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Angular依赖注入的多级注入器分析

2024-10-072.2k 阅读

1. 依赖注入基础回顾

在深入探讨 Angular 的多级注入器之前，让我们先简要回顾一下依赖注入（Dependency Injection，DI）的基本概念。依赖注入是一种设计模式，它允许我们将一个对象（服务）的创建和使用分离。在 Angular 中，依赖注入通过注入器（Injector）来实现，注入器负责创建、管理和提供对象实例。

例如，假设我们有一个简单的服务 LoggerService：

import { Injectable } from '@angular/core';

@Injectable()
export class LoggerService {
  log(message: string) {
    console.log(`[LOG] ${message}`);
  }
}

然后，我们有一个组件 AppComponent 想要使用这个 LoggerService：

import { Component } from '@angular/core';
import { LoggerService } from './logger.service';

@Component({
  selector: 'app-root',
  templateUrl: './app.component.html',
  styleUrls: ['./app.component.css']
})
export class AppComponent {
  constructor(private logger: LoggerService) { }

  ngOnInit() {
    this.logger.log('AppComponent initialized');
  }
}

在这里，LoggerService 是 AppComponent 的依赖。通过在 AppComponent 的构造函数中声明 LoggerService，Angular 的注入器会负责创建 LoggerService 的实例并将其注入到 AppComponent 中。

2. 注入器的层级结构

Angular 应用具有层级结构，注入器也是如此。一个 Angular 应用通常有一个根注入器（Root Injector），它是整个应用中所有注入器的祖先。根注入器负责创建和管理应用级别的服务实例。

除了根注入器，每个组件都可以有自己的注入器。组件注入器是根注入器的子注入器。当一个组件需要一个服务实例时，它首先会在自己的注入器中查找。如果找不到，它会向上遍历注入器树，直到在根注入器或某个祖先注入器中找到该服务的提供者。

这种层级结构允许我们在不同层次上管理服务的实例化和作用域。例如，我们可能有一个应用级别的服务，它在整个应用中只有一个实例（由根注入器管理），同时也有一些组件级别的服务，每个组件都有自己独立的实例。

3. 多级注入器的工作原理

3.1 注入器查找流程

当一个组件请求一个服务实例时，注入器的查找流程如下：

  1. 组件自身注入器：组件首先在自己的注入器中查找服务的提供者。如果找到了提供者，注入器会创建或返回已有的服务实例。
  2. 祖先注入器：如果在组件自身注入器中没有找到提供者，组件会向上查找其父组件的注入器。这个过程会一直持续，直到找到提供者或到达根注入器。
  3. 根注入器：如果在根注入器中也没有找到提供者，Angular 会抛出一个错误，表明依赖无法解决。

3.2 示例代码分析

让我们通过一个具体的例子来理解多级注入器的工作原理。假设我们有一个简单的 Angular 应用，包含一个根组件 AppComponent 和一个子组件 ChildComponent。

首先，定义一个服务 CounterService：

import { Injectable } from '@angular/core';

@Injectable()
export class CounterService {
  private count = 0;

  increment() {
    this.count++;
    return this.count;
  }
}

然后，在 AppComponent 中使用这个服务：

import { Component } from '@angular/core';
import { CounterService } from './counter.service';

@Component({
  selector: 'app-root',
  templateUrl: './app.component.html',
  styleUrls: ['./app.component.css']
})
export class AppComponent {
  constructor(private counterService: CounterService) { }

  ngOnInit() {
    console.log('AppComponent: Counter value is', this.counterService.increment());
  }
}

接下来，创建 ChildComponent，并在其中也使用 CounterService：

import { Component } from '@angular/core';
import { CounterService } from './counter.service';

@Component({
  selector: 'app-child',
  templateUrl: './child.component.html',
  styleUrls: ['./child.component.css']
})
export class ChildComponent {
  constructor(private counterService: CounterService) { }

  ngOnInit() {
    console.log('ChildComponent: Counter value is', this.counterService.increment());
  }
}

