Dependency Injection

Dependency Injection im Überblick

Stell dir vor, eine Klasse ReportGenerator braucht eine Datenbankverbindung. Ohne DI erstellt sie diese selbst:

class ReportGenerator:
    def __init__(self):
        self.db = PostgresDatabase("localhost:5432")  # Hardcodiert!

Das Problem: Für Tests braucht man eine echte Datenbank. Und wenn man die Datenbank wechselt, muss man den Code ändern. Die Klasse ist eng an eine konkrete Implementierung gekoppelt.

Mit Dependency Injection wird die Abhängigkeit von außen übergeben:

class ReportGenerator:
    def __init__(self, db: Database):  # Interface, nicht konkrete Klasse
        self.db = db

Jetzt kann man im Test eine Mock-Datenbank übergeben, in Production die echte – der ReportGenerator merkt keinen Unterschied.

Verbindung zu SOLID

DI ist die praktische Umsetzung von zwei SOLID-Prinzipien:

• D – Dependency Inversion Principle: High-Level-Module sollen nicht von Low-Level-Modulen abhängen, beide sollen von Abstraktionen abhängen
• O – Open/Closed Principle: Klassen sollen offen für Erweiterung, geschlossen für Modifikation sein – durch DI kann man Verhalten ändern, ohne Code zu ändern

Anti-Pattern: Service Locator

DI hat ein häufig verwechseltes Anti-Pattern:

# ❌ Service Locator: Abhängigkeiten werden aktiv geholt
class ReportGenerator:
    def __init__(self):
        self.db = ServiceLocator.get(Database)  # Versteckte Abhängigkeit!

# ✅ Dependency Injection: Abhängigkeiten werden übergeben
class ReportGenerator:
    def __init__(self, db: Database):  # Explizite Abhängigkeit
        self.db = db

Der Service Locator versteckt Abhängigkeiten – man sieht nicht am Konstruktor, was die Klasse braucht. DI macht Abhängigkeiten explizit und sichtbar.

Technisch betrachtet

Die drei Injektionsarten

# 1. Constructor Injection (empfohlen – alle Abhängigkeiten sofort sichtbar)
class LLMService:
    def __init__(self, llm_client: LLMClient, cache: Cache):
        self.client = llm_client
        self.cache = cache

# 2. Setter Injection (für optionale Abhängigkeiten)
class LLMService:
    def set_cache(self, cache: Cache) -> None:
        self.cache = cache

# 3. Property Injection (selten, nur wenn Konstruktor nicht kontrollierbar)
class LLMService:
    cache: Cache = InMemoryCache()  # Default-Implementierung

Testbarkeit durch DI

# Production: echte Implementierungen
service = LLMService(
    llm_client=OpenAIClient(api_key=settings.OPENAI_KEY),
    cache=RedisCache(host="redis:6379")
)

# Unit Test: Mock-Implementierungen – kein Netzwerk, kein Redis
service = LLMService(
    llm_client=MockLLMClient(responses={"Hallo": "Welt"}),
    cache=InMemoryCache()
)
result = service.generate("Hallo")
assert result == "Welt"

TypeScript mit InversifyJS

import { injectable, inject, Container } from 'inversify';

// Interfaces definieren
interface LLMClient { generate(prompt: string): Promise<string>; }
interface Cache { get(key: string): string | null; set(key: string, value: string): void; }

// Implementierungen
@injectable()
class OpenAIClient implements LLMClient {
  async generate(prompt: string) { /* ... */ }
}

@injectable()
class RedisCache implements Cache {
  get(key: string) { /* ... */ }
  set(key: string, value: string) { /* ... */ }
}

// Service mit injizierten Abhängigkeiten
@injectable()
class LLMService {
  constructor(
    @inject('LLMClient') private client: LLMClient,
    @inject('Cache') private cache: Cache,
  ) {}
}

// Container konfigurieren
const container = new Container();
container.bind<LLMClient>('LLMClient').to(OpenAIClient);
container.bind<Cache>('Cache').to(RedisCache);
container.bind(LLMService).toSelf();

const service = container.get(LLMService);

FastAPI Dependency Injection

FastAPI hat DI eingebaut – besonders nützlich für Datenbankverbindungen und Auth:

from fastapi import Depends, HTTPException
from functools import lru_cache

# Dependency-Funktionen
def get_llm_client() -> LLMClient:
    return OpenAIClient(api_key=settings.OPENAI_KEY)

def get_db() -> Generator:
    db = SessionLocal()
    try:
        yield db
    finally:
        db.close()

async def get_current_user(
    token: str = Depends(oauth2_scheme),
    db: Session = Depends(get_db)
) -> User:
    user = db.query(User).filter(User.token == token).first()
    if not user:
        raise HTTPException(status_code=401)
    return user

# Endpunkt mit mehreren Abhängigkeiten
@app.post("/generate")
async def generate(
    prompt: str,
    llm: LLMClient = Depends(get_llm_client),
    user: User = Depends(get_current_user),
):
    return await llm.generate(f"User {user.name}: {prompt}")

Scopes in DI-Containern

DI-Container unterstützen verschiedene Lebenszyklen: