Go 项目依赖注入wire工具最佳实践介绍与使用

2024-04-07 16:12 由贾维斯Echo 发表于 #后端开发

一、引入

在Go语言的项目开发中，为了提高代码的可测试性和可维护性，我们通常会采用依赖注入（Dependency Injection，简称DI）的设计模式。依赖注入可以让高层模块不依赖底层模块的具体实现，而是通过抽象来互相依赖，从而使得模块之间的耦合度降低，系统的灵活性和可扩展性增强。

二、控制反转与依赖注入

控制反转（Inversion of Control，缩写为IoC），是面向对象编程中的一种设计原则，可以用来减低计算机代码之间的耦合度。其中最常见的方式叫做依赖注入（Dependency Injection，简称DI）。依赖注入是生成灵活和松散耦合代码的标准技术，通过明确地向组件提供它们所需要的所有依赖关系。在 Go 中通常采用将依赖项作为参数传递给构造函数的形式：

构造函数NewUserRepository在创建UserRepository时需要从外部将依赖项db作为参数传入，我们在UserRepository中无需关注db的创建逻辑，实现了代码解耦。

// NewUserRepository 创建BookRepo的构造函数
func NewUserRepository(db *gorm.DB) *UserRepository {
	return &UserRepository{db: db}
}

区别于控制反转，如果在NewUserRepository函数中自行创建相关依赖，这将导致代码高度耦合并且难以维护和调试。

// NewUserRepository 创建UserRepository的构造函数
func NewUserRepository() *UserRepository {
  db, _ := gorm.Open(sqlite.Open("gorm.db"), &gorm.Config{})
	return &UserRepository{db: db}
}

三、为什么需要依赖注入工具

3.1 示例

如果上面示例代码不够清晰的话，我们来看这两段代码：

// NewUserRepositoryV1非依赖注入的写法
func NewUserRepositoryV1(dbCfg DBConfig, c CacheConfig)*UserRepository{
    db, err := gorm.Open(mysql.Open(dbcfg.DSN))
    if err != nil {
        panic(err)
    }
    ud = dao.NewUserDAO(db)
    uc = cache.NewUserCache(redis.NewClient(&redis.Options{
            Addr: c.Addr,
    }))
    return &UserRepository{
        dao: ud,
        cache: uc,
    }
}

// NewUserRepository 依赖注入的写法
func NewUserRepository(d *dao.UserDAO, c *cache.UserCache)*UserRepository{
    return &UserRepository{
        dao: d,
        cache: c,
    }
}

可以清楚地看到，这两段代码展示了在Go语言中实现依赖注入的两种不同方式。
第一段代码 NewUserRepositoryV1 是非依赖注入的写法。在这个函数中，UserRepository 的依赖（db 和 cache）是在函数内部创建的。这种方式的问题在于，它违反了单一职责原则，因为 NewUserRepositoryV1 不仅负责创建 UserRepository 实例，还负责创建其依赖的数据库和缓存客户端。这样做会导致代码耦合度较高，难以测试和维护。
第二段代码 NewUserRepository 是依赖注入的写法。这个函数接受 UserRepository 的依赖（*dao.UserDAO 和 *cache.UserCache）作为参数，而不是在函数内部创建它们。这种方式使得 UserRepository 的创建与它的依赖解耦，更容易测试，因为你可以轻松地为 UserRepository 提供模拟的依赖项。此外，这种写法也更符合依赖注入的原则，因为它将控制反转给了调用者，由调用者来决定 UserRepository 实例化时使用哪些依赖项。

3.2 依赖注入写法与非依赖注入写法

依赖注入写法：不关心依赖是如何构造的。

非依赖注入写法：必须自己初始化依赖，比如说 Repository 需要知道如何初始化 DAO 和 Cache。由此带来的缺点是：

深度耦合依赖的初始化过程。
往往需要定义额外的 Config 类型来传递依赖所需的配置信息。
一旦依赖增加新的配置，或者更改了初始化过程，都要跟着修改。
缺乏扩展性。
测试不友好。
难以复用公共组件，例如 DB 或 Redis 之类的客户端。

