Component 等）的类和方法。
3. 代码生成：根据扫描到的注解信息，注解处理器会生成相应的 Java 代码，这些代码实现了依赖注入的逻辑。
4. 编译生成的代码：生成的 Java 代码会和项目中的其他代码一起被编译成字节码文件。

4.1.3 Dagger2 注解处理器的实现

Dagger2 的注解处理器位于 dagger-compiler 库中，主要的注解处理器类是 DaggerProcessor。以下是 DaggerProcessor 类的详细代码分析：

java

// 继承 AbstractProcessor 类，实现注解处理器的核心逻辑
public final class DaggerProcessor extends AbstractProcessor {
    // 支持的注解类型
    private static final Set<String> SUPPORTED_ANNOTATIONS = ImmutableSet.of(
            Inject.class.getCanonicalName(),
            Module.class.getCanonicalName(),
            Provides.class.getCanonicalName(),
            Component.class.getCanonicalName(),
            Subcomponent.class.getCanonicalName(),
            // 其他注解类型...
    );

    // 返回支持的注解类型
    @Override
    public Set<String> getSupportedAnnotationTypes() {
        return SUPPORTED_ANNOTATIONS;
    }

    // 返回支持的源文件版本
    @Override
    public SourceVersion getSupportedSourceVersion() {
        return SourceVersion.latestSupported();
    }

    // 处理注解的核心方法
    @Override
    public boolean process(Set<? extends TypeElement> annotations, RoundEnvironment roundEnv) {
        // 处理 @Inject 注解
        InjectBindingRegistry injectBindingRegistry = new InjectBindingRegistry(processingEnv);
        injectBindingRegistry.registerInjectBindings(roundEnv);

        // 处理 @Module 注解
        ModuleBindingRegistry moduleBindingRegistry = new ModuleBindingRegistry(processingEnv);
        moduleBindingRegistry.registerModuleBindings(roundEnv);

        // 处理 @Component 注解
        ComponentProcessingStep componentProcessingStep = new ComponentProcessingStep(
                processingEnv,
                injectBindingRegistry,
                moduleBindingRegistry
        );
        componentProcessingStep.process(roundEnv);

        return true;
    }
}

• getSupportedAnnotationTypes 方法：返回注解处理器支持的注解类型，这里包含了 Dagger2 常用的注解。
• getSupportedSourceVersion 方法：返回注解处理器支持的源文件版本，通常是最新支持的版本。
• process 方法：是注解处理器的核心方法，它会处理扫描到的注解。在这个方法中，分别处理了 @Inject、@Module 和 @Component 注解，并生成相应的代码。

4.2 @Inject 注解的处理

4.2.1 构造函数注入

假设我们有一个 User 类，使用 @Inject 注解标记其构造函数：

java

// 用户类，使用 @Inject 注解标记构造函数
public class User {
    private String name;

    // 使用 @Inject 注解标记构造函数
    @Inject
    public User(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }
}

注解处理器会生成一个 User_Factory 类，用于创建 User 对象：

java

// 生成的 User 类的工厂类
public final class User_Factory implements Factory<User> {
    // 提供 String 类型依赖的 Provider 对象
    private final Provider<String> nameProvider;

    // 构造函数，接收 String 类型依赖的 Provider 对象
    public User_Factory(Provider<String> nameProvider) {
        this.nameProvider = nameProvider;
    }

    // 创建 User 对象的方法
    @Override
    public User get() {
        // 调用 User 的构造函数，传入依赖对象
        return new User(nameProvider.get());
    }

    // 创建 User_Factory 实例的静态方法
    public static User_Factory create(Provider<String> nameProvider) {
        return new User_Factory(nameProvider);
    }
}

• User_Factory 类实现了 Factory 接口，用于创建 User 对象。
• nameProvider 是一个 Provider 对象，用于提供 String 类型的依赖。
• get 方法是创建 User 对象的核心方法，它会调用 User 的构造函数，并传入依赖对象。
• create 方法是一个静态方法，用于创建 User_Factory 实例。

