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FastAPI依赖注入作用域与生命周期控制详解

1. 依赖项作用域基础概念

在FastAPI框架中，依赖项的作用域决定了它们的创建和销毁时机。就像图书馆里的公共设施（应用级）与个人借阅的书籍（请求级）的区别，不同作用域的依赖项适用于不同的使用场景。

作用域主要分为两种类型：

应用级作用域（Singleton）：整个应用生命周期内只初始化一次
请求级作用域（Request）：每个HTTP请求都会创建新的实例

from fastapi import Depends, FastAPI

app = FastAPI()


# 应用级依赖示例
class DatabasePool:
    def __init__(self):
        print("创建数据库连接池")
        self.pool = "模拟连接池"


db_pool = DatabasePool()


@app.get("/data")
async def get_data(pool: str = Depends(lambda: db_pool.pool)):
    return {"pool": pool}

2. 作用域划分实践技巧

2.1 应用级作用域配置

适合需要长期保持的昂贵资源，推荐在应用启动事件中初始化：

from contextlib import asynccontextmanager
from fastapi import FastAPI


@asynccontextmanager
async def lifespan(app: FastAPI):
    # 应用启动时初始化
    app.state.db_pool = await create_db_pool()
    yield
    # 应用关闭时清理
    await app.state.db_pool.close()


app = FastAPI(lifespan=lifespan)


@app.get("/items")
async def read_items(pool=Depends(lambda: app.state.db_pool)):
    return {"pool": pool.status}

2.2 请求级作用域实现

使用yield语法实现请求级依赖的生命周期控制：

from fastapi import Depends
from sqlalchemy.ext.asyncio import AsyncSession


async def get_db():
    # 每个请求创建新会话
    db_session = AsyncSession(bind=engine)
    try:
        yield db_session
    finally:
        # 请求结束后关闭会话
        await db_session.close()


@app.post("/users")
async def create_user(
        user: UserSchema,
        db: AsyncSession = Depends(get_db)
):
    db.add(User(**user.dict()))
    await db.commit()
    return {"status": "created"}

3. 生命周期控制模式

3.1 初始化-使用-销毁流程

from typing import Generator
from fastapi import Depends


class FileProcessor:
    def __init__(self, filename):
        self.file = open(filename, "r")
        print(f"打开文件 {filename}")

    def process(self):
        return self.file.read()

    def close(self):
        self.file.close()
        print("文件已关闭")


def get_processor() -> Generator[FileProcessor, None, None]:
    processor = FileProcessor("data.txt")
    try:
        yield processor
    finally:
        processor.close()


@app.get("/process")
async def process_file(
        processor: FileProcessor = Depends(get_processor)
):
    content = processor.process()
    return {"content": content[:100]}

4. 混合作用域实战案例

组合不同作用域的依赖项实现高效资源管理：

from fastapi import Depends, BackgroundTasks

# 应用级缓存
cache = {}


# 请求级数据库连接
async def get_db():
    ...


# 缓存依赖（应用级）
def get_cache():
    return cache


@app.post("/cached-data")
async def get_data(
        db: AsyncSession = Depends(get_db),
        cache: dict = Depends(get_cache),
        bg: BackgroundTasks = Depends()
):
    if "data" not in cache:
        result = await db.execute("SELECT ...")
        cache["data"] = result
        bg.add_task(lambda: cache.pop("data", None), delay=3600)
    return cache["data"]

5. 课后Quiz

问题1：请求级依赖的yield语句必须放在try/finally块中吗？

答案：不是必须，但推荐使用。finally块确保无论是否发生异常都会执行清理操作，避免资源泄漏

问题2：应用级依赖能否访问请求上下文？

答案：不能。应用级依赖在请求上下文创建之前就已经初始化，无法访问请求相关信息

6. 常见报错解决方案

错误1：RuntimeError: Dependency is not yield

原因：在异步依赖项中忘记使用yield语法

# 错误示例
async def get_db():
    return Session()


# 正确写法
async def get_db():
    db = Session()
    try:
        yield db
    finally:
        db.close()

错误2：DependencyOveruseWarning

现象：频繁创建昂贵资源导致性能问题
解决：检查依赖项作用域是否合理，将数据库连接池等昂贵资源改为应用级作用域

错误3：ContextVariableNotFound

场景：在应用级依赖中尝试访问请求信息
处理：将需要请求信息的依赖改为请求级作用域，或通过参数传递所需数据

7. 环境配置与运行

安装依赖：

1	pip install fastapi uvicorn sqlalchemy python-dotenv

启动服务：

1	uvicorn main:app --reload --port 8000

测试端点：

1 2	curl http://localhost:8000/items curl -X POST http://localhost:8000/users -H "Content-Type: application/json" -d '{"name":"John"}'

通过合理划分依赖项的作用域和精确控制生命周期，开发者可以显著提升FastAPI应用的性能和资源利用率。建议在实践中结合具体业务需求，通过性能测试确定最佳作用域配置方案。

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