Go 語言官方依賴注入工具 Wire 使用指北

作者：高世凱 2022-09-30 15:31:21

通過調研，了解到 Golang 中常用的依賴注入工具主要有 Inject 、Dig 等。但是今天主要介紹的是 Go 團隊開發的 Wire，一個編譯期實現依賴注入的工具。

1. 前言

接觸 Golang 有一段時間了，發現 Golang 同樣需要類似 Java 中 Spring 一樣的依賴注入框架。如果項目規模比較小，是否有依賴注入框架問題不大，但當項目變大之后，有一個合適的依賴注入框架是十分必要的。通過調研，了解到 Golang 中常用的依賴注入工具主要有 Inject 、Dig 等。但是今天主要介紹的是 Go 團隊開發的 Wire，一個編譯期實現依賴注入的工具。

2. 依賴注入(DI)是什么

說起依賴注入?就要引出另一個名詞控制反轉?( IoC )。IoC 是一種設計思想，其核心作用是降低代碼的耦合度。依賴注入?是一種實現控制反轉且用于解決依賴性問題的設計模式。

舉個例子，假設我們代碼分層關系是 dal 層連接數據庫，負責數據庫的讀寫操作。那么我們的 dal 層的上一層 service 負責調用 dal 層處理數據，在我們目前的代碼中，它可能是這樣的：

// dal/user.go

func (u *UserDal) Create(ctx context.Context, data *UserCreateParams) error {
    db := mysql.GetDB().Model(&entity.User{})
    user := entity.User{
      Username: data.Username,
      Password: data.Password,
   }

    return db.Create(&user).Error
}

// service/user.go
func (u *UserService) Register(ctx context.Context, data *schema.RegisterReq) (*schema.RegisterRes, error) {
   params := dal.UserCreateParams{
      Username: data.Username,
      Password: data.Password,
   }

   err := dal.GetUserDal().Create(ctx, params)
   if err != nil {
      return nil, err
   }

   registerRes := schema.RegisterRes{
      Msg: "register success",
   }

   return &registerRes, nil
}

在這段代碼里，層級依賴關系為 service -> dal -> db，上游層級通過 Getxxx?實例化依賴。但在實際生產中，我們的依賴鏈比較少是垂直依賴關系，更多的是橫向依賴。即我們一個方法中，可能要多次調用Getxxx的方法，這樣使得我們代碼極不簡潔。

不僅如此，我們的依賴都是寫死的，即依賴者的代碼中寫死了被依賴者的生成關系。當被依賴者的生成方式改變，我們也需要改變依賴者的函數，這極大的增加了修改代碼量以及出錯風險。

接下來我們用依賴注入的方式對代碼進行改造：

// dal/user.go
type UserDal struct{
    DB *gorm.DB
}

func NewUserDal(db *gorm.DB) *UserDal{
    return &UserDal{
        DB: db
    }
}

func (u *UserDal) Create(ctx context.Context, data *UserCreateParams) error {
    db := u.DB.Model(&entity.User{})
    user := entity.User{
      Username: data.Username,
      Password: data.Password,
   }

    return db.Create(&user).Error
}

// service/user.go
type UserService struct{
    UserDal *dal.UserDal
}

func NewUserService(userDal dal.UserDal) *UserService{
    return &UserService{
        UserDal: userDal
    }
}

func (u *UserService) Register(ctx context.Context, data *schema.RegisterReq) (*schema.RegisterRes, error) {
   params := dal.UserCreateParams{
      Username: data.Username,
      Password: data.Password,
   }

   err := u.UserDal.Create(ctx, params)
   if err != nil {
      return nil, err
   }

   registerRes := schema.RegisterRes{
      Msg: "register success",
   }

   return &registerRes, nil
}

// main.go 
db := mysql.GetDB()
userDal := dal.NewUserDal(db)
userService := dal.NewUserService(userDal)