在 AppComponent 的模板中包含 ChildComponent：

<!-- app.component.html -->
<div>
  <app-child></app-child>
</div>

在这个例子中，由于 CounterService 没有在 ChildComponent 中提供，ChildComponent 会向上查找注入器树。最终，它会在根注入器中找到 CounterService 的提供者，并使用根注入器创建的 CounterService 实例。因此，AppComponent 和 ChildComponent 中的 CounterService 实例是同一个，输出结果如下：

AppComponent: Counter value is 1
ChildComponent: Counter value is 2

4. 组件级别的服务提供

4.1 在组件中提供服务

有时候，我们可能希望每个组件都有自己独立的服务实例。这可以通过在组件中提供服务来实现。例如，我们修改 ChildComponent，在其中提供 CounterService：

import { Component } from '@angular/core';
import { CounterService } from './counter.service';

@Component({
  selector: 'app-child',
  templateUrl: './child.component.html',
  styleUrls: ['./child.component.css'],
  providers: [CounterService]
})
export class ChildComponent {
  constructor(private counterService: CounterService) { }

  ngOnInit() {
    console.log('ChildComponent: Counter value is', this.counterService.increment());
  }
}

现在，ChildComponent 有了自己的 CounterService 提供者。当 ChildComponent 请求 CounterService 实例时，它会在自己的注入器中创建一个新的 CounterService 实例，而不是使用根注入器中的实例。因此，AppComponent 和 ChildComponent 中的 CounterService 实例是不同的，输出结果如下：

AppComponent: Counter value is 1
ChildComponent: Counter value is 1

4.2 服务实例的作用域

通过在组件中提供服务，我们实际上限制了服务实例的作用域。在上面的例子中，ChildComponent 的 CounterService 实例只在 ChildComponent 及其子组件中有效。如果 ChildComponent 有自己的子组件，这些子组件也会使用 ChildComponent 注入器创建的 CounterService 实例。

5. 模块级别的注入器

5.1 NgModule 中的提供者

除了组件级别的注入器，Angular 还允许我们在模块（NgModule）中提供服务。在模块中提供的服务会由模块注入器管理。模块注入器是介于根注入器和组件注入器之间的一层。

例如，我们有一个 SharedModule，并在其中提供 CounterService：

import { NgModule } from '@angular/core';
import { CounterService } from './counter.service';

@NgModule({
  providers: [CounterService]
})
export class SharedModule { }

然后，在 AppModule 中导入 SharedModule：

import { NgModule } from '@angular/core';
import { BrowserModule } from '@angular/platform - browser';
import { AppComponent } from './app.component';
import { ChildComponent } from './child.component';
import { SharedModule } from './shared.module';

@NgModule({
  declarations: [
    AppComponent,
    ChildComponent
  ],
  imports: [
    BrowserModule,
    SharedModule
  ],
  providers: [],
  bootstrap: [AppComponent]
})
export class AppModule { }

现在，CounterService 由 SharedModule 的注入器管理。当 AppComponent 或 ChildComponent 请求 CounterService 实例时，它们会首先在 SharedModule 的注入器中查找。如果 SharedModule 的注入器中没有找到，它们会继续向上查找根注入器。

5.2 模块注入器的作用

模块注入器的主要作用是提供一种在模块级别管理服务实例的方式。这对于共享服务非常有用。例如，我们可能有一些服务，它们需要在多个组件之间共享，但又不想让它们成为应用级别的服务（由根注入器管理）。通过在模块中提供这些服务，我们可以确保这些服务在模块内的所有组件之间共享同一个实例。

6. 多级注入器的高级应用

6.1 服务覆盖

在多级注入器的结构中，我们可以在子注入器中覆盖父注入器提供的服务。这在某些情况下非常有用，例如，我们可能有一个应用级别的服务，但是在某个特定的组件或模块中，我们需要使用一个不同的实现。

假设我们有一个 UserService，它有一个基本的实现：

import { Injectable } from '@angular/core';

@Injectable()
export class UserService {
  getUserName() {
    return 'Default User';
  }
}

在根注入器中提供这个服务：

import { NgModule } from '@angular/core';
import { BrowserModule } from '@angular/platform - browser';
import { AppComponent } from './app.component';
import { UserService } from './user.service';

