.NET Core基于Generic Host实现后台任务方法教程

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前言

很多时候，后台任务对我们来说是一个利器，帮我们在后面处理了成千上万的事情。

在.NET Framework时代，我们可能比较多的就是一个项目，会有一到多个对应的Windows服务，这些Windows服务就可以当作是我们所说的后台任务了。

我喜欢将后台任务分为两大类，一类是不停的跑，好比MQ的消费者,RPC的服务端。另一类是定时的跑，好比定时任务。

那么在.NET Core时代是不是有一些不同的解决方案呢？答案是肯定的。

Generic Host就是其中一种方案，也是本文的主角。

什么是Generic Host

Generic Host是ASP.NET Core 2.1中的新增功能，它的目的是将HTTP管道从Web Host的API中分离出来，从而启用更多的Host方案。

现在2.1版本的Asp.Net Core中，有了两种可用的Host。

Web Host –适用于托管Web程序的Host,就是我们所熟悉的在Asp.Net Core应用程序的Mai函数中用CreateWebHostBuilder创建出来的常用的WebHost。

Generic Host (ASP.NET Core 2.1版本才有) – 适用于托管非 Web 应用（例如，运行后台任务的应用）。在未来的版本中，通用主机将适用于托管任何类型的应用，包括 Web 应用。通用主机最终将取代 Web 主机，这大概也是这种类型的主机叫做通用主机的原因。

这样可以让基于Generic Host的一些特性延用一些基础的功能。如：如配置、依赖关系注入和日志等。

Generic Host更倾向于通用性，换句话就是说，我们即可以在Web项目中使用，也可以在非Web项目中使用！

虽然有时候后台任务混杂在Web项目中并不是一个太好的选择，但也并不失是一个解决方案。尤其是在资源并不充足的时候。

比较好的做法还是让其独立出来，让它的职责更加单一。

下面就先来看看如何创建后台任务吧。

后台任务示例

我们先来写两个后台任务(一个一直跑，一个定时跑)，体验一下这些后台任务要怎么上手，同样也是我们后面要使用到的。

这两个任务统一继承BackgroundService这个抽象类，而不是IHostedService这个接口。后面会说到两者的区别。

1、一直跑的后台任务

先上代码

public class PrinterHostedService2 : BackgroundService
{
 private readonly ILogger _logger;
 private readonly AppSettings _settings;

 public PrinterHostedService2(ILoggerFactory loggerFactory, IOptionsSnapshot<AppSettings> options)
 {
 this._logger = loggerFactory.CreateLogger<PrinterHostedService2>();
 this._settings = options.Value;
 }

 public override Task StopAsync(CancellationToken cancellationToken)
 {
 _logger.LogInformation("Printer2 is stopped");
 return Task.CompletedTask;
 }

 protected override async Task ExecuteAsync(CancellationToken stoppingToken)
 {
 while (!stoppingToken.IsCancellationRequested)
 {
  _logger.LogInformation($"Printer2 is working. {_settings.PrinterDelaySecond}");
  await Task.Delay(TimeSpan.FromSeconds(_settings.PrinterDelaySecond), stoppingToken);
 }
 }
}

来看看里面的细节。

我们的这个服务继承了BackgroundService，就一定要实现里面的ExecuteAsync，至于StartAsync和StopAsync等方法可以选择性的override。

我们ExecuteAsync在里面就是输出了一下日志，然后休眠在配置文件中指定的秒数。

这个任务可以说是最简单的例子了，其中还用到了依赖注入，如果想在任务中注入数据仓储之类的，应该就不需要再多说了。

同样的方式再写一个定时的。

定时跑的后台任务

这里借助了Timer来完成定时跑的功能，同样的还可以结合Quartz来完成。

public class TimerHostedService : BackgroundService
{
 //other ...
 