如上編碼情況中，我們通過將 db 實例對象注入到 dal 中，再將 dal 實例對象注入到 service 中，實現了層級間的依賴注入。解耦了部分依賴關系。

在系統簡單、代碼量少的情況下上面的實現方式確實沒什么問題。但是項目龐大到一定程度，結構之間的關系變得非常復雜時，手動創建每個依賴，然后層層組裝起來的方式就會變得異常繁瑣，并且容易出錯。這個時候勇士 wire 出現了！

3. Wire Come

3.1 簡介

Wire 是一個輕巧的 Golang 依賴注入工具。它由 Go Cloud 團隊開發，通過自動生成代碼的方式在編譯期完成依賴注入。它不需要反射機制，后面會看到， Wire 生成的代碼與手寫無異。

3.2 快速使用

wire 的安裝：

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

上面的命令會在 $GOPATH/bin? 中生成一個可執行程序 wire?，這就是代碼生成器。可以把$GOPATH/bin? 加入系統環境變量 $PATH? 中，所以可直接在命令行中執行 wire 命令。

下面我們在一個例子中看看如何使用 wire。

現在我們有這樣的三個類型：

type Message string
type Channel struct {
    Message Message
}
type BroadCast struct {
    Channel Channel
}

三者的 init 方法：

func NewMessage() Message {
    return Message("Hello Wire!")
}
func NewChannel(m Message) Channel {
    return Channel{Message: m}
}
func NewBroadCast(c Channel) BroadCast {
    return BroadCast{Channel: c}
}

假設 Channel 有一個 GetMsg 方法，BroadCast 有一個 Start 方法：

func (c Channel) GetMsg() Message {
    return c.Message
}

func (b BroadCast) Start() {
    msg := b.Channel.GetMsg()
    fmt.Println(msg)
}

如果手動寫代碼的話，我們的寫法應該是：

func main() {
    message := NewMessage()
    channel := NewChannel(message)
    broadCast := NewBroadCast(channel)

    broadCast.Start()
}

如果使用 wire，我們需要做的就變成如下的工作了：

提取一個 init 方法 InitializeBroadCast：

func main() {
    b := demo.InitializeBroadCast()

    b.Start()
}

編寫一個 wire.go 文件，用于 wire 工具來解析依賴，生成代碼：

//+build wireinject

package demo

func InitializeBroadCast() BroadCast {
    wire.Build(NewBroadCast, NewChannel, NewMessage)
    return BroadCast{}
}

注意：需要在文件頭部增加構建約束：//+build wireinject

使用 wire 工具，生成代碼，在 wire.go 所在目錄下執行命令：wire gen wire.go。會生成如下代碼，即在編譯代碼時真正使用的Init函數：

// Code generated by Wire. DO NOT EDIT.

//go:generate wire
//+build !wireinject
func InitializeBroadCast() BroadCast {
    message := NewMessage()
    channel := NewChannel(message)
    broadCast := NewBroadCast(channel)
    return broadCast
}

我們告訴 wire?，我們所用到的各種組件的 init? 方法（NewBroadCast?, NewChannel?, NewMessage?），那么 wire 工具會根據這些方法的函數簽名（參數類型/返回值類型/函數名）自動推導依賴關系。

wire.go? 和 wire_gen.go? 文件頭部位置都有一個 +build?，不過一個后面是 wireinject?，另一個是 !wireinject。+build? 其實是 Go 語言的一個特性。類似 C/C++ 的條件編譯，在執行 go build? 時可傳入一些選項，根據這個選項決定某些文件是否編譯。wire? 工具只會處理有wireinject? 的文件，所以我們的 wire.go? 文件要加上這個。生成的 wire_gen.go? 是給我們來使用的，wire? 不需要處理，故有 !wireinject。

3.3 基礎概念

Wire? 有兩個基礎概念，Provider?（構造器）和 Injector（注入器）

Provider? 實際上就是生成組件的普通方法，這些方法接收所需依賴作為參數，創建組件并將其返回。我們上面例子的 NewBroadCast 就是 Provider。
Injector? 可以理解為 Providers 的連接器，它用來按依賴順序調用 Providers 并最終返回構建目標。我們上面例子的 InitializeBroadCast 就是 Injector。