4.2.2 字段注入

假设我们有一个 MainActivity 类，使用 @Inject 注解标记其字段：

java

import javax.inject.Inject;

public class MainActivity {
    // 使用 @Inject 注解标记需要注入的字段
    @Inject
    User user;

    public MainActivity() {
        // 创建组件实例并进行依赖注入
        AppComponent appComponent = DaggerAppComponent.create();
        appComponent.inject(this);
    }

    public void doSomething() {
        System.out.println(user.getName());
    }
}

注解处理器会生成一个 MainActivity_MembersInjector 类，用于将依赖对象注入到 MainActivity 的字段中：

java

// 生成的 MainActivity 类的成员注入器类
public final class MainActivity_MembersInjector implements MembersInjector<MainActivity> {
    // 提供 User 对象的 Provider 对象
    private final Provider<User> userProvider;

    // 构造函数，接收 User 对象的 Provider 对象
    public MainActivity_MembersInjector(Provider<User> userProvider) {
        this.userProvider = userProvider;
    }

    // 注入方法，将 User 对象注入到 MainActivity 的 user 字段中
    @Override
    public void injectMembers(MainActivity instance) {
        if (instance == null) {
            throw new NullPointerException("Cannot inject members into a null reference");
        }
        // 注入 User 对象
        instance.user = userProvider.get();
    }

    // 创建 MainActivity_MembersInjector 实例的静态方法
    public static MainActivity_MembersInjector create(Provider<User> userProvider) {
        return new MainActivity_MembersInjector(userProvider);
    }
}

• MainActivity_MembersInjector 类实现了 MembersInjector 接口，用于将依赖对象注入到 MainActivity 的字段中。
• userProvider 是一个 Provider 对象，用于提供 User 对象。
• injectMembers 方法是注入的核心方法，它会将 User 对象注入到 MainActivity 的 user 字段中。
• create 方法是一个静态方法，用于创建 MainActivity_MembersInjector 实例。

4.3 @Module 和 @Provides 注解的处理

4.3.1 模块类和提供方法

假设我们有一个 AppModule 类，使用 @Module 和 @Provides 注解提供 User 对象：

java

import dagger.Module;
import dagger.Provides;

// 标记为 Dagger2 的模块类
@Module
public class AppModule {
    // 提供 User 对象的方法
    @Provides
    public User provideUser() {
        return new User("John");
    }
}

注解处理器会生成一个 AppModule_ProvideUserFactory 类，用于提供 User 对象：

java

// 生成的 AppModule 类中 provideUser 方法的工厂类
public final class AppModule_ProvideUserFactory implements Factory<User> {
    // AppModule 实例
    private final AppModule module;

    // 构造函数，接收 AppModule 实例
    public AppModule_ProvideUserFactory(AppModule module) {
        this.module = module;
    }

    // 创建 User 对象的方法
    @Override
    public User get() {
        // 调用 AppModule 的 provideUser 方法创建 User 对象
        return provideUser(module);
    }

    // 调用 AppModule 的 provideUser 方法的静态方法
    public static User provideUser(AppModule instance) {
        return instance.provideUser();
    }

    // 创建 AppModule_ProvideUserFactory 实例的静态方法
    public static AppModule_ProvideUserFactory create(AppModule module) {
        return new AppModule_ProvideUserFactory(module);
    }
}

• AppModule_ProvideUserFactory 类实现了 Factory 接口，用于提供 User 对象。
• module 是 AppModule 实例，用于调用 provideUser 方法。
• get 方法是提供 User 对象的核心方法，它会调用 AppModule 的 provideUser 方法。
• provideUser 方法是一个静态方法，用于调用 AppModule 的 provideUser 方法。
• create 方法是一个静态方法，用于创建 AppModule_ProvideUserFactory

接着上面的回答继续分析下去啊

4.3 @Module 和 @Provides 注解的处理

4.3.2 多参数的 @Provides 方法

当 @Provides 方法有多个参数时，Dagger2 会自动解析这些参数的依赖关系。例如，假设 User 类的构造函数需要 String 类型的 name 和 int 类型的 age，AppModule 可以这样定义：

java

import dagger.Module;
import dagger.Provides;

@Module
public class AppModule {
    @Provides
    public String provideName() {
        return "Alice";
    }

    @Provides
    public int provideAge() {
        return 25;
    }

    @Provides
    public User provideUser(String name, int age) {
        return new User(name, age);
    }
}

注解处理器会生成相应的工厂类来处理这些依赖关系。对于 provideUser 方法，会生成 AppModule_ProvideUserFactory 类：

java

import javax.inject.Provider;

public final class AppModule_ProvideUserFactory implements Factory<User> {
    private final AppModule module;
    private final Provider<String> nameProvider;
    private final Provider<Integer> ageProvider;

    public AppModule_ProvideUserFactory(AppModule module, Provider<String> nameProvider, Provider<Integer> ageProvider) {
        this.module = module;
        this.nameProvider = nameProvider;
        this.ageProvider = ageProvider;
    }

