详解ASP.NET Core3.0 配置的Options模式

2023-07-18 19:25:03 182

上一章讲到了配置的用法及内部处理机制，对于配置，ASP.NETCore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：

publicclassValuesController:Controller
{
privateIOptions_options=null;
publicValuesController(IOptionsoptions)
{
_options=options;
}

publicContentResultGetOptions()
{
returnnewContentResult(){Content=$"options:{_options.Value.Name}"};
}
}

依然需要在Startup文件中做注册：

publicvoidConfigureServices(IServiceCollectionservices)
{
services.Configure(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("ThemeBlue",Configuration.GetSection("Themes:0"));
services.Configure("ThemeRed",Configuration.GetSection("Themes:1"));

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

privateIOptions_options=null;
privateIOptionsMonitor_optionsMonitor=null;
privateIOptionsSnapshot_optionsSnapshot=null;
publicValuesController(IOptionsoptions,IOptionsMonitoroptionsMonitor,IOptionsSnapshotoptionsSnapshot)
{
_options=options;
_optionsMonitor=optionsMonitor;
_optionsSnapshot=optionsSnapshot;
}

publicContentResultGetOptions()
{
returnnewContentResult(){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：

publicclassTheme
{
publicTheme()
{
Guid=Guid.NewGuid();
}
publicGuidGuid{get;set;}
publicstringName{get;set;}
publicstringColor{get;set;}
}

修改上例中的名为GetOptions的Action的代码如下：

publicContentResultGetOptions()
{
returnnewContentResult()
{
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("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.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("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：

publicstaticclassOptionsServiceCollectionExtensions
{
publicstaticIServiceCollectionAddOptions(thisIServiceCollectionservices)
{
if(services==null)
{
thrownewArgumentNullException(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<>)));
returnservices;
}

publicstaticIServiceCollectionConfigure(thisIServiceCollectionservices,ActionconfigureOptions)whereTOptions:class
=>services.Configure(Options.Options.DefaultName,configureOptions);

publicstaticIServiceCollectionConfigure(thisIServiceCollectionservices,stringname,ActionconfigureOptions)
whereTOptions:class
{
//省略非空验证代码

services.AddOptions();
services.AddSingleton>(newConfigureNamedOptions(name,configureOptions));
returnservices;
}

publicstaticIServiceCollectionConfigureAll(thisIServiceCollectionservices,ActionconfigureOptions)whereTOptions: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接口，对应的实现是ConfigureNamedOptions(name,configureOptions)，它的代码如下：

publicclassConfigureNamedOptions:IConfigureNamedOptionswhereTOptions:class
{
publicConfigureNamedOptions(stringname,Actionaction)
{
Name=name;
Action=action;
}

publicstringName{get;}
publicActionAction{get;}

publicvirtualvoidConfigure(stringname,TOptionsoptions)
{
if(options==null)
{
thrownewArgumentNullException(nameof(options));
}

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

publicvoidConfigure(TOptionsoptions)=>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("ThemeBlack",theme=>{newTheme{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("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：

publicstaticIServiceCollectionConfigure(thisIServiceCollectionservices,stringname,IConfigurationconfig,ActionconfigureBinder)
whereTOptions:class
{
//省略验证代码

services.AddOptions();
services.AddSingleton>(newConfigurationChangeTokenSource(name,config));
returnservices.AddSingleton>(newNamedConfigureFromConfigurationOptions(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。

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：

publicclassOptionsManager:IOptions,IOptionsSnapshotwhereTOptions:class,new()
{
privatereadonlyIOptionsFactory_factory;
privatereadonlyOptionsCache_cache=newOptionsCache();

publicOptionsManager(IOptionsFactoryfactory)
{
_factory=factory;
}

publicTOptionsValue
{
get
{
returnGet(Options.DefaultName);
}
}

publicvirtualTOptionsGet(stringname)
{
name=name??Options.DefaultName;
return_cache.GetOrAdd(name,()=>_factory.Create(name));
}
}

它有IOptionsFactory和OptionsCache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(stringname)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的代码如下：

publicclassOptionsFactory:IOptionsFactorywhereTOptions:class,new()
{
privatereadonlyIEnumerable>_setups;
privatereadonlyIEnumerable>_postConfigures;
privatereadonlyIEnumerable>_validations;

publicOptionsFactory(IEnumerable>setups,IEnumerable>postConfigures):this(setups,postConfigures,validations:null)
{}

publicOptionsFactory(IEnumerable>setups,IEnumerable>postConfigures,IEnumerable>validations)
{
_setups=setups;
_postConfigures=postConfigures;
_validations=validations;
}

publicTOptionsCreate(stringname)
{
varoptions=newTOptions();
foreach(varsetupin_setups)
{
if(setupisIConfigureNamedOptionsnamedSetup)
{
namedSetup.Configure(name,options);
}
elseif(name==Options.DefaultName)
{
setup.Configure(options);
}
}
foreach(varpostin_postConfigures)
{
post.PostConfigure(name,options);
}

if(_validations!=null)
{
varfailures=newList();
foreach(varvalidatein_validations)
{
varresult=validate.Validate(name,options);
if(result.Failed)
{
failures.AddRange(result.Failures);
}
}
if(failures.Count>0)
{
thrownewOptionsValidationException(name,typeof(TOptions),failures);
}
}

returnoptions;
}
}

主要看它的TOptionsCreate(stringname)方法。这里会遍历它的_setups集合，这个集合类型为IEnumerable>，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，只是名称可能不同。而PostConfigure和PostConfigureAll方法注册的是IPostConfigureOptions类型，对应的就是_postConfigures集合。

首先会遍历_setups集合，调用IConfigureOptions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：

publicclassOptionsMonitor:IOptionsMonitorwhereTOptions:class,new()
{
privatereadonlyIOptionsMonitorCache_cache;
privatereadonlyIOptionsFactory_factory;
privatereadonlyIEnumerable>_sources;
internaleventAction_onChange;

publicOptionsMonitor(IOptionsFactoryfactory,IEnumerable>sources,IOptionsMonitorCachecache)
{
_factory=factory;
_sources=sources;
_cache=cache;

foreach(varsourcein_sources)
{
varregistration=ChangeToken.OnChange(
()=>source.GetChangeToken(),
(name)=>InvokeChanged(name),
source.Name);

_registrations.Add(registration);
}
}

privatevoidInvokeChanged(stringname)
{
name=name??Options.DefaultName;
_cache.TryRemove(name);
varoptions=Get(name);
if(_onChange!=null)
{
_onChange.Invoke(options,name);
}
}

publicTOptionsCurrentValue
{
get=>Get(Options.DefaultName);
}

publicvirtualTOptionsGet(stringname)
{
name=name??Options.DefaultName;
return_cache.GetOrAdd(name,()=>_factory.Create(name));
}

publicIDisposableOnChange(Actionlistener)
{
vardisposable=newChangeTrackerDisposable(this,listener);
_onChange+=disposable.OnChange;
returndisposable;
}

internalclassChangeTrackerDisposable:IDisposable
{
privatereadonlyAction_listener;
privatereadonlyOptionsMonitor_monitor;

publicChangeTrackerDisposable(OptionsMonitormonitor,Actionlistener)
{
_listener=listener;
_monitor=monitor;
}

publicvoidOnChange(TOptionsoptions,stringname)=>_listener.Invoke(options,name);

publicvoidDispose()=>_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(Actionlistener)，在第一节的数据更新提醒中有相关的例子。

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