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详解ASP.NET Core3.0 配置的Options模式

原作者: [db:作者] 来自: [db:来源] 收藏 邀请

上一章讲到了配置的用法及内部处理机制，对于配置，ASP.NET Core还提供了一种Options模式。

一、Options的使用

上一章有个配置的绑定的例子，可以将配置绑定到一个Theme实例中。也就是在使用对应配置的时候，需要进行一次绑定操作。而Options模式提供了更直接的方式，并且可以通过依赖注入的方式提供配置的读取。下文中称每一条Options配置为Option。

1.简单的不为Option命名的方式

依然采用这个例子，在appsettings.json中存在这样的配置：

{
 "Theme": {
  "Name": "Blue",
  "Color": "#0921DC"
 }
}

修改一下ValueController，代码如下：

public class ValuesController : Controller
{
  private IOptions<Theme> _options = null;
  public ValuesController(IOptions<Theme> options)
  {
    _options = options;
  }

  public ContentResult GetOptions()
  {
    return new ContentResult() { Content = $"options:{ _options.Value.Name}" };
  }
}

依然需要在Startup文件中做注册：

  public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
  {
    services.Configure<Theme>(Configuration.GetSection("Theme"));

    services.AddControllersWithViews(); //3.0中启用的新方法
  }

请求这个Action，获取到的结果为：

options:Blue

这样就可以在需要使用该配置的时候通过依赖注入的方式使用了。但有个疑问，这里将“Theme”类型绑定了这样的配置，但如果有多个这样的配置呢？就如同下面这样的配置的时候：

 "Themes": [
  {
   "Name": "Blue",
   "Color": "#0921DC"
  },
  {
   "Name": "Red",
   "Color": "#FF4500"
  }
 ]

在这样的情况下，存在多个Theme的配置，这样对于之前这种依赖注入的方式就不行了。这时系统提供了将注入的Options进行命名的方法。

2.为Option命名的方式

首先需要在Startup文件中注册的时候对其命名，添加如下两条注册代码：

services.Configure<Theme>("ThemeBlue", Configuration.GetSection("Themes:0"));
services.Configure<Theme>("ThemeRed" , Configuration.GetSection("Themes:1"));

修改ValueController代码，添加IOptionsMonitor<Theme>和IOptionsSnapshot<Theme>两种新的注入方式如下：

    private IOptions<Theme> _options = null;
    private IOptionsMonitor<Theme> _optionsMonitor = null;
    private IOptionsSnapshot<Theme> _optionsSnapshot = null;
    public ValuesController(IOptions<Theme> options, IOptionsMonitor<Theme> optionsMonitor, IOptionsSnapshot<Theme> optionsSnapshot)
    {
      _options = options;
      _optionsMonitor = optionsMonitor;
      _optionsSnapshot = optionsSnapshot;
    }

    public ContentResult GetOptions()
    {
      return new ContentResult() { Content = $"options:{_options.Value.Name}," +
        $"optionsSnapshot:{ _optionsSnapshot.Get("ThemeBlue").Name }," +
        $"optionsMonitor:{_optionsMonitor.Get("ThemeRed").Name}" };
    }

请求这个Action，获取到的结果为：

options:Blue,optionsSnapshot:Red,optionsMonitor:Gray

新增的两种注入方式通过Options的名称获取到了对应的Options。为什么是两种呢？它们有什么区别？不知道有没有读者想到上一章配置的重新加载功能。在配置注册的时候，有个reloadOnChange选项，如果它被设置为true的，当对应的数据源发生改变的时候，会进行重新加载。而Options怎么能少了这样的特性呢。

3.Option的自动更新与生命周期

为了验证这三种Options的读取方式的特性，修改Theme类，添加一个Guid字段，并在构造方法中对其赋值，代码如下：

public class Theme
{
  public Theme()
  {
    Guid = Guid.NewGuid();
  }
  public Guid Guid { get; set; }
  public string Name { get; set; }
  public string Color { get; set; }
}

修改上例中的名为GetOptions的Action的代码如下：

public ContentResult GetOptions()
{
  return new ContentResult()
  {
    Content = $"options:{_options.Value.Name}|{_options.Value.Guid}," +
    $"optionsSnapshot:{ _optionsSnapshot.Get("ThemeBlue").Name }|{_optionsSnapshot.Get("ThemeBlue").Guid}," +
    $"optionsMonitor:{_optionsMonitor.Get("ThemeRed").Name}|{_optionsMonitor.Get("ThemeRed").Guid}"
  };
}