4. Wire使用實踐

下面簡單介紹一下 wire 在飛書問卷表單服務中的應用。

飛書問卷表單服務的 project? 模塊中將 handler 層、service 層和 dal 層的初始化通過參數注入的方式實現依賴反轉。通過 BuildInjector 注入器來初始化所有的外部依賴。

4.1 基礎使用

dal 偽代碼如下：

func NewProjectDal(db *gorm.DB) *ProjectDal{
    return &ProjectDal{
        DB:db
    }
}

type ProjectDal struct {
   DB *gorm.DB
}

func (dal *ProjectDal) Create(ctx context.Context, item *entity.Project) error {
   result := dal.DB.Create(item)
   return errors.WithStack(result.Error)
}
// QuestionDal、QuestionModelDal...

service 偽代碼如下：

func NewProjectService(projectDal *dal.ProjectDal, questionDal *dal.QuestionDal, questionModelDal *dal.QuestionModelDal) *ProjectService {
   return &projectService{
      ProjectDal:       projectDal,
      QuestionDal:      questionDal,
      QuestionModelDal: questionModelDal,
   }
}

type ProjectService struct {
   ProjectDal       *dal.ProjectDal
   QuestionDal      *dal.QuestionDal
   QuestionModelDal *dal.QuestionModelDal
}

func (s *ProjectService) Create(ctx context.Context, projectBo *bo.ProjectCreateBo) (int64, error) {}

handler 偽代碼如下：

func NewProjectHandler(srv *service.ProjectService) *ProjectHandler{
    return &ProjectHandler{
        ProjectService: srv
    }
}

type ProjectHandler struct {
   ProjectService *service.ProjectService
}

func (s *ProjectHandler) CreateProject(ctx context.Context, req *project.CreateProjectRequest) (resp *
project.CreateProjectResponse, err error) {}

injector.go 偽代碼如下：

func NewInjector()(handler *handler.ProjectHandler) *Injector{
    return &Injector{
        ProjectHandler: handler
    }
}

type Injector struct {
   ProjectHandler *handler.ProjectHandler
   // components，others...
}

在 wire.go 中如下定義：

// +build wireinject

package app

func BuildInjector() (*Injector, error) {
   wire.Build(
      NewInjector,

      // handler
      handler.NewProjectHandler,

      // services
      service.NewProjectService,
      // 更多service...

      //dal
      dal.NewProjectDal,
      dal.NewQuestionDal,
      dal.NewQuestionModelDal,
      // 更多dal...

      // db
      common.InitGormDB,
      // other components...
   )

   return new(Injector), nil
}

執行 wire gen ./internal/app/wire.go 生成 wire_gen.go

// Code generated by Wire. DO NOT EDIT.

//go:generate wire
//+build !wireinject

func BuildInjector() (*Injector, error) {
   db, err := common.InitGormDB()
   if err != nil {
      return nil, err
   }
   
   projectDal := dal.NewProjectDal(db)
   questionDal := dal.NewQuestionDal(db)
   questionModelDal := dal.NewQuestionModelDal(db)
   projectService := service.NewProjectService(projectDal, questionDal, questionModelDal)
   projectHandler := handler.NewProjectHandler(projectService)
   injector := NewInjector(projectHandler)
   return injector, nil
}

在 main.go 中加入初始化 injector 的方法 app.BuildInjector

injector, err := BuildInjector()
if err != nil {
   return nil, err
}

//project服務啟動
svr := projectservice.NewServer(injector.ProjectHandler, logOpt)
svr.Run()

注意，如果你運行時，出現了 BuildInjector? 重定義，那么檢查一下你的 //+build wireinject? 與 package app 這兩行之間是否有空行，這個空行必須要有！見https://github.com/google/wire/issues/117