四、wire 工具介绍与安装

4.1 wire 基本介绍

Wire 是一个的 Google 开源专为依赖注入（Dependency Injection）设计的代码生成工具，通过自动生成代码的方式在初始编译过程中完成依赖注入。它可以自动生成用于化各种依赖关系的代码，从而帮助我们更轻松地管理和注入依赖关系。
Wire 分成两部分，一个是在项目中使用的依赖，一个是命令行工具。

4.2 安装

go install github.com/google/wire/cmd/wire@latest

五、Wire 的基本使用

5.1 前置代码准备

目录结构如下：

wire
├── db.go                          # 数据库相关代码
├── go.mod                         # Go模块依赖配置文件
├── go.sum                         # Go模块依赖校验文件
├── main.go                        # 程序入口文件
├── repository                     # 存放数据访问层代码的目录
│   ├── dao                        # 数据访问对象（DAO）目录
│   │   └── user.go                # 用户相关的DAO实现
│   └── user.go                    # 用户仓库实现
├── wire.go                        # Wire依赖注入配置文件

repository/dao/user.go文件：

// repository/dao/user.go
package dao

import "gorm.io/gorm"

type UserDAO struct {
	db *gorm.DB
}

func NewUserDAO(db *gorm.DB) *UserDAO {
	return &UserDAO{
		db: db,
	}
}

repository/user.go 文件：

// repository/user.go
package repository

import "wire/repository/dao"

type UserRepository struct {
	dao *dao.UserDAO
}

func NewUserRepository(dao *dao.UserDAO) *UserRepository {
	return &UserRepository{
		dao: dao,
	}
}

db.go 文件:

// db.go
package wire

import (
	"gorm.io/driver/mysql"
	"gorm.io/gorm"
)

func InitDB() *gorm.DB {
	db, err := gorm.Open(mysql.Open("dsn"))
	if err != nil {
		panic(err)
	}
	return db
}

main.go 文件:

package wire

import (
	"fmt"
	"gorm.io/driver/mysql"
	"gorm.io/gorm"
	"wire/repository"
	"wire/repository/dao"
)

func main() {
	// 非依赖注入
	db, err := gorm.Open(mysql.Open("dsn"))
	if err != nil {
		panic(err)
	}
	ud := dao.NewUserDAO(db)
	repo := repository.NewUserRepository(ud)
	fmt.Println(repo)
}

5.2 使用 Wire 工具生成代码

现在我们已经有了基本的代码结构，接下来我们将使用 wire 工具来生成依赖注入的代码。

首先，确保你已经安装了 wire 工具。如果没有安装，可以使用以下命令安装：

go get github.com/google/wire/cmd/wire

接下来，我们需要创建一个 wire 的配置文件，通常命名为 wire.go。在这个文件中，我们将使用 wire 的语法来指定如何构建 UserRepository 实例。

wire.go 文件:

//go:build wireinject

// 让 wire 来注入这里的代码
package wire

import (
	"github.com/google/wire"
	"wire/repository"
	"wire/repository/dao"
)

func InitRepository() *repository.UserRepository {
	// 我只在这里声明我要用的各种东西，但是具体怎么构造，怎么编排顺序
	// 这个方法里面传入各个组件的初始化方法
	wire.Build(InitDB, repository.NewUserRepository, dao.NewUserDAO)
	return new(repository.UserRepository)
}

这段代码是使用 wire 工具进行依赖注入的配置文件。在这个文件中，我们定义了一个函数 InitRepository，这个函数的目的是为了生成一个 *repository.UserRepository 的实例。但是，这个函数本身并不包含具体的实现代码，而是依赖于 wire 工具来注入依赖。
让我们逐步解释这段代码：