请求这个Action，返回结果如下：

options:Blue|ad328f15-254f-4505-a79f-4f27db4a393e,optionsSnapshot:Red|dba5f550-29ca-4779-9a02-781dd17f595a,optionsMonitor:Gray|a799fa41-9444-45dd-b51b-fcd15049f98f

刷新页面，返回结果为：

options:Blue|ad328f15-254f-4505-a79f-4f27db4a393e,optionsSnapshot:Red|a2350cb3-c156-4f71-bb2d-25890fe08bec,optionsMonitor:Gray|a799fa41-9444-45dd-b51b-fcd15049f98f

可见IOptions和IOptionsMonitor两种方式获取到的Name值和Guid值均未改变，而通过IOptionsSnapshot方式获取到的Name值未改变，但Guid值发生了改变，每次刷新页面均会改变。这类似前面讲依赖注入时做测试的例子，现在猜测Guid未改变的IOptions和IOptionsMonitor两种方式是采用了Singleton模式，而Guid发生改变的IOptionsSnapshot方式是采用了Scoped或Transient模式。如果在这个Action中多次采用IOptionsSnapshot读取_optionsSnapshot.Get("ThemeBlue").Guid的值，会发现同一次请求的值是相同的，不同请求之间的值是不同的，也就是IOptionsSnapshot方式使采用了Scoped模式（此验证示例比较简单，请读者自行修改代码验证）。

在这样的情况下，修改三种获取方式对应的配置项的Name值，例如分别修改为“Blue1”、“Red1”和“Gray1”，再次多次刷新页面查看返回值，会发现如下情况：

IOptions方式：Name和Guid的值始终未变。Name值仍为Blue。

IOptionsSnapshot方式：Name值变为Red1，Guid值单次请求内相同，每次刷新之间不同。

IOptionsMonitor方式：只有修改配置值后第一次刷新的时候将Name值变为了Gray1，Guid未改变。之后多次刷新，这两个值均未做改变。

总结：IOptions和IOptionsMonitor两种方式采用了Singleton模式，但区别在于IOptionsMonitor会监控对应数据源的变化，如果发生了变化则更新实例的配置值，但不会重新提供新的实例。IOptionsSnapshot方式采用了Scoped模式每次请求采用同一个实例，在下一次请求的时候获取到的是一个新的实例，所以如果数据源发生了改变，会读取到新的值。先大概记一下这一的情况，在下文剖析IOptions的内部处理机制的时候就会明白为什么会这样。

4.数据更新提醒

IOptionsMonitor方式还提供了一个OnChange方法，当数据源发生改变的时候会触发它，所以如果想在这时候做点什么，可以利用这个方法实现。示例代码：

_optionsMonitor.OnChange((theme,name)=> { Console.WriteLine(theme.Name +"-"+ name); });

5.不采用Configuration配置作为数据源的方式

上面的例子都是采用了读取配置的方式，实际上Options模式和上一章的Configuration配置方式使分开的，读取配置只不过是Options模式的一种实现方式，例如可以不使用Configuration中的数据，直接通过如下代码注册：

services.Configure<Theme>("ThemeBlack", theme => {
  theme.Color = "#000000";
  theme.Name = "Black";
});

6.ConfigureAll方法

系统提供了一个ConfigureAll方法，可以将所有对应的实例统一设置。例如如下代码：

services.ConfigureAll<Theme>(theme => {
   theme.Color = "#000000";
   theme.Name = "Black2";
});

此时无论通过什么名称去获取Theme的实例，包括不存在对应设置的名称，获取到的值都是本次通过ConfigureAll设置的值。

7.PostConfigure和PostConfigureAll方法

这两个方法和Configure、ConfigureAll方法类似，只是它们会在Configure、ConfigureAll之后执行。

8.多个Configure、ConfigureAll、PostConfigure和PostConfigureAll的执行顺序

可以这样理解，每个Configure都是去修改一个名为其设置的名称的变量，以如下代码为例：

services.Configure<Theme>("ThemeBlack", theme => {
  theme.Color = "#000000";
  theme.Name = "Black";
});

这条设置就是去修改（注意是修改而不是替换）一个名为"ThemeBlack"的Theme类型的变量，如果该变量不存在，则创建一个Theme实例并赋值。这样就生成了一些变量名为“空字符串、“ThemeBlue”、“ThemeBlack”的变量（只是举例，忽略空字符串作为变量名不合法的顾虑）”。

依次按照代码的顺序执行，这时候如果后面的代码中出现同名的Configure，则修改对应名称的变量的值。如果是ConfigureAll方法，则修改所有类型为Theme的变量的值。