    @Override
    public User get() {
        return provideUser(module, nameProvider.get(), ageProvider.get());
    }

    public static User provideUser(AppModule instance, String name, int age) {
        return instance.provideUser(name, age);
    }

    public static AppModule_ProvideUserFactory create(AppModule module, Provider<String> nameProvider, Provider<Integer> ageProvider) {
        return new AppModule_ProvideUserFactory(module, nameProvider, ageProvider);
    }
}

在这个工厂类中，nameProvider 和 ageProvider 分别用于提供 String 类型的 name 和 int 类型的 age。get 方法会调用 AppModule 的 provideUser 方法，并传入解析后的依赖参数。

4.3.3 @Provides 方法的依赖解析流程

当 Dagger2 处理 @Provides 方法时，会按照以下步骤进行依赖解析：

1. 查找依赖源 ：对于 @Provides 方法的每个参数，Dagger2 会在所有的模块中查找能够提供该参数类型的 @Provides 方法或者使用 @Inject 注解的构造函数。
2. 创建依赖工厂 ：对于找到的依赖源，Dagger2 会生成相应的工厂类。例如，如果找到一个 @Provides 方法来提供某个依赖，就会生成对应的 Module_ProvideXFactory 类；如果是使用 @Inject 注解的构造函数，就会生成对应的 X_Factory 类。
3. 构建依赖图：Dagger2 会构建一个依赖图，记录各个依赖之间的关系。在这个图中，每个节点代表一个依赖对象，边表示依赖关系。
4. 解析依赖：在需要创建某个依赖对象时，Dagger2 会根据依赖图递归地解析其所有依赖，直到找到所有的依赖源，并使用对应的工厂类创建依赖对象。

4.4 @Component 注解的处理

4.4.1 组件的依赖管理

@Component 注解标记的组件接口负责管理和提供依赖对象。组件可以依赖一个或多个模块，并且可以将这些模块提供的依赖对象注入到需要的类中。

组件的依赖管理主要包括以下几个方面：

• 模块关联 ：通过 @Component 注解的 modules 属性关联一个或多个模块。例如：

java

import dagger.Component;

@Component(modules = {AppModule.class, AnotherModule.class})
public interface AppComponent {
    void inject(MainActivity mainActivity);
}

在这个例子中，AppComponent 关联了 AppModule 和 AnotherModule 两个模块，这意味着 AppComponent 可以使用这两个模块提供的所有依赖对象。

• 依赖查找 ：当组件需要提供某个依赖对象时，会首先在关联的模块中查找能够提供该对象的 @Provides 方法。如果找不到，会继续查找使用 @Inject 注解的构造函数。
• 依赖注入 ：组件通过注入方法（如 inject 方法）将依赖对象注入到目标类中。在注入过程中，组件会根据依赖图递归地解析所有依赖，并使用对应的工厂类创建依赖对象。

4.4.2 组件的生成代码分析

继续以之前的 AppComponent 为例，注解处理器会生成 DaggerAppComponent 类：

java

import javax.inject.Provider;

public final class DaggerAppComponent implements AppComponent {
    private final AppModule appModule;
    private final AnotherModule anotherModule;
    private final Provider<User> userProvider;
    private final MainActivity_MembersInjector mainActivityMembersInjector;

    private DaggerAppComponent(Builder builder) {
        this.appModule = builder.appModule;
        this.anotherModule = builder.anotherModule;
        this.userProvider = AppModule_ProvideUserFactory.create(appModule);
        this.mainActivityMembersInjector = MainActivity_MembersInjector.create(userProvider);
    }

    public static Builder builder() {
        return new Builder();
    }

    public static AppComponent create() {
        return builder().build();
    }

    @Override
    public void inject(MainActivity mainActivity) {
        mainActivityMembersInjector.injectMembers(mainActivity);
    }

    public static final class Builder {
        private AppModule appModule;
        private AnotherModule anotherModule;

        private Builder() {}

        public Builder appModule(AppModule appModule) {
            this.appModule = appModule;
            return this;
        }

        public Builder anotherModule(AnotherModule anotherModule) {
            this.anotherModule = anotherModule;
            return this;
        }

        public AppComponent build() {
            if (appModule == null) {
                throw new IllegalStateException(AppModule.class.getCanonicalName() + " must be set");
            }
            if (anotherModule == null) {
                throw new IllegalStateException(AnotherModule.class.getCanonicalName() + " must be set");
            }
            return new DaggerAppComponent(this);
        }
    }
}