构建约束指令:
```
//go:build wireinject
```
这行注释是一个构建约束，它告诉 go build 只有在满足条件 wireinject 的情况下才应该构建这个文件。wireinject 是一个特殊的标签，用于指示 wire 工具处理这个文件。
导入包:
```
import (
    "github.com/google/wire"
    "wire/repository"
    "wire/repository/dao"
)
```
这部分导入了必要的包，包括 wire 工具库，以及项目中的 repository 和 dao 包，这些包包含了我们需要注入的依赖。
InitRepository 函数:
```
func InitRepository() *repository.UserRepository {
    // 我只在这里声明我要用的各种东西，但是具体怎么构造，怎么编排顺序
    // 这个方法里面传入各个组件的初始化方法
    wire.Build(InitDB, repository.NewUserRepository, dao.NewUserDAO)
    return new(repository.UserRepository)
}
```
这个函数是 wire 注入的目标。它声明了一个返回 *repository.UserRepository 的函数，但是函数体内部没有具体的实现代码。wire.Build 函数调用是关键，主要是连接或绑定我们之前定义的所有初始化函数。当我们运行 wire 工具来生成代码时，它就会根据这些依赖关系来自动创建和注入所需的实例。，这些函数按照依赖关系被调用，以正确地构造和注入 UserRepository 实例所需的依赖。
- InitDB 是初始化数据库连接的函数。
- repository.NewUserRepository 是创建 UserRepository 实例的函数。
- dao.NewUserDAO 是创建 UserDAO 实例的函数。
  wire 工具会自动生成这些函数调用的代码，并确保依赖关系得到满足。
返回语句:
```
return new(repository.UserRepository)
```
这个返回语句是必须的，尽管它实际上并不会被执行。wire 工具会生成一个替换这个函数体的代码，其中包括所有必要的依赖注入逻辑。
在编写完 wire.go 文件后，你需要运行 wire 命令来生成实际的依赖注入代码。生成的代码将被放在一个名为 wire_gen.go 的文件中，这个文件应该被提交到你的版本控制系统中。

现在，我们可以运行 wire 命令来生成依赖注入的代码：

wire

这个命令会扫描 wire.go 文件，并生成一个新的 Go 文件 wire_gen.go，其中包含了 InitializeUserRepository 函数的实现，这个函数会创建并返回一个 UserRepository 实例，其依赖项已经自动注入。

生成 wire_gen.go 文件，内容如下所示：

// 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 wire

import (
	"wire/repository"
	"wire/repository/dao"
)

// Injectors from wire.go:

func InitRepository() *repository.UserRepository {
	db := InitDB()
	userDAO := dao.NewUserDAO(db)
	userRepository := repository.NewUserRepository(userDAO)
	return userRepository
}

最后，我们需要修改 main.go 文件，使用 wire 生成的代码来获取 UserRepository 实例：

package wire

func main() {
	InitRepository()
}

现在，当我们运行 main.go 时，它将使用 wire 工具生成的代码来初始化 UserRepository，包括其依赖的 UserDAO 和数据库连接。这样，我们就实现了依赖注入，并且代码更加简洁、易于维护。

六、Wire 核心技术

5.1 抽象语法树分析

wire 工具的工作原理是基于对Go代码的抽象语法树（Abstract Syntax Tree，简称AST）的分析。AST是源代码的抽象语法结构的树状表示，它以树的形式表现编程语言的语法结构。wire 工具通过分析AST来理解代码中的依赖关系。
在Go中，go/ast 包提供了解析Go源文件并构建AST的功能。wire 工具利用这个包来遍历和分析项目的Go代码，识别出所有的依赖项，并构建出依赖关系图。这个依赖关系图随后被用来生成注入依赖的代码。

5.2 模板编程

wire 工具生成代码的过程也涉及到模板编程。模板编程是一种编程范式，它允许开发者定义一个模板，然后使用具体的数据来填充这个模板，生成最终的代码或文本。
在wire中，虽然不直接使用Go语言的模板引擎（如text/template或html/template），但它的工作原理与模板编程类似。wire定义了一套自己的语法来描述依赖关系，然后根据这些描述生成具体的Go代码。
wire的语法主要包括以下几个部分：

wire.NewSet：定义一组相关的依赖，通常包括一个或多个构造函数。
wire.Build：指定生成代码时应该使用哪些依赖集合。
bind 函数：用于绑定接口和实现，告诉wire如何创建接口的实例。
wire工具通过这些语法来构建一个依赖图，然后根据这个图生成一个函数，该函数负责创建并返回所有必要的组件实例，同时处理它们之间的依赖关系。
通过结合抽象语法树分析和模板编程，wire 工具能够提供一种声明式的依赖注入方法，让开发者能够专注于定义依赖关系，而不是手动编写依赖注入的代码。这不仅减少了重复劳动，还提高了代码的可维护性和降低了出错的可能性。