而PostConfigure和PostConfigureAll则在Configure和ConfigureAll之后执行，即使Configure的代码写在了PostConfigure之后也是一样。

至于为什么会是这样的规则，下一节会详细介绍。

二、内部处理机制解析

1. 系统启动阶段，依赖注入

上一节的例子中涉及到了三个接口IOptions、IOptionsSnapshot和IOptionsMonitor，那么就从这三个接口说起。既然Options模式是通过这三个接口的泛型方式注入提供服务的，那么在这之前系统就需要将它们对应的实现注入到依赖注入容器中。这发生在系统启动阶段创建IHost的时候，这时候HostBuilder的Build方法中调用了一个services.AddOptions()方法，这个方法定义在OptionsServiceCollectionExtensions中，代码如下：

public static class OptionsServiceCollectionExtensions
  {
    public static IServiceCollection AddOptions(this IServiceCollection services)
    {
      if (services == null)
      {
        throw new ArgumentNullException(nameof(services));
      }

      services.TryAdd(ServiceDescriptor.Singleton(typeof(IOptions<>), typeof(OptionsManager<>)));
      services.TryAdd(ServiceDescriptor.Scoped(typeof(IOptionsSnapshot<>), typeof(OptionsManager<>)));
      services.TryAdd(ServiceDescriptor.Singleton(typeof(IOptionsMonitor<>), typeof(OptionsMonitor<>)));
      services.TryAdd(ServiceDescriptor.Transient(typeof(IOptionsFactory<>), typeof(OptionsFactory<>)));
      services.TryAdd(ServiceDescriptor.Singleton(typeof(IOptionsMonitorCache<>), typeof(OptionsCache<>)));
      return services;
    }

    public static IServiceCollection Configure<TOptions>(this IServiceCollection services, Action<TOptions> configureOptions) where TOptions : class
      => services.Configure(Options.Options.DefaultName, configureOptions);

    public static IServiceCollection Configure<TOptions>(this IServiceCollection services, string name, Action<TOptions> configureOptions)
      where TOptions : class
    {
      //省略非空验证代码

      services.AddOptions();
      services.AddSingleton<IConfigureOptions<TOptions>>(new ConfigureNamedOptions<TOptions>(name, configureOptions));
      return services;
    }

    public static IServiceCollection ConfigureAll<TOptions>(this IServiceCollection services, Action<TOptions> configureOptions) where TOptions : class
      => services.Configure(name: null, configureOptions: configureOptions);
//省略部分代码
  }

可见这个AddOptions方法的作用就是进行服务注入，IOptions<>、IOptionsSnapshot<>对应的实现是OptionsManager<>，只是分别采用了Singleton和Scoped两种生命周期模式，IOptionsMonitor<>对应的实现是OptionsMonitor<>，同样为Singleton模式，这也验证了上一节例子中的猜想。除了上面提到的三个接口外，还有IOptionsFactory<>和IOptionsMonitorCache<>两个接口，这也是Options模式中非常重要的两个组成部分，接下来的内容中会用到。

另外的两个Configure方法就是上一节例子中用到的将具体的Theme注册到Options中的方法了。二者的区别就是是否为配置的option命名，而第一个Configure方法就未命名的方法，通过上面的代码可知它实际上是传入了一个默认的Options.Options.DefaultName作为名称，这个默认值是一个空字符串，也就是说，未命名的Option相当于是被命名为空字符串。最终都是按照已命名的方式也就是第二个Configure方法进行处理。还有一个ConfigureAll方法，它是传入了一个null作为Option的名称，也是交由第二个Configure处理。

在第二个Configure方法中仍调用了一次AddOptions方法，然后才是将具体的类型进行注入。AddOptions方法中采用的都是TryAdd方法进行注入，已被注入的不会被再次注入。接下来注册了一个IConfigureOptions<TOptions>接口，对应的实现是ConfigureNamedOptions<TOptions>(name, configureOptions)，它的代码如下：

public class ConfigureNamedOptions<TOptions> : IConfigureNamedOptions<TOptions> where TOptions : class
{
  public ConfigureNamedOptions(string name, Action<TOptions> action)
  {
    Name = name;
    Action = action;
}

  public string Name { get; }
  public Action<TOptions> Action { get; }

  public virtual void Configure(string name, TOptions options)
  {
    if (options == null)
    {
      throw new ArgumentNullException(nameof(options));
    }

    // Null name is used to configure all named options.
    if (Name == null || name == Name)
    {
      Action?.Invoke(options);
    }
  }

  public void Configure(TOptions options) => Configure(Options.DefaultName, options);
}