 private Timer _timer;

 protected override Task ExecuteAsync(CancellationToken stoppingToken)
 {
 _timer = new Timer(DoWork, null, TimeSpan.Zero, TimeSpan.FromSeconds(_settings.TimerPeriod));
 return Task.CompletedTask;
 }

 private void DoWork(object state)
 {
 _logger.LogInformation("Timer is working");
 }

 public override Task StopAsync(CancellationToken cancellationToken)
 {
 _logger.LogInformation("Timer is stopping");
 _timer?.Change(Timeout.Infinite, 0);
 return base.StopAsync(cancellationToken);
 }

 public override void Dispose()
 {
 _timer?.Dispose();
 base.Dispose();
 }
}

和第一个后台任务相比，没有太大的差异。

下面我们先来看看如何用控制台的形式来启动这两个任务。

控制台形式

这里会同时引入NLog来记录任务跑的日志，方便我们观察。

Main函数的代码如下：

class Program
{
 static async Task Main(string[] args)
 {
 var builder = new HostBuilder()
  //logging
  .ConfigureLogging(factory =>
  {
  //use nlog
  factory.AddNLog(new NLogProviderOptions { CaptureMessageTemplates = true, CaptureMessageProperties = true });
  NLog.LogManager.LoadConfiguration("nlog.config");
  })
  //host config
  .ConfigureHostConfiguration(config =>
  {
  //command line
  if (args != null)
  {
   config.AddCommandLine(args);
  }
  })
  //app config
  .ConfigureAppConfiguration((hostContext, config) =>
  {
  var env = hostContext.HostingEnvironment;
  config.AddJsonFile("appsettings.json", optional: true, reloadOnChange: true)
   .AddJsonFile($"appsettings.{env.EnvironmentName}.json", optional: true, reloadOnChange: true);

  config.AddEnvironmentVariables();

  if (args != null)
  {
   config.AddCommandLine(args);
  }
  })
  //service
  .ConfigureServices((hostContext, services) =>
  {
  services.AddOptions();
  services.Configure<AppSettings>(hostContext.Configuration.GetSection("AppSettings"));

  //basic usage
  services.AddHostedService<PrinterHostedService2>();
  services.AddHostedService<TimerHostedService>();
  }) ;

 //console 
 await builder.RunConsoleAsync();

 ////start and wait for shutdown
 //var host = builder.Build();
 //using (host)
 //{
 // await host.StartAsync();

 // await host.WaitForShutdownAsync();
 //}
 }
}

对于控制台的方式，需要我们对HostBuilder有一定的了解，虽说它和WebHostBuild有相似的地方。可能大部分时候，我们是直接使用了WebHost.CreateDefaultBuilder(args)来构造的，如果对CreateDefaultBuilder里面的内容没有了解，那么对上面的代码可能就不会太清晰。

上述代码的大致流程如下：

new一个HostBuilder对象
配置日志，主要是接入了NLog
Host的配置，这里主要是引入了CommandLine，因为需要传递参数给程序
应用的配置，指定了配置文件，和引入CommandLine
Service的配置，这个就和我们在Startup里面写的差不多了，最主要的是我们的后台服务要在这里注入
启动

其中，

2-5的顺序可以按个人习惯来写，里面的内容也和我们写Startup大同小异。

第6步，启动的时候，有多种方式，这里列出了两种行为等价的方式。

a. 通过RunConsoleAsync的方式来启动

b. 先StartAsync然后再WaitForShutdownAsync

RunConsoleAsync的奥秘，我觉得还是直接看下面的代码比较容易懂。

/// <summary>
/// Listens for Ctrl+C or SIGTERM and calls <see cref="IApplicationLifetime.StopApplication"/> to start the shutdown process.
/// This will unblock extensions like RunAsync and WaitForShutdownAsync.
/// </summary>
/// <param name="hostBuilder">The <see cref="IHostBuilder" /> to configure.</param>
/// <returns>The same instance of the <see cref="IHostBuilder"/> for chaining.</returns>
public static IHostBuilder UseConsoleLifetime(this IHostBuilder hostBuilder)
{
 return hostBuilder.ConfigureServices((context, collection) => collection.AddSingleton<IHostLifetime, ConsoleLifetime>());
}