七、Wire 的核心概念

7.1 两个核心概念

在 wire 中，有两个核心概念：提供者（providers）和注入器（injectors）。

7.2 Wire 提供者（providers）

提供者 是一个普通有返回值的 Go 函数，它负责创建一个对象或者提供依赖。在 wire 的上下文中，提供者可以是任何返回一个或多个值的函数。这些返回值将成为注入器函数的参数。提供者函数通常负责初始化组件，比如数据库连接、服务实例等。并且提供者的返回值不仅限于一个，如果有需要的话，可以额外添加一个 error 的返回值。
例如，一个提供者函数可能会创建并返回一个数据库连接：

func NewDBConnection(dsn string) (*gorm.DB, error) {
    db, err := gorm.Open(mysql.Open(dsn))
    if err != nil {
        return nil, err
    }
    return db, nil
}

提供者函数可以分组为提供者函数集（provider set）。使用wire.NewSet 函数可以将多个提供者函数添加到一个集合中。举个例子，例如将 user 相关的 handler 和 service 进行组合：

package web

var UserSet = wire.NewSet(NewUserHandler, service.NewUserService)

使用 wire.NewSet 函数将提供者进行分组，该函数返回一个 ProviderSet 结构体。不仅如此，wire.NewSet 还能对多个 ProviderSet 进行分组 wire.NewSet(UserSet, XxxSet) 。

package demo

import (
    // ...
    "example.com/some/other/pkg"
)

// ...

var MegaSet = wire.NewSet(UserSet, pkg.OtherSet)

7.3 Wire 注入器（injectors）

注入器（injectors）的作用是将所有的提供者（providers）连接起来，要声明一个注入器函数只需要在函数体中调用wire.Build()。这个函数的返回值也无关紧要，只要它们的类型正确即可。这些值在生成的代码中将被忽略。回顾一下我们之前的代码：

//go:build wireinject

// 让 wire 来注入这里的代码
package wire

import (
	"github.com/google/wire"
	"wire/repository"
	"wire/repository/dao"
)

func InitRepository() *repository.UserRepository {
	// 我只在这里声明我要用的各种东西，但是具体怎么构造，怎么编排顺序
	// 这个方法里面传入各个组件的初始化方法
	wire.Build(InitDB, repository.NewUserRepository, dao.NewUserDAO)
	return new(repository.UserRepository)
}

在这个例子中，InitRepository 是一个注入器，它依赖 InitDB 和 repository.NewUserRepository 这两个提供者。

与提供者一样，注入器也可以输入参数（然后将其发送给提供者），并且可以返回错误。wire.Build的参数和wire.NewSet一样：都是提供者集合。这些就在该注入器的代码生成期间使用的提供者集。

八、Wire 的高级用法

8.1 绑定接口

依赖项注入通常用于绑定接口的具体实现。wire通过类型标识将输入与输出匹配，因此倾向于创建一个返回接口类型的提供者。然而，这也不是习惯写法，因为Go的最佳实践是返回具体类型。你可以在提供者集中声明接口绑定.

我们对之前的代码进行改造:

首先，我们在UserRepository接口中定义一些方法。例如，我们可以定义一个GetUser方法，该方法接收一个用户ID，并返回相应的用户。在repository/user.go文件中：

package repository

import (
    "wire/repository/dao"
    "gorm.io/gorm"
)

type UserRepository interface {
    GetUser(id uint) (*User, error)
}

type UserRepositoryImpl struct {
    dao *dao.UserDAO
}

func (r *UserRepositoryImpl) GetUser(id uint) (*User, error) {
    return r.dao.GetUser(id)
}

func NewUserRepository(dao *dao.UserDAO) UserRepository {
    return &UserRepositoryImpl{
        dao: dao,
    }
}

然后，我们在UserDAO中实现这个GetUser方法。在repository/dao/user.go文件中：

package dao

import (
    "gorm.io/gorm"
)

type User struct {
    ID uint
    // other fields...
}

type UserDAO struct {
    db *gorm.DB
}

func (dao *UserDAO) GetUser(id uint) (*User, error) {
    var user User
    result := dao.db.First(&user, id)
    if result.Error != nil {
        return nil, result.Error
    }
    return &user, nil
}

func NewUserDAO(db *gorm.DB) *UserDAO {
    return &UserDAO{
        db: db,
    }
}

