golang: Martini之inject源码分析

依赖注入(Dependency Injection)和控制反转(Inversion of Control)是同一个概念。在传统的程序设计过程中，调用者是自己来决定使用哪些被调用者实现的。但是在依赖注入模式中，创建被调用者的工作不再由调用者来完成，因此称为控制反转；创建被调用者实例的工作通常由注入器来完成，然后注入调用者，因此也称为依赖注入。

inject 是依赖注入的golang实现，作者是 codegangsta 。它能在运行时注入参数，调用方法。是Martini框架的基础核心。

我对依赖注入提取了以下2点性质：

1. 由注入器注入属性。

2. 由注入器创建被调用者实例。

在inject中，被调用者为func，因此注入属性也即对func注入实参(当然inject也可以注入struct，这样的话注入的属性就是struct中的已添加tag为`inject`的导出字段)。我们来看下普通的函数调用：

package main

import (
	"fmt"
)

func Say(name, gender string, age int) {
	fmt.Printf("My name is %s, gender is %s, age is %d!\n", name, gender, age)
}

func main() {
	Say("陈一回", "男", 20)
}

上面的例子中，定义了函数Say并在main方法中手动调用。这样总是可行的，但是有时候我们不得不面对这样一种情况：比如在web开发中，我们注册路由，服务器接受请求，然后根据request path调用相应的handler。这个handler必然不是由我们手动来调用的，而是由服务器端根据路由匹配来查找对应的handler并自动调用。

是时候引入inject了，尝试用inject改写上面的代码：

package main

import (
	"fmt"
	"github.com/codegangsta/inject"
)

type SpecialString interface{}

func Say(name string, gender SpecialString, age int) {
	fmt.Printf("My name is %s, gender is %s, age is %d!\n", name, gender, age)
}

func main() {
	inj := inject.New()
	inj.Map("陈一回")
	inj.MapTo("男", (*SpecialString)(nil))
	inj.Map(20)
	inj.Invoke(Say)
}

$ cd $GOPATH/src/injector_test
$ go build
$ ./injector_test
My name is 陈一回, gender is 男, age is 20!

看不懂？没关系，因为我们对于inject还没有足够的知识储备，一切从分析inject的源码开始。

inject包只有2个文件，一个是inject.go文件，还有一个是inject_test.go，但我们只关注inject.go文件。

inject.go短小精悍，包括注释和空行才157行。定义了4个接口，包括一个父接口和三个子接口，接下来您就会知道这样定义的好处了。

为了方便，我把所有的注释都去掉了：

type Injector interface {
	Applicator
	Invoker
	TypeMapper
	SetParent(Injector)
}

type Applicator interface {
	Apply(interface{}) error
}

type Invoker interface {
	Invoke(interface{}) ([]reflect.Value, error)
}

type TypeMapper interface {
	Map(interface{}) TypeMapper
	MapTo(interface{}, interface{}) TypeMapper
	Get(reflect.Type) reflect.Value
}

接口Injector是接口Applicator、接口Invoker、接口TypeMapper的父接口，所以实现了Injector接口的类型，也必然实现了Applicator接口、Invoker接口和TypeMapper接口。

Applicator接口只规定了Apply成员，它用于注入struct。

Invoker接口只规定了Invoke成员，它用于执行被调用者。

TypeMapper接口规定了三个成员，Map和MapTo都用于注入参数，但它们有不同的用法。Get用于调用时获取被注入的参数。

另外Injector还规定了SetParent行为，它用于设置父Injector，其实它相当于查找继承。也即通过Get方法在获取被注入参数时会一直追溯到parent，这是个递归过程，直到查找到参数或为nil终止。

type injector struct {
	values map[reflect.Type]reflect.Value
	parent Injector
}

func InterfaceOf(value interface{}) reflect.Type {
	t := reflect.TypeOf(value)

	for t.Kind() == reflect.Ptr {
		t = t.Elem()
	}

	if t.Kind() != reflect.Interface {
		panic("Called inject.InterfaceOf with a value that is not a pointer to an interface. (*MyInterface)(nil)")
	}

	return t
}

func New() Injector {
	return &injector{
		values: make(map[reflect.Type]reflect.Value),
	}
}

injector是inject包中唯一定义的struct，所有的操作都是基于injector struct来进行的。它有两个成员values和parent。values用于保存注入的参数，它是一个用reflect.Type当键、reflect.Value为值的map，这个很重要，理解这点将有助于理解Map和MapTo。New方法用于初始化injector struct，并返回一个指向injector struct的指针。但是请注意这个返回值被Injector接口包装了。