/// <summary>
/// Enables console support, builds and starts the host, and waits for Ctrl+C or SIGTERM to shut down.
/// </summary>
/// <param name="hostBuilder">The <see cref="IHostBuilder" /> to configure.</param>
/// <param name="cancellationToken"></param>
/// <returns></returns>
public static Task RunConsoleAsync(this IHostBuilder hostBuilder, CancellationToken cancellationToken = default)
{
 return hostBuilder.UseConsoleLifetime().Build().RunAsync(cancellationToken);
}

这里涉及到了一个比较重要的IHostLifetime，Host的生命周期，ConsoleLifeTime是默认的一个，可以理解成当接收到ctrl+c这样的指令时，它就会触发停止。

接下来，写一下nlog的配置文件

<?xml version="1.0" encoding="utf-8" ?>
<nlog xmlns="http://www.nlog-project.org/schemas/NLog.xsd" xsi:schemaLocation="NLog NLog.xsd"
 xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
 autoReload="true"
 internalLogLevel="Info" >

 <targets>
 <target xsi:type="File"
  name="ghost"
  fileName="logs/ghost.log"
  layout="${date}|${level:uppercase=true}|${message}" />
 </targets>

 <rules>
 <logger name="GHost.*" minlevel="Info" writeTo="ghost" />
 <logger name="Microsoft.*" minlevel="Info" writeTo="ghost" />
 </rules>
</nlog>

这个时候已经可以通过命令启动我们的应用了。

dotnet run -- --environment Staging

这里指定了运行环境为Staging，而不是默认的Production。

在构造HostBuilder的时候，可以通过UseEnvironment或ConfigureHostConfiguration直接指定运行环境，但是个人更加倾向于在启动命令中去指定，避免一些不可控因素。

这个时候大致效果如下：

虽然效果已经出来了，不过大家可能会觉得这个有点小打小闹，下面来个略微复杂一点的后台任务，用来监听并消费RabbitMQ的消息。

消费MQ消息的后台任务

public class ComsumeRabbitMQHostedService : BackgroundService
{
 private readonly ILogger _logger;
 private readonly AppSettings _settings;
 private IConnection _connection;
 private IModel _channel;

 public ComsumeRabbitMQHostedService(ILoggerFactory loggerFactory, IOptionsSnapshot<AppSettings> options)
 {
 this._logger = loggerFactory.CreateLogger<ComsumeRabbitMQHostedService>();
 this._settings = options.Value;
 InitRabbitMQ(this._settings);
 }

 private void InitRabbitMQ(AppSettings settings)
 {
 var factory = new ConnectionFactory { HostName = settings.HostName, };
 _connection = factory.CreateConnection();
 _channel = _connection.CreateModel();

 _channel.ExchangeDeclare(_settings.ExchangeName, ExchangeType.Topic);
 _channel.QueueDeclare(_settings.QueueName, false, false, false, null);
 _channel.QueueBind(_settings.QueueName, _settings.ExchangeName, _settings.RoutingKey, null);
 _channel.BasicQos(0, 1, false);

 _connection.ConnectionShutdown += RabbitMQ_ConnectionShutdown;
 }

 protected override Task ExecuteAsync(CancellationToken stoppingToken)
 {
 stoppingToken.ThrowIfCancellationRequested();

 var consumer = new EventingBasicConsumer(_channel);
 consumer.Received += (ch, ea) =>
 {
  var content = System.Text.Encoding.UTF8.GetString(ea.Body);
  HandleMessage(content);
  _channel.BasicAck(ea.DeliveryTag, false);
 };

 consumer.Shutdown += OnConsumerShutdown;
 consumer.Registered += OnConsumerRegistered;
 consumer.Unregistered += OnConsumerUnregistered;
 consumer.ConsumerCancelled += OnConsumerConsumerCancelled;