• 成员变量 ：DaggerAppComponent 类包含了关联的模块实例（appModule 和 anotherModule）、依赖对象的工厂类实例（userProvider）以及目标类的成员注入器实例（mainActivityMembersInjector）。
• 构造函数 ：在构造函数中，会初始化各个成员变量。例如，userProvider 是通过 AppModule_ProvideUserFactory.create(appModule) 方法创建的，mainActivityMembersInjector 是通过 MainActivity_MembersInjector.create(userProvider) 方法创建的。
• 注入方法 ：inject 方法会调用 mainActivityMembersInjector 的 injectMembers 方法，将依赖对象注入到 MainActivity 中。
• 构建器模式 ：Builder 类用于构建 DaggerAppComponent 实例。通过 appModule 和 anotherModule 方法可以设置关联的模块，最后调用 build 方法创建 DaggerAppComponent 实例。

4.5 依赖注入的执行流程

4.5.1 组件创建

当我们调用 DaggerAppComponent.create() 方法时，实际上是调用了 Builder 类的 build 方法。build 方法会创建一个 DaggerAppComponent 实例，并初始化其成员变量。在初始化过程中，会根据关联的模块和依赖关系创建各个依赖对象的工厂类实例。

4.5.2 依赖解析

当调用组件的 inject 方法时，会触发依赖解析过程。具体步骤如下：

1. 获取目标类的成员注入器 ：例如，在 DaggerAppComponent 的 inject 方法中，会获取 MainActivity_MembersInjector 实例。
2. 解析依赖对象 ：MainActivity_MembersInjector 会根据 MainActivity 类中使用 @Inject 注解标记的字段，解析这些字段的依赖对象。例如，如果 MainActivity 类中有一个 User 类型的字段，MainActivity_MembersInjector 会通过 userProvider 获取 User 对象。
3. 递归解析依赖 ：如果 User 对象本身还有其他依赖，Dagger2 会递归地解析这些依赖，直到找到所有的依赖源。
4. 注入依赖对象 ：最后，MainActivity_MembersInjector 会将解析得到的依赖对象注入到 MainActivity 类的相应字段中。

4.5.3 依赖注入的优化

为了提高依赖注入的性能，Dagger2 采用了一些优化策略：

• 编译时生成代码：Dagger2 在编译时生成依赖注入的代码，避免了运行时反射带来的性能开销。
• 缓存机制：Dagger2 会对已经创建的依赖对象进行缓存，避免重复创建。例如，对于单例对象，只会创建一次并缓存起来，后续使用时直接从缓存中获取。
• 依赖图优化：Dagger2 会对依赖图进行优化，减少不必要的依赖查找和创建过程。

4.6 源码中的核心类和接口分析

4.6.1 Factory 接口

Factory 接口是 Dagger2 中用于创建依赖对象的核心接口。其定义如下：

java

public interface Factory<T> {
    T get();
}

所有生成的工厂类（如 User_Factory、AppModule_ProvideUserFactory 等）都实现了这个接口。get 方法用于创建并返回依赖对象。

4.6.2 Provider 接口

Provider 接口也是用于提供依赖对象的接口，它继承自 Factory 接口：

java

public interface Provider<T> extends Factory<T> {
    @Override
    T get();
}

Provider 接口和 Factory 接口的主要区别在于，Provider 接口强调了提供依赖对象的功能，而 Factory 接口更侧重于创建依赖对象。在 Dagger2 的实现中，Provider 接口的使用更为广泛。

4.6.3 MembersInjector 接口

MembersInjector 接口用于将依赖对象注入到目标类的成员字段中。其定义如下：

java

public interface MembersInjector<T> {
    void injectMembers(T instance);
}

所有生成的成员注入器类（如 MainActivity_MembersInjector）都实现了这个接口。injectMembers 方法用于将依赖对象注入到目标类的实例中。

4.6.4 Component 接口

Component 接口是 Dagger2 中组件的核心接口，它定义了组件的注入方法。例如：

java

import dagger.Component;