最后，我们需要更新wire.go文件中的InitRepository函数，以返回UserRepository接口，而不是具体的实现。在wire.go文件中：

//go:build wireinject

package wire

import (
    "github.com/google/wire"
    "wire/repository"
    "wire/repository/dao"
)

func InitRepository() repository.UserRepository {
    wire.Build(InitDB, repository.NewUserRepository, dao.NewUserDAO)
    return &repository.UserRepositoryImpl{}
}

使用 wire.Bind 来建立接口类型和具体的实现类型之间的绑定关系，这样 Wire 工具就可以根据这个绑定关系进行类型匹配并生成代码。

wire.Bind 函数的第一个参数是指向所需接口类型值的指针，第二个实参是指向实现该接口的类型值的指针。

8.2 结构体提供者（Struct Providers）

Wire 库有一个函数是 wire.Struct，它能根据现有的类型进行构造结构体，我们来看看下面的例子：

package main

import "github.com/google/wire"

type Name string

func NewName() Name {
	return "小米SU7"
}

type PublicAccount string

func NewPublicAccount() PublicAccount {
	return "新一代车神"
}

type User struct {
	MyName          Name
	MyPublicAccount PublicAccount
}

func InitializeUser() *User {
	wire.Build(
		NewName,
		NewPublicAccount,
		wire.Struct(new(User), "MyName", "MyPublicAccount"),
	)
	return &User{}
}

上述代码中，首先定义了自定义类型 Name 和 PublicAccount 以及结构体类型 User，并分别提供了 Name 和 PublicAccount 的初始化函数（providers）。然后定义一个注入器（injectors）InitializeUser，用于构造连接提供者并构造 *User 实例。

使用 wire.Struct 函数需要传递两个参数，第一个参数是结构体类型的指针值，另一个参数是一个可变参数，表示需要注入的结构体字段的名称集。

根据上述代码，使用 Wire 工具生成的代码如下所示：

func InitializeUser() *User {
    name := NewName()
    publicAccount := NewPublicAccount()
    user := &User{
       MyName:          name,
       MyPublicAccount: publicAccount,
    }
    return user
}

如果我们不想返回指针类型，只需要修改 InitializeUser 函数的返回值为非指针即可。

8.3 绑定值

有时，将基本值（通常为nil）绑定到类型是有用的。你可以向提供程序集添加一个值表达式，而不是让注入器依赖于一次性函数提供者（providers）。

func InjectUser() User {
    wire.Build(wire.Value(User{MyName: "小米SU7"}))
    return User{}
}

在上述代码中，使用 wire.Value 函数通过表达式直接指定 MyName 的值，生成的代码如下所示：

func InjectUser() User {
    user := _wireUserValue
    return user
}

var (
    _wireUserValue = User{MyName: "小米SU7"}
)

需要注意的是，值表达式将被复制到生成的代码文件中。

对于接口类型，可以使用 InterfaceValue：

func InjectPostService() service.IPostService {
    wire.Build(wire.InterfaceValue(new(service.IPostService), &service.PostService{}))
    return nil
}

8.4 使用结构体字段作为提供者（providers）

有些时候，你可以使用结构体的某个字段作为提供者，从而生成一个类似 GetXXX 的函数。

func GetUserName() Name {
    wire.Build(
       NewUser,
       wire.FieldsOf(new(User), "MyName"),
    )
    return ""
}

你可以使用 wire.FieldsOf 函数添加任意字段，生成的代码如下所示：

func GetUserName() Name {
    user := NewUser()
    name := user.MyName
    return name
}

func NewUser() User {
    return User{MyName: Name("小米SU7"), MyPublicAccount: PublicAccount("新一代车神!")}
}

8.5 清理函数

如果一个提供者创建了一个需要清理的值（例如关闭一个文件），那么它可以返回一个闭包来清理资源。注入器会用它来给调用者返回一个聚合的清理函数，或者在注入器实现中稍后调用的提供商返回错误时清理资源。

func provideFile(log Logger, path Path) (*os.File, func(), error) {
    f, err := os.Open(string(path))
    if err != nil {
        return nil, nil, err
    }
    cleanup := func() {
        if err := f.Close(); err != nil {
            log.Log(err)
        }
    }
    return f, cleanup, nil
}

8.6 备用注入器语法

如果你不喜欢在注入器函数声明的末尾编写类似return Foo{}, nil的语句，那么你可以简单粗暴地使用panic：

func InitializeGin() *gin.Engine {
    panic(wire.Build(/* ... */))
}