 _channel.BasicConsume(_settings.QueueName, false, consumer);
 return Task.CompletedTask;
 }

 private void HandleMessage(string content)
 {
 _logger.LogInformation($"consumer received {content}");
 }
 
 private void OnConsumerConsumerCancelled(object sender, ConsumerEventArgs e) { ... }
 private void OnConsumerUnregistered(object sender, ConsumerEventArgs e) { ... }
 private void OnConsumerRegistered(object sender, ConsumerEventArgs e) { ... }
 private void OnConsumerShutdown(object sender, ShutdownEventArgs e) { ... }
 private void RabbitMQ_ConnectionShutdown(object sender, ShutdownEventArgs e) { ... }

 public override void Dispose()
 {
 _channel.Close();
 _connection.Close();
 base.Dispose();
 }
}

代码细节就不需要多说了，下面就启动MQ发送程序来模拟消息的发送

同时看我们任务的日志输出

由启动到停止，效果都是符合我们预期的。

下面再来看看Web形式的后台任务是怎么处理的。

Web形式

这种模式下的后台任务，其实就是十分简单的了。

我们只要在Startup的ConfigureServices方法里面注册我们的几个后台任务就可以了。

public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
{
 services.AddMvc().SetCompatibilityVersion(CompatibilityVersion.Version_2_1);
 services.AddHostedService<PrinterHostedService2>();
 services.AddHostedService<TimerHostedService>();
 services.AddHostedService<ComsumeRabbitMQHostedService>();
}

启动Web站点后，我们发了20条MQ消息，再访问了一下Web站点的首页，最后是停止站点。

下面是日志结果，都是符合我们的预期。

可能大家会比较好奇，这三个后台任务是怎么混合在Web项目里面启动的。

答案就在下面的两个链接里。

https://github.com/aspnet/Hosting/blob/2.1.1/src/Microsoft.AspNetCore.Hosting/Internal/WebHost.cs

https://github.com/aspnet/Hosting/blob/2.1.1/src/Microsoft.AspNetCore.Hosting/Internal/HostedServiceExecutor.cs

上面说了那么多，都是在本地直接运行的，可能大家会比较关注这个要怎样部署，下面我们就不看看怎么部署。

部署

部署的话，针对不同的情形(web和非web)都有不同的选择。

正常来说，如果本身就是web程序，那么平时我们怎么部署的，就和平时那样部署即可。

花点时间讲讲部署非web的情形。

其实这里的部署等价于让程序在后台运行。

在Linux下面让程序在后台运行方式有好多好多，Supervisor、Screen、pm2、systemctl等。

这里主要介绍一下systemctl，同时用上面的例子来进行部署，由于个人服务器没有MQ环境，所以没有启用消费MQ的后台任务。

先创建一个 service 文件

vim /etc/systemd/system/ghostdemo.service

内容如下：

[Unit]
Description=Generic Host Demo

[Service]
WorkingDirectory=/var/www/ghost
ExecStart=/usr/bin/dotnet /var/www/ghost/ConsoleGHost.dll --environment Staging
KillSignal=SIGINT
SyslogIdentifier=ghost-example

[Install]
WantedBy=multi-user.target

其中，各项配置的含义可以自行查找，这里不作说明。

然后可以通过下面的命令来启动和停止这个服务

service ghostdemo start
service ghostdemo stop

测试无误之后，就可以设为自启动了。

systemctl enable ghostdemo.service

下面来看看运行的效果

我们先启动服务，然后去查看实时日志，可以看到应用的日志不停的输出。

当我们停了服务，再看实时日志，就会发现我们的两个后台任务已经停止了，也没有日志再进来了。

再去看看服务系统日志

sudo journalctl -fu ghostdemo.service

发现它确实也是停了。

在这里，我们还可以看到服务的当前环境和根路径。

IHostedService和BackgroundService的区别

前面的所有示例中，我们用的都是BackgroundService，而不是IHostedService。

这两者有什么区别呢？

可以这样简单的理解，IHostedService是原料，BackgroundService是一个用原料加工过一部分的半成品。

这两个都是不能直接当成成品来用的，都需要进行加工才能做成一个可用的成品。

同时也意味着，如果使用IHostedService可能会需要做比较多的控制。

基于前面的打印后台任务，在这里使用IHostedService来实现。

如果我们只是纯綷的把实现代码放到StartAsync方法中，那么可能就会有惊喜了。

public class PrinterHostedService : IHostedService, IDisposable
{
 //other ....
 