InterfaceOf方法虽然只有几句实现代码，但它是Injector的核心。InterfaceOf方法的参数必须是一个接口类型的指针，如果不是则引发panic。InterfaceOf方法的返回类型是reflect.Type，您应该还记得injector的成员values就是一个reflect.Type类型当键的map。这个方法的作用其实只是获取参数的类型，而不关心它的值。我之前有篇文章介绍过(*interface{})(nil)，感兴趣的朋友可以去看看：golang: 详解interface和nil 。

为了加深理解，来举个例子：

package main

import (
	"fmt"
	"github.com/codegangsta/inject"
)

type SpecialString interface{}

func main() {
	fmt.Println(inject.InterfaceOf((*interface{})(nil)))
	fmt.Println(inject.InterfaceOf((*SpecialString)(nil)))
}

$ cd $GOPATH/src/injector_test
$ go build
$ ./injector_test
interface {}
main.SpecialString

上面的输出一点也不奇怪。InterfaceOf方法就是用来得到参数类型，而不关心它具体存储的是什么值。值得一提的是，我们定义了一个SpecialString接口。我们在之前的代码也有定义SpecialString接口，用在Say方法的参数声明中，之后您就会知道为什么要这么做。当然您不一定非得命名为SpecialString。

func (i *injector) Map(val interface{}) TypeMapper {
	i.values[reflect.TypeOf(val)] = reflect.ValueOf(val)
	return i
}

func (i *injector) MapTo(val interface{}, ifacePtr interface{}) TypeMapper {
	i.values[InterfaceOf(ifacePtr)] = reflect.ValueOf(val)
	return i
}

func (i *injector) Get(t reflect.Type) reflect.Value {
	val := i.values[t]
	if !val.IsValid() && i.parent != nil {
		val = i.parent.Get(t)
	}
	return val
}

func (i *injector) SetParent(parent Injector) {
	i.parent = parent
}

Map和MapTo方法都用于注入参数，保存于injector的成员values中。这两个方法的功能完全相同，唯一的区别就是Map方法用参数值本身的类型当键，而MapTo方法有一个额外的参数可以指定特定的类型当键。但是MapTo方法的第二个参数ifacePtr必须是接口指针类型，因为最终ifacePtr会作为InterfaceOf方法的参数。

为什么需要有MapTo方法？因为注入的参数是存储在一个以类型为键的map中，可想而知，当一个函数中有一个以上的参数的类型是一样时，后执行Map进行注入的参数将会覆盖前一个通过Map注入的参数。

SetParent方法用于给某个Injector指定父Injector。Get方法通过reflect.Type从injector的values成员中取出对应的值，它可能会检查是否设置了parent，直到找到或返回无效的值，最后Get方法的返回值会经过IsValid方法的校验。举个例子来加深理解：

package main

import (
	"fmt"
	"github.com/codegangsta/inject"
	"reflect"
)

type SpecialString interface{}

func main() {
	inj := inject.New()
	inj.Map("陈一回")
	inj.MapTo("男", (*SpecialString)(nil))
	inj.Map(20)
	fmt.Println("string is valid?", inj.Get(reflect.TypeOf("姓陈名一回")).IsValid())
	fmt.Println("SpecialString is valid?", inj.Get(inject.InterfaceOf((*SpecialString)(nil))).IsValid())
	fmt.Println("int is valid?", inj.Get(reflect.TypeOf(18)).IsValid())
	fmt.Println("[]byte is valid?", inj.Get(reflect.TypeOf([]byte("Golang"))).IsValid())
	inj2 := inject.New()
	inj2.Map([]byte("test"))
	inj.SetParent(inj2)
	fmt.Println("[]byte is valid?", inj.Get(reflect.TypeOf([]byte("Golang"))).IsValid())
}