@Component(modules = {AppModule.class})
public interface AppComponent {
    void inject(MainActivity mainActivity);
}

注解处理器会生成实现该接口的具体组件类（如 DaggerAppComponent），并实现 inject 方法。

4.7 注解处理器的性能分析

4.7.1 编译时性能

注解处理器在编译时生成依赖注入的代码，会增加一定的编译时间。但是，由于 Dagger2 采用了高效的代码生成算法和优化策略，编译时间的增加通常是可以接受的。特别是在大型项目中，编译时的性能开销可以通过并行编译和增量编译等技术来缓解。

4.7.2 运行时性能

由于 Dagger2 在编译时生成了所有的依赖注入代码，避免了运行时反射，因此运行时的性能开销非常小。与使用反射进行依赖注入的框架相比，Dagger2 的运行时性能有显著提升。特别是在对性能要求较高的 Android 应用中，Dagger2 的优势更加明显。

4.8 注解处理器的错误处理

4.8.1 注解使用错误

如果在代码中使用了错误的 Dagger2 注解，注解处理器会在编译时抛出错误。例如，如果在一个非模块类上使用了 @Module 注解，注解处理器会提示错误信息。

4.8.2 依赖解析错误

当依赖解析失败时，注解处理器会抛出相应的错误信息。例如，如果某个 @Provides 方法的参数无法找到对应的依赖源，注解处理器会提示依赖解析错误。

4.8.3 组件配置错误

如果组件的配置出现错误，如关联的模块不存在或者注入方法的参数类型不匹配，注解处理器也会抛出错误信息。这些错误信息可以帮助开发者快速定位和解决问题。

五、Dagger2 高级特性分析

5.1 作用域（Scope）

5.1.1 作用域的概念

作用域是 Dagger2 中用于控制依赖对象生命周期的机制。通过使用作用域注解，我们可以指定某个依赖对象在特定的作用域内是单例的，或者在该作用域内保持一致。

5.1.2 @Singleton 注解

@Singleton 注解是 Dagger2 中最常用的作用域注解，它表示某个依赖对象在整个应用的生命周期内是单例的。例如：

java

import dagger.Component;
import javax.inject.Singleton;

@Singleton
@Component(modules = {AppModule.class})
public interface AppComponent {
    void inject(MainActivity mainActivity);
}

import dagger.Module;
import dagger.Provides;
import javax.inject.Singleton;

@Module
public class AppModule {
    @Provides
    @Singleton
    public User provideUser() {
        return new User("John");
    }
}

在这个例子中，AppComponent 被标记为 @Singleton，表示该组件的作用域是整个应用。provideUser 方法也被标记为 @Singleton，表示 User 对象在整个应用的生命周期内是单例的。

5.1.3 自定义作用域注解

除了 @Singleton 注解，我们还可以自定义作用域注解。例如，我们可以定义一个 @ActivityScope 注解，用于表示某个依赖对象在 Activity 的生命周期内是单例的：

java

import javax.inject.Scope;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;

@Scope
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface ActivityScope {
}

然后在组件和提供依赖对象的方法中使用该注解：

java

import dagger.Component;

@ActivityScope
@Component(modules = {ActivityModule.class})
public interface ActivityComponent {
    void inject(Activity activity);
}

import dagger.Module;
import dagger.Provides;

@Module
public class ActivityModule {
    @Provides
    @ActivityScope
    public SomeDependency provideSomeDependency() {
        return new SomeDependency();
    }
}

5.1.4 作用域的实现原理

Dagger2 通过生成的代码来实现作用域的功能。对于使用 @Singleton 注解的依赖对象，Dagger2 会使用一个单例工厂类来管理该对象的创建和获取。例如，对于 User 对象，会生成一个类似 DoubleCheck 的单例工厂类：

java

import javax.inject.Provider;

public final class DoubleCheck<T> implements Provider<T> {
    private static final Object UNINITIALIZED = new Object();
    private volatile Provider<T> provider;
    private volatile Object instance = UNINITIALIZED;

    private DoubleCheck(Provider<T> provider) {
        this.provider = provider;
    }

    @SuppressWarnings("unchecked")
    @Override
    public T get() {
        Object result = instance;
        if (result == UNINITIALIZED) {
            synchronized (this) {
                result = instance;
                if (result == UNINITIALIZED) {
                    result = provider.get();
                    instance = result;
                    provider = null;
                }
            }
        }
        return (T) result;
    }

    public static <P extends Provider<T>, T> Provider<T> provider(P delegate) {
        if (delegate instanceof DoubleCheck) {
            return delegate;
        }
        return new DoubleCheck<T>(delegate);
    }
}