@NgModule({
  declarations: [
    AppComponent
  ],
  imports: [
    BrowserModule
  ],
  providers: [UserService],
  bootstrap: [AppComponent]
})
export class AppModule { }

现在，假设我们有一个 AdminComponent，在这个组件中，我们需要一个不同的 UserService 实现：

import { Component } from '@angular/core';
import { UserService } from './user.service';

@Injectable()
class AdminUserService extends UserService {
  getUserName() {
    return 'Admin User';
  }
}

@Component({
  selector: 'app-admin',
  templateUrl: './admin.component.html',
  styleUrls: ['./admin.component.css'],
  providers: [
    {
      provide: UserService,
      useClass: AdminUserService
    }
  ]
})
export class AdminComponent {
  constructor(private userService: UserService) { }

  ngOnInit() {
    console.log('AdminComponent: User name is', this.userService.getUserName());
  }
}

在 AdminComponent 中，我们通过 providers 数组覆盖了根注入器中提供的 UserService。现在，AdminComponent 及其子组件会使用 AdminUserService 作为 UserService 的实现，而其他组件仍然使用根注入器提供的 UserService 实现。

6.2 动态组件和注入器

在 Angular 中，动态组件的创建也涉及到多级注入器。当我们动态创建一个组件时，我们可以选择使用哪个注入器来创建该组件。

例如，假设我们有一个 DynamicComponentLoader 服务，用于动态加载组件：

import { Injectable, ComponentFactoryResolver, ApplicationRef, Injector, ComponentRef } from '@angular/core';

@Injectable()
export class DynamicComponentLoader {
  constructor(
    private componentFactoryResolver: ComponentFactoryResolver,
    private appRef: ApplicationRef,
    private injector: Injector
  ) { }

  loadComponent(componentType: any, targetElement: HTMLElement) {
    const componentFactory = this.componentFactoryResolver.resolveComponentFactory(componentType);
    const componentRef = componentFactory.create(this.injector);
    this.appRef.attachView(componentRef.hostView);
    targetElement.appendChild(componentRef.location.nativeElement);
    return componentRef;
  }
}

在这个服务中，我们使用 this.injector 来创建组件。默认情况下，this.injector 是根注入器。但是，如果我们想在特定组件的注入器上下文中创建动态组件，我们可以将该组件的注入器传递给 DynamicComponentLoader。

假设我们有一个 ParentComponent，它包含一个按钮，点击按钮会动态加载一个 DynamicComponent：

import { Component, ViewChild, ElementRef } from '@angular/core';
import { DynamicComponentLoader } from './dynamic - component - loader.service';
import { DynamicComponent } from './dynamic.component';

@Component({
  selector: 'app - parent',
  templateUrl: './parent.component.html',
  styleUrls: ['./parent.component.css']
})
export class ParentComponent {
  @ViewChild('target', { static: true }) target: ElementRef;

  constructor(private dynamicComponentLoader: DynamicComponentLoader) { }

  loadDynamicComponent() {
    this.dynamicComponentLoader.loadComponent(DynamicComponent, this.target.nativeElement);
  }
}

如果 DynamicComponent 需要依赖一些服务，默认情况下，它会从根注入器中获取这些服务。但是，如果我们希望 DynamicComponent 使用 ParentComponent 的注入器中的服务，我们可以修改 DynamicComponentLoader 的 loadComponent 方法，将 ParentComponent 的注入器传递进去：

loadComponent(componentType: any, targetElement: HTMLElement, parentInjector: Injector) {
  const componentFactory = this.componentFactoryResolver.resolveComponentFactory(componentType);
  const componentRef = componentFactory.create(parentInjector);
  this.appRef.attachView(componentRef.hostView);
  targetElement.appendChild(componentRef.location.nativeElement);
  return componentRef;
}

然后，在 ParentComponent 中调用 loadDynamicComponent 时传递自己的注入器：

loadDynamicComponent() {
  this.dynamicComponentLoader.loadComponent(DynamicComponent, this.target.nativeElement, this.injector);
}

这样，DynamicComponent 就会在 ParentComponent 的注入器上下文中创建，它可以使用 ParentComponent 及其祖先注入器中提供的服务。