它在构造方法中存储了配置的名称（Name）和创建方法（Action），它的两个Configure方法用于在获取Options的值的时候执行对应的Action来创建实例（例如示例中的Theme）。在此时不会被执行。所以在此会出现3中类型的ConfigureNamedOptions，分别是Name值为具体值的、Name值为为空字符串的和Name值为null的。这分别对应了第一节的例子中的为Option命名的Configure方法、不为Option命名的Configure方法、以及ConfigureAll方法。

此处用到的OptionsServiceCollectionExtensions和ConfigureNamedOptions对应的是通过代码直接注册Option的方式，例如第一节例子中的如下方式：

services.Configure<Theme>("ThemeBlack", theme => { new Theme { Color = "#000000", Name = "Black" }; });

如果是以Configuration作为数据源的方式，例如如下代码

services.Configure<Theme>("ThemeBlue", Configuration.GetSection("Themes:0"));

用到的是OptionsServiceCollectionExtensions和ConfigureNamedOptions这两个类的子类，分别为OptionsConfigurationServiceCollectionExtensions和NamedConfigureFromConfigurationOptions两个类，通过它们的名字也可以知道是专门用于采用Configuration作为数据源用的，代码类似，只是多了一条关于IOptionsChangeTokenSource的依赖注入，作用是将Configuration的关于数据源变化的监听和Options的关联起来，当数据源发生改变的时候可以及时更新Options中的值，主要的Configure方法代码如下：

public static IServiceCollection Configure<TOptions>(this IServiceCollection services, string name, IConfiguration config, Action<BinderOptions> configureBinder)
  where TOptions : class
{
  //省略验证代码

  services.AddOptions();
  services.AddSingleton<IOptionsChangeTokenSource<TOptions>>(new ConfigurationChangeTokenSource<TOptions>(name, config));
  return services.AddSingleton<IConfigureOptions<TOptions>>(new NamedConfigureFromConfigurationOptions<TOptions>(name, config, configureBinder));
}

同样还有PostConfigure和PostConfigureAll方法，和Configure、ConfigureAll方法类似，只不过注入的类型为IPostConfigureOptions<TOptions>。

2. Options值的获取

Option值的获取也就是从依赖注入容器中获取相应实现的过程。通过依赖注入阶段，已经知道了IOptions<>和IOptionsSnapshot<>对应的实现是OptionsManager<>，就以OptionsManager<>为例看一下依赖注入后的服务提供过程。OptionsManager<>代码如下：

public class OptionsManager<TOptions> : IOptions<TOptions>, IOptionsSnapshot<TOptions> where TOptions : class, new()
{
  private readonly IOptionsFactory<TOptions> _factory;
private readonly OptionsCache<TOptions> _cache = new OptionsCache<TOptions>();

  public OptionsManager(IOptionsFactory<TOptions> factory)
  {
    _factory = factory;
  }

  public TOptions Value
  {
    get
    {
      return Get(Options.DefaultName);
    }
  }

  public virtual TOptions Get(string name)
  {
    name = name ?? Options.DefaultName;
    return _cache.GetOrAdd(name, () => _factory.Create(name));
  }
}

它有IOptionsFactory<TOptions>和OptionsCache<TOptions>两个重要的成员。如果直接获取Value值，实际上是调用的另一个Get(string name)方法，传入了空字符串作为name值。所以最终值的获取还是在缓存中读取，这里的代码是_cache.GetOrAdd(name, () => _factory.Create(name))，即如果缓存中存在对应的值，则返回，如果不存在，则由_factory去创建。OptionsFactory<TOptions>的代码如下：

public class OptionsFactory<TOptions> : IOptionsFactory<TOptions> where TOptions : class, new()
{
  private readonly IEnumerable<IConfigureOptions<TOptions>> _setups;
  private readonly IEnumerable<IPostConfigureOptions<TOptions>> _postConfigures;
  private readonly IEnumerable<IValidateOptions<TOptions>> _validations;

  public OptionsFactory(IEnumerable<IConfigureOptions<TOptions>> setups, IEnumerable<IPostConfigureOptions<TOptions>> postConfigures) : this(setups, postConfigures, validations: null)
  { }

  public OptionsFactory(IEnumerable<IConfigureOptions<TOptions>> setups, IEnumerable<IPostConfigureOptions<TOptions>> postConfigures, IEnumerable<IValidateOptions<TOptions>> validations)
  {
    _setups = setups;
    _postConfigures = postConfigures;
    _validations = validations;
}