在这个单例工厂类中，使用了双重检查锁定机制来确保 User 对象只被创建一次。

5.2 子组件（Subcomponent）

5.2.1 子组件的概念

子组件是 Dagger2 中用于实现组件嵌套的机制。子组件可以继承父组件的依赖，并提供自己的依赖。子组件通常用于处理特定的作用域，如 Activity 级别的作用域。

5.2.2 定义子组件

假设我们有一个 AppComponent 作为父组件，一个 ActivityComponent 作为子组件：

java

import dagger.Component;
import javax.inject.Singleton;

@Singleton
@Component(modules = {AppModule.class})
public interface AppComponent {
    ActivityComponent.Builder activityComponent();
}

import dagger.Subcomponent;

@ActivityScope
@Subcomponent(modules = {ActivityModule.class})
public interface ActivityComponent {
    void inject(Activity activity);

    @Subcomponent.Builder
    interface Builder {
        ActivityComponent build();
    }
}

AppComponent 中定义了一个 activityComponent 方法，用于获取 ActivityComponent 的构建器。ActivityComponent 是一个子组件，使用 @Subcomponent 注解标记，它可以继承 AppComponent 的依赖，并提供自己的依赖。

5.2.3 子组件的实现原理

在生成的代码中，子组件会继承父组件的依赖，并在自己的作用域内管理依赖对象。例如，DaggerActivityComponent 类会持有 AppComponent 的引用，并根据需要创建和管理自己的依赖对象：

java

import javax.inject.Provider;

public final class DaggerActivityComponent implements ActivityComponent {
    private final AppComponent appComponent;
    private final ActivityModule activityModule;
    private final Provider<SomeDependency> someDependencyProvider;
    private final Activity_MembersInjector activityMembersInjector;

    private DaggerActivityComponent(Builder builder) {
        this.appComponent = builder.appComponent;
        this.activityModule = builder.activityModule;
        this.someDependencyProvider = ActivityModule_ProvideSomeDependencyFactory.create(activityModule);
        this.activityMembersInjector = Activity_MembersInjector.create(someDependencyProvider);
    }

    @Override
    public void inject(Activity activity) {
        activityMembersInjector.injectMembers(activity);
    }

    public static final class Builder {
        private AppComponent appComponent;
        private ActivityModule activityModule;

        private Builder() {}

        public Builder appComponent(AppComponent appComponent) {
            this.appComponent = appComponent;
            return this;
        }

        public Builder activityModule(ActivityModule activityModule) {
            this.activityModule = activityModule;
            return this;
        }

        public ActivityComponent build() {
            if (appComponent == null) {
                throw new IllegalStateException(AppComponent.class.getCanonicalName() + " must be set");
            }
            if (activityModule == null) {
                throw new IllegalStateException(ActivityModule.class.getCanonicalName() + " must be set");
            }
            return new DaggerActivityComponent(this);
        }
    }
}

• appComponent：持有父组件的引用，用于获取父组件提供的依赖对象。
• activityModule：子组件关联的模块，用于提供子组件自己的依赖对象。
• someDependencyProvider：子组件中依赖对象的工厂类实例，用于创建和提供依赖对象。
• activityMembersInjector：子组件的成员注入器实例，用于将依赖对象注入到目标类中。

5.2.4 子组件的使用场景

子组件的主要使用场景包括：

• Activity 和 Fragment 作用域：可以为每个 Activity 或 Fragment 创建一个子组件，确保在该 Activity 或 Fragment 的生命周期内，依赖对象是单例的。
• 模块化开发：在大型项目中，可以使用子组件来实现模块化开发，每个模块有自己的子组件，管理该模块的依赖对象。

5.3 多绑定（Multibindings）

5.3.1 多绑定的概念

多绑定是 Dagger2 中用于处理多个依赖对象的机制。通过多绑定，我们可以将多个依赖对象组合成一个集合，方便在代码中使用。

5.3.2 集合绑定

Dagger2 支持 Set 和 Map 类型的集合绑定。例如，我们可以使用 @IntoSet 和 @ElementsIntoSet 注解来实现 Set 绑定：

java

import dagger.Module;
import dagger.Provides;
import dagger.multibindings.IntoSet;