7. 多级注入器的性能考虑

7.1 注入器查找的开销

多级注入器的查找过程虽然灵活，但也带来了一定的性能开销。每次组件请求一个服务实例时，注入器需要遍历注入器树来查找提供者。如果注入器树很深，或者查找过程中涉及大量的提供者，这个过程可能会比较耗时。

为了优化性能，我们应该尽量减少注入器树的深度，避免不必要的提供者。例如，我们应该避免在组件中提供那些实际上可以在更高层次（如模块或根注入器）提供的服务。

7.2 服务实例的创建和销毁

多级注入器也会影响服务实例的创建和销毁。如果一个服务在多个层次的注入器中提供，可能会创建多个实例，这会消耗更多的内存。此外，当一个组件及其注入器被销毁时，其中管理的服务实例也会被销毁。因此，我们需要合理设计服务的作用域，确保服务实例在不需要时能够及时销毁，以释放内存。

例如，如果我们有一个资源密集型的服务，并且希望在整个应用中只使用一个实例，我们应该在根注入器中提供这个服务，而不是在每个组件中提供。

8. 多级注入器的调试技巧

8.1 使用 Angular 开发者工具

Angular 开发者工具提供了强大的功能来调试依赖注入。在 Chrome 浏览器中，我们可以打开开发者工具，切换到 Angular 标签页。在这里，我们可以查看应用的组件树、注入器树以及每个注入器中提供的服务。

通过查看注入器树，我们可以直观地了解服务是在哪里提供的，以及组件是从哪个注入器获取服务实例的。这对于排查依赖注入相关的问题非常有帮助。

8.2 日志输出

我们还可以通过在服务和组件中添加日志输出来调试依赖注入。例如，在服务的构造函数中添加日志：

import { Injectable } from '@angular/core';

@Injectable()
export class LoggerService {
  constructor() {
    console.log('LoggerService instance created');
  }

  log(message: string) {
    console.log(`[LOG] ${message}`);
  }
}

这样，当服务实例被创建时，我们可以在控制台中看到相应的日志。通过观察日志的输出顺序和次数，我们可以判断服务实例是如何被创建和注入的。

此外，我们还可以在组件的构造函数中记录注入的服务实例，例如：

import { Component } from '@angular/core';
import { LoggerService } from './logger.service';

@Component({
  selector: 'app - example',
  templateUrl: './example.component.html',
  styleUrls: ['./example.component.css']
})
export class ExampleComponent {
  constructor(private logger: LoggerService) {
    console.log('ExampleComponent: LoggerService injected', this.logger);
  }
}

通过这些日志输出，我们可以更好地理解多级注入器的工作原理以及服务在组件中的注入情况。

9. 总结多级注入器的最佳实践

  1. 合理设计服务作用域：根据服务的性质和使用场景，选择合适的注入器层次来提供服务。对于应用级别的共享服务，应该在根注入器中提供；对于组件级别的独立服务，在组件中提供；对于模块内共享的服务，在模块中提供。
  2. 避免不必要的服务覆盖：虽然服务覆盖提供了很大的灵活性，但过多的覆盖可能会使代码难以理解和维护。只有在确实需要时才进行服务覆盖，并且要确保覆盖的影响范围是明确的。
  3. 优化注入器树：尽量减少注入器树的深度，避免在组件中提供可以在更高层次提供的服务。这样可以减少注入器查找的开销，提高应用性能。
  4. 使用调试工具和日志：利用 Angular 开发者工具和日志输出，及时发现和解决依赖注入相关的问题。在开发过程中，通过日志了解服务实例的创建和注入情况，在调试时，借助开发者工具查看注入器树和服务提供者。

通过遵循这些最佳实践，我们可以更好地利用 Angular 的多级注入器，构建出高效、可维护的前端应用。多级注入器是 Angular 依赖注入机制的核心特性之一，深入理解和掌握它对于开发复杂的 Angular 应用至关重要。无论是在简单的组件间依赖管理，还是在大型应用的架构设计中，多级注入器都能发挥重要作用，帮助我们实现代码的模块化、可复用性和可维护性。在实际开发中，不断积累经验，灵活运用多级注入器的各种特性，将有助于我们提升开发效率，打造出高质量的 Angular 应用。