$ cd $GOPATH/src/injector_test
$ go build
$ ./injector_test
string is valid? true
SpecialString is valid? true
int is valid? true
[]byte is valid? false
[]byte is valid? true

通过以上例子应该知道SetParent是什么样的行为。是不是很像面向对象中的查找链？

func (inj *injector) Invoke(f interface{}) ([]reflect.Value, error) {
	t := reflect.TypeOf(f)

	var in = make([]reflect.Value, t.NumIn()) //Panic if t is not kind of Func
	for i := 0; i < t.NumIn(); i++ {
		argType := t.In(i)
		val := inj.Get(argType)
		if !val.IsValid() {
			return nil, fmt.Errorf("Value not found for type %v", argType)
		}

		in[i] = val
	}

	return reflect.ValueOf(f).Call(in), nil
}

Invoke方法用于动态执行函数，当然执行前可以通过Map或MapTo来注入参数，因为通过Invoke执行的函数会取出已注入的参数，然后通过reflect包中的Call方法来调用。Invoke接收的参数f是一个接口类型，但是f的底层类型必须为func，否则会panic。

package main

import (
	"fmt"
	"github.com/codegangsta/inject"
)

type SpecialString interface{}

func Say(name string, gender SpecialString, age int) {
	fmt.Printf("My name is %s, gender is %s, age is %d!\n", name, gender, age)
}

func main() {
	inj := inject.New()
	inj.Map("陈一回")
	inj.MapTo("男", (*SpecialString)(nil))
	inj2 := inject.New()
	inj2.Map(20)
	inj.SetParent(inj2)
	inj.Invoke(Say)
}

上面的例子如果没有定义SpecialString接口作为gender参数的类型，而把name和gender都定义为string类型，那么gender会覆盖name的值。如果您还没有明白，建议您把这篇文章从头到尾再看几遍。

func (inj *injector) Apply(val interface{}) error {
	v := reflect.ValueOf(val)

	for v.Kind() == reflect.Ptr {
		v = v.Elem()
	}

	if v.Kind() != reflect.Struct {
		return nil
	}

	t := v.Type()

	for i := 0; i < v.NumField(); i++ {
		f := v.Field(i)
		structField := t.Field(i)
		if f.CanSet() && structField.Tag == "inject" {
			ft := f.Type()
			v := inj.Get(ft)
			if !v.IsValid() {
				return fmt.Errorf("Value not found for type %v", ft)
			}

			f.Set(v)
		}

	}

	return nil
}

Apply方法是用于对struct的字段进行注入，参数为指向底层类型为结构体的指针。可注入的前提是：字段必须是导出的(也即字段名以大写字母开头)，并且此字段的tag设置为`inject`。以例子来说明：

package main

import (
	"fmt"
	"github.com/codegangsta/inject"
)

type SpecialString interface{}
type TestStruct struct {
	Name   string `inject`
	Nick   []byte
	Gender SpecialString `inject`
	uid    int           `inject`
	Age    int           `inject`
}

func main() {
	s := TestStruct{}
	inj := inject.New()
	inj.Map("陈一回")
	inj.MapTo("男", (*SpecialString)(nil))
	inj2 := inject.New()
	inj2.Map(20)
	inj.SetParent(inj2)
	inj.Apply(&s)
	fmt.Println("s.Name =", s.Name)
	fmt.Println("s.Gender =", s.Gender)
	fmt.Println("s.Age =", s.Age)
}

$ cd $GOPATH/src/injector_test
$ go build
$ ./injector_test
s.Name = 陈一回
s.Gender = 男
s.Age = 20

刑星写了一篇博文可供参考：在Golang中用名字调用函数 ，建议大家都去看下。