4.2 高級特性

4.2.1 NewSet

NewSet? 一般應用在初始化對象比較多的情況下，減少 Injector? 里面的信息。當我們項目龐大到一定程度時，可以想象會出現非常多的 Providers。NewSet? 幫我們把這些 Providers 按照業務關系進行分組，組成 ProviderSet（構造器集合），后續只需要使用這個集合即可。

// project.go
var ProjectSet = wire.NewSet(NewProjectHandler, NewProjectService, NewProjectDal)

// wire.go
func BuildInjector() (*Injector, error) {
   wire.Build(InitGormDB, ProjectSet, NewInjector)

   return new(Injector), nil
}

4.2.2 Struct

上述例子的 Provider? 都是函數，除函數外，結構體也可以充當 Provider? 的角色。Wire 給我們提供了結構構造器（Struct Provider）。結構構造器創建某個類型的結構，然后用參數或調用其它構造器填充它的字段。

// project_service.go
// 函數provider
func NewProjectService(projectDal *dal.ProjectDal, questionDal *dal.QuestionDal, questionModelDal *dal.QuestionModelDal) *ProjectService {
   return &projectService{
      ProjectDal:       projectDal,
      QuestionDal:      questionDal,
      QuestionModelDal: questionModelDal,
   }
}

// 等價于
wire.Struct(new(ProjectService), "*") // "*"代表全部字段注入

// 也等價于
wire.Struct(new(ProjectService), "ProjectDal", "QuestionDal", "QuestionModelDal")

// 如果個別屬性不想被注入，那么可以修改 struct 定義:
type App struct {
    Foo *Foo
    Bar *Bar
    NoInject int `wire:"-"`
}

4.2.3 Bind

Bind? 函數的作用是為了讓接口類型的依賴參與 Wire? 的構建。Wire? 的構建依靠參數類型，接口類型是不支持的。Bind 函數通過將接口類型和實現類型綁定，來達到依賴注入的目的。

// project_dal.go
type IProjectDal interface {
   Create(ctx context.Context, item *entity.Project) (err error)
   // ...
}

type ProjectDal struct {
   DB *gorm.DB
}

var bind = wire.Bind(new(IProjectDal), new(*ProjectDal))

4.2.4 CleanUp

構造器可以提供一個清理函數(cleanup)，如果后續的構造器返回失敗，前面構造器返回的清理函數都會調用。初始化 Injector? 之后可以獲取到這個清理函數，清理函數典型的應用場景是文件資源和網絡連接資源。清理函數通常作為第二返回值，參數類型為 func()?。當 Provider? 中的任何一個擁有清理函數，Injector? 的函數返回值中也必須包含該函數。并且 Wire? 對 Provider 的返回值個數及順序有以下限制：

第一個返回值是需要生成的對象
如果有 2 個返回值，第二個返回值必須是 func() 或 error
如果有 3 個返回值，第二個返回值必須是 func()，而第三個返回值必須是 error

// db.go
func InitGormDB()(*gorm.DB, func(), error) {
    // 初始化db鏈接
    // ...
    cleanFunc := func(){
        db.Close()
    }

    return db, cleanFunc, nil
}

// wire.go
func BuildInjector() (*Injector, func(), error) {
   wire.Build(
      common.InitGormDB,
      // ...
      NewInjector
   )

   return new(Injector), nil, nil
}

// 生成的wire_gen.go
func BuildInjector() (*Injector, func(), error) {
   db, cleanup, err := common.InitGormDB()
   // ...
   return injector, func(){
       // 所有provider的清理函數都會在這里
       cleanup()
   }, nil
}

// main.go
injector, cleanFunc, err := app.BuildInjector()
defer cleanFunc()