 public async Task StartAsync(CancellationToken cancellationToken)
 {
  while (!cancellationToken.IsCancellationRequested)
  {
   Console.WriteLine("Printer is working.");
   await Task.Delay(TimeSpan.FromSeconds(_settings.PrinterDelaySecond), cancellationToken);
  }
 }

 public Task StopAsync(CancellationToken cancellationToken)
 {
  Console.WriteLine("Printer is stopped");
  return Task.CompletedTask;
 }
}

运行之后，想用ctrl+c来停止，发现还是一直在跑。

ps一看，这个进程还在，kill掉之后才不会继续输出。。

问题出在那里呢？原因其实还是比较明显的，因为这个任务还没有启动成功，一直处于启动中的状态！

换句话说，StartAsync方法还没有执行完。这个问题一定要小心再小心。

要怎么处理这个问题呢？解决方法也比较简单，可以通过引用一个变量来记录要运行的任务，将其从StartAsync方法中解放出来。

public class PrinterHostedService3 : IHostedService, IDisposable
{
 //others .....
 private bool _stopping;
 private Task _backgroundTask;

 public Task StartAsync(CancellationToken cancellationToken)
 {
  Console.WriteLine("Printer3 is starting.");
  _backgroundTask = BackgroundTask(cancellationToken);
  return Task.CompletedTask;
 }

 private async Task BackgroundTask(CancellationToken cancellationToken)
 {
  while (!_stopping)
  {
   await Task.Delay(TimeSpan.FromSeconds(_settings.PrinterDelaySecond),cancellationToken);
   Console.WriteLine("Printer3 is doing background work.");
  }
 }

 public Task StopAsync(CancellationToken cancellationToken)
 {
  Console.WriteLine("Printer3 is stopping.");
  _stopping = true;
  return Task.CompletedTask;
 }

 public void Dispose()
 {
  Console.WriteLine("Printer3 is disposing.");
 }
}

这样就能让这个任务真正的启动成功了！效果就不放图了。

相对来说，BackgroundService用起来会比较简单，实现核心的ExecuteAsync这个抽象方法就差不多了，出错的概率也会比较低。

IHostBuilder的扩展写法

在注册服务的时候，我们还可以通过编写IHostBuilder的扩展方法来完成。

public static class Extensions
{
 public static IHostBuilder UseHostedService<T>(this IHostBuilder hostBuilder)
  where T : class, IHostedService, IDisposable
 {
  return hostBuilder.ConfigureServices(services =>
   services.AddHostedService<T>());
 }

 public static IHostBuilder UseComsumeRabbitMQ(this IHostBuilder hostBuilder)
 {
  return hostBuilder.ConfigureServices(services =>
     services.AddHostedService<ComsumeRabbitMQHostedService>());
 }
}

使用的时候就可以像下面一样。

var builder = new HostBuilder()
  //others ...
  .ConfigureServices((hostContext, services) =>
  {
   services.AddOptions();
   services.Configure<AppSettings>(hostContext.Configuration.GetSection("AppSettings"));

   //basic usage
   //services.AddHostedService<PrinterHostedService2>();
   //services.AddHostedService<TimerHostedService>();
   //services.AddHostedService<ComsumeRabbitMQHostedService>();
  })
  //extensions usage
  .UseComsumeRabbitMQ()
  .UseHostedService<TimerHostedService>()
  .UseHostedService<PrinterHostedService2>()
  //.UseHostedService<ComsumeRabbitMQHostedService>()
  ;