  public TOptions Create(string name)
  {
    var options = new TOptions();
    foreach (var setup in _setups)
    {
      if (setup is IConfigureNamedOptions<TOptions> namedSetup)
      {
        namedSetup.Configure(name, options);
      }
      else if (name == Options.DefaultName)
      {
        setup.Configure(options);
      }
    }
    foreach (var post in _postConfigures)
    {
      post.PostConfigure(name, options);
    }

    if (_validations != null)
    {
      var failures = new List<string>();
      foreach (var validate in _validations)
      {
        var result = validate.Validate(name, options);
        if (result.Failed)
        {
          failures.AddRange(result.Failures);
        }
      }
      if (failures.Count > 0)
      {
        throw new OptionsValidationException(name, typeof(TOptions), failures);
      }
    }

    return options;
  }
}

主要看它的TOptions Create(string name)方法。这里会遍历它的_setups集合，这个集合类型为IEnumerable<IConfigureOptions<TOptions>>，在讲Options模式的依赖注入的时候已经知道，每一个Configure、ConfigureAll实际上就是向依赖注入容器中注册了一个IConfigureOptions<TOptions>，只是名称可能不同。而PostConfigure和PostConfigureAll方法注册的是IPostConfigureOptions<TOptions>类型，对应的就是_postConfigures集合。

首先会遍历_setups集合，调用IConfigureOptions<TOptions>的Configure方法，这个方法的主要代码就是：

 if (Name == null || name == Name)
 {
   Action?.Invoke(options);
 }

如果Name值为null，即对应的是ConfigureAll方法，则执行该Action。或者Name值和需要读取的值相同，则执行该Action。

_setups集合遍历之后，同样的机制遍历_postConfigures集合。这就是上一节关于Configure、ConfigureAll、PostConfigure和PostConfigureAll的执行顺序的验证。

最终返回对应的实例并写入缓存。这就是IOptions和IOptionsSnapshot两种模式的处理机制，接下来看一下IOptionsMonitor模式，它对应的实现是OptionsMonitor。代码如下：

public class OptionsMonitor<TOptions> : IOptionsMonitor<TOptions> where TOptions : class, new()
{
  private readonly IOptionsMonitorCache<TOptions> _cache;
  private readonly IOptionsFactory<TOptions> _factory;
  private readonly IEnumerable<IOptionsChangeTokenSource<TOptions>> _sources;
  internal event Action<TOptions, string> _onChange;

  public OptionsMonitor(IOptionsFactory<TOptions> factory, IEnumerable<IOptionsChangeTokenSource<TOptions>> sources, IOptionsMonitorCache<TOptions> cache)
  {
    _factory = factory;
    _sources = sources;
    _cache = cache;

    foreach (var source in _sources)
    {
        var registration = ChangeToken.OnChange(
           () => source.GetChangeToken(),
           (name) => InvokeChanged(name),
           source.Name);

        _registrations.Add(registration);    
}
  }

  private void InvokeChanged(string name)
  {
    name = name ?? Options.DefaultName;
    _cache.TryRemove(name);
    var options = Get(name);
    if (_onChange != null)
    {
      _onChange.Invoke(options, name);
    }
  }

  public TOptions CurrentValue
  {
    get => Get(Options.DefaultName);
  }

  public virtual TOptions Get(string name)
  {
    name = name ?? Options.DefaultName;
    return _cache.GetOrAdd(name, () => _factory.Create(name));
  }

  public IDisposable OnChange(Action<TOptions, string> listener)
  {
    var disposable = new ChangeTrackerDisposable(this, listener);
    _onChange += disposable.OnChange;
    return disposable;
  }

  internal class ChangeTrackerDisposable : IDisposable
  {
    private readonly Action<TOptions, string> _listener;
    private readonly OptionsMonitor<TOptions> _monitor;

    public ChangeTrackerDisposable(OptionsMonitor<TOptions> monitor, Action<TOptions, string> listener)
    {
      _listener = listener;
      _monitor = monitor;
    }

    public void OnChange(TOptions options, string name) => _listener.Invoke(options, name);

    public void Dispose() => _monitor._onChange -= OnChange;
  }
}

大部分功能和OptionsManager类似，只是由于它是采用了Singleton模式，所以它是采用监听数据源改变并更新的模式。当通过Configuration作为数据源注册Option的时候，多了一条IOptionsChangeTokenSource的依赖注入。当数据源发生改变的时候更新数据并触发OnChange(Action<TOptions, string> listener)，在第一节的数据更新提醒中有相关的例子。

到此这篇关于详解ASP.NET Core3.0 配置的Options模式的文章就介绍到这了,更多相关ASP.NET Core3.0 配置Options模式内容请搜索极客世界以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持极客世界！

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