更多用法具體可以參考 wire官方指南：https://github.com/google/wire/blob/main/docs/guide.md

4.3 高階使用

接著我們就用上述的這些 wire? 高級特性對 project 服務進行代碼改造：

project_dal.go

type IProjectDal interface {
   Create(ctx context.Context, item *entity.Project) (err error)
   // ...
}

type ProjectDal struct {
   DB *gorm.DB
}

// wire.Struct方法是wire提供的構造器，"*"代表為所有字段注入值，在這里可以用"DB"代替
// wire.Bind方法把接口和實現綁定起來
var ProjectSet = wire.NewSet(
   wire.Struct(new(ProjectDal), "*"),
   wire.Bind(new(IProjectDal), new(*ProjectDal)))


func (dal *ProjectDal) Create(ctx context.Context, item *entity.Project) error {}

dal.go

// DalSet dal注入
var DalSet = wire.NewSet(
   ProjectSet,
   // QuestionDalSet、QuestionModelDalSet...
)

project_service.go

type IProjectService interface {
   Create(ctx context.Context, projectBo *bo.CreateProjectBo) (int64, error)
   // ...
}

type ProjectService struct {
   ProjectDal       dal.IProjectDal
   QuestionDal      dal.IQuestionDal
   QuestionModelDal dal.IQuestionModelDal

}
func (s *ProjectService) Create(ctx context.Context, projectBo *bo.ProjectCreateBo) (int64, error) {}

var ProjectSet = wire.NewSet(
   wire.Struct(new(ProjectService), "*"),
   wire.Bind(new(IProjectService), new(*ProjectService)))

service.go

// ServiceSet service注入
var ServiceSet = wire.NewSet(
   ProjectSet,
   // other service set...
)

handler 偽代碼如下：

var ProjectHandlerSet = wire.NewSet(wire.Struct(new(ProjectHandler), "*"))

type ProjectHandler struct {
   ProjectService service.IProjectService
}

func (s *ProjectHandler) CreateProject(ctx context.Context, req *project.CreateProjectRequest) (resp *
project.CreateProjectResponse, err error) {}

injector.go 偽代碼如下：

var InjectorSet = wire.NewSet(wire.Struct(new(Injector), "*"))

type Injector struct {
   ProjectHandler *handler.ProjectHandler
   // others...
}

wire.go

// +build wireinject

package app


func BuildInjector() (*Injector, func(), error) {
   wire.Build(
      // db
      common.InitGormDB,
      // dal
      dal.DalSet,
      // services
      service.ServiceSet,
      // handler
      handler.ProjectHandlerSet,
      // injector
      InjectorSet,
      // other components...
   )

   return new(Injector), nil, nil
}

5. 注意事項

5.1 相同類型問題

wire 不允許不同的注入對象擁有相同的類型。google 官方認為這種情況，是設計上的缺陷。這種情況下，可以通過類型別名來將對象的類型進行區分。

例如服務會同時操作兩個 Redis 實例，RedisA & RedisB

func NewRedisA() *goredis.Client {...}
func NewRedisB() *goredis.Client {...}

對于這種情況，wire 無法推導依賴的關系。可以這樣進行實現：

type RedisCliA *goredis.Client
type RedisCliB *goredis.Client

func NewRedisA() RedicCliA {...}
func NewRedisB() RedicCliB {...}

5.2 單例問題

依賴注入的本質是用單例來綁定接口和實現接口對象間的映射關系。而通常實踐中不可避免的有些對象是有狀態的，同一類型的對象總是要在不同的用例場景發生變化，單例就會引起數據的錯誤，不能保存彼此的狀態。針對這種場景我們通常設計多層的 DI 容器來實現單例隔離，亦或是脫離 DI 容器自行管理對象的生命周期。

6. 結語

Wire 是一個強大的依賴注入工具。與 Inject 、Dig 等不同的是，Wire只生成代碼而不是使用反射在運行時注入，不用擔心會有性能損耗。項目工程化過程中，Wire 可以很好協助我們完成復雜對象的構建組裝。

更多關于 Wire 的介紹請傳送至：https://github.com/google/wire

責任編輯：未麗燕來源：字節跳動技術團隊

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