@Module
public class SetModule {
    @Provides
    @IntoSet
    public String provideString1() {
        return "String 1";
    }

    @Provides
    @IntoSet
    public String provideString2() {
        return "String 2";
    }

    @Provides
    @ElementsIntoSet
    public Set<String> provideStringSet() {
        return new HashSet<>(Arrays.asList("String 3", "String 4"));
    }
}

在这个例子中，provideString1 和 provideString2 方法使用 @IntoSet 注解将 String 对象添加到集合中，provideStringSet 方法使用 @ElementsIntoSet 注解将一个 Set 对象添加到集合中。

5.3.3 Map 绑定

我们可以使用 @IntoMap 和 @MapKey 注解来实现 Map 绑定：

java

import dagger.Module;
import dagger.Provides;
import dagger.multibindings.IntoMap;
import dagger.multibindings.StringKey;

@Module
public class MapModule {
    @Provides
    @IntoMap
    @StringKey("key1")
    public String provideValue1() {
        return "Value 1";
    }

    @Provides
    @IntoMap
    @StringKey("key2")
    public String provideValue2() {
        return "Value 2";
    }
}

在这个例子中，provideValue1 和 provideValue2 方法使用 @IntoMap 注解将 String 对象添加到 Map 中，@StringKey 注解用于指定 Map 的键。

5.3.4 多绑定的实现原理

Dagger2 通过生成的代码来实现多绑定的功能。对于集合绑定，会生成一个集合工厂类，用于收集和提供所有的依赖对象。对于 Map 绑定，会生成一个 Map 工厂类，用于收集和提供所有的键值对。

5.4 限定符（Qualifiers）

5.4.1 限定符的概念

限定符是 Dagger2 中用于区分相同类型的依赖对象的机制。当有多个相同类型的依赖对象时，我们可以使用限定符来指定使用哪个依赖对象。

5.4.2 自定义限定符注解

我们可以自定义限定符注解。例如，我们可以定义一个 @Named 注解的替代注解 @DatabaseName：

java

import javax.inject.Qualifier;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;

@Qualifier
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface DatabaseName {
}

5.4.3 使用限定符

在提供依赖对象的方法和需要注入依赖对象的字段中使用限定符注解：

java

import dagger.Module;
import dagger.Provides;

@Module
public class DatabaseModule {
    @Provides
    @DatabaseName
    public String provideDatabaseName() {
        return "my_database";
    }
}

import javax.inject.Inject;

public class DatabaseService {
    @Inject
    @DatabaseName
    String databaseName;

    public void printDatabaseName() {
        System.out.println("Database name: " + databaseName);
    }
}

在这个例子中，provideDatabaseName 方法使用 @DatabaseName 注解标记，DatabaseService 类的 databaseName 字段也使用 @DatabaseName 注解标记，这样 Dagger2 就可以正确地注入对应的依赖对象。

5.4.4 限定符的实现原理

Dagger2 在生成代码时，会根据限定符注解来区分不同的依赖对象。在依赖解析过程中，会根据限定符注解来选择合适的依赖对象进行注入。

六、Dagger2 在 Android 开发中的实际应用

6.1 在 Activity 中使用 Dagger2

6.1.1 定义模块和组件

首先，我们需要定义一个 ActivityModule 和 ActivityComponent 来管理 Activity 级别的依赖：

import dagger.Module;
import dagger.Provides;
import javax.inject.Singleton;

@Module
public class ActivityModule {
    private final Activity activity;

    public ActivityModule(Activity activity) {
        this.activity = activity;
    }

    @Provides
    @Singleton
    public Activity provideActivity() {
        return activity;
    }
}

import dagger.Component;
import javax.inject.Singleton;

@Singleton
@Component(modules = {ActivityModule.class})
public interface ActivityComponent {
    void inject(MainActivity mainActivity);
}

6.1.2 在 Activity 中注入依赖

在 MainActivity 中使用 Dagger2 进行依赖注入：

java

import android.app.Activity;
import android.os.Bundle;
import javax.inject.Inject;

public class MainActivity extends Activity {
    @Inject
    Activity activity;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);

        ActivityComponent activityComponent = DaggerActivityComponent.builder()
               .activityModule(new ActivityModule(this))
               .build();
        activityComponent.inject(this);

        // 使用注入的依赖对象