作者 | 秦元培

出品 | CSDN（ID：CSDNnews）

头图 | CSDN 下载自东方 IC

最近在面试的时候，遇到了一个关于 .NET Core 配置热更新的问题，顾名思义，就是在应用程序的配置发生变化时，如何在不重启应用的情况下使用当前配置。从 .NET Framework 一路走来，对于 Web.Config 以及 App.Config 这两个配置文件，我们应该是非常熟悉了，通常情况下， IIS 会检测这两个配置文件的变化，并自动完成配置的加载，可以说它天然支持热更新，可当我们的视野伸向分布式环境的时候，这种配置方式就变得繁琐起来，因为你需要修改一个又一个配置文件，更不用说这些配置文件可能都是放在容器内部。而有经验的朋友，可能会想到，利用 Redis 的发布-订阅来实现配置的下发，这的确是一个非常好的思路。总而言之，我们希望应用可以随时感知配置的变化，所以，在今天这篇博客里，我们来一起聊聊 .NET Core 中配置热更新相关的话题，这里特指全新的选项模式(Options)。

Options三剑客

在 .NET Core 中，选项模式(Options)使用类来对一组配置信息进行强类型访问，因为按照接口分隔原则(ISP)和关注点分离这两个工程原则，应用的不同部件的配置应该是各自独立的，这意味着每一个用于访问配置信息的类，应该是只依赖它所需要的配置信息的。举一个简单的例子，虽然 Redis 和 MySQL 都属于数据持久化层的设施，但是两者属于不同类型的部件，它们拥有属于各自的配置信息，而这两套配置信息应该是相互独立的，即 MySQL 不会因为 Redis 的配置存在问题而停止工作。此时，选项模式(Options)推荐使用两个不同的类来访问各自的配置。我们从下面这个例子开始：

{"Learning": {"Years": 5,"Topic": [ "Hotfix", ".NET Core", "Options" ],"Skill": [{"Lang": "C#","Score": 3.9},{"Lang": "Python","Score": 2.6},{"Lang": "JavaScript","Score": 2.8}]}
}

此时，如果希望访问 Learning 节点下的信息，我们有很多种实现方式：

//方式1
var learningSection = Configuration.GetSection("Learning");
var careerYears = learningSection.GetValue<decimal>("Years");
var topicHotfix = learningSection.GetValue<string>("Topic:0");//方式2
var careerYears = Configuration["Learning:Years"];
var topicHotfix = Configuration["Learning:Topic:0");

而更好的方式是，定义一个类来访问这组配置信息：

 [Serializable]
public class LearningOptions
{public decimal Years { get; set; }public List<string> Topic { get; set; }public List<SkillItem> Skill { get; set; }
}[Serializable]
public class SkillItem
{public string Lang { get; set; }public decimal? Score { get; set; }
}

同样地，茴香的茴字有几种写法，你可知道?

//写法1：手动绑定
var leaningOptions = new LearningOptions();
Configuration.GetSection("Learning").Bind(leaningOptions);//写法2：自动绑定
leaningOptions = Configuration.GetSection("Learning").Get<LearningOptions>();//写法3：自动绑定 + 依赖注入
services.Configure<LearningOptions>(Configuration.GetSection("Learning"));//写法4：配置的二次加工
services.PostConfigure<LearningOptions>(options => options.Years += 1);//写法5：委托绑定
services.Configure<AppInfoOptions>(options =>
{options.AppName = "ASP.NET Core";options.AppVersion = "1.2.1";
});

我们知道，在 .NET Core 里依赖注入被提升到了一等公民的位置，可谓是无处不在。当我们在 IoC 容器中注入 LearningOptions 以后，就可以在服务层或者控制器层直接使用它们，此时，我们就会遇到传说中的 Options 三剑客，即 IOptions<TOptions>、IOptionsSnapshot<TOptions> 和IOptionsMonitor<TOptions>。关于它们三个的区别，官方文档里给出了详细的说明：

• IOptions：生命周期为 Singleton，在应用启动时完成初始化。应用启动后，对配置的修改是非响应式的。

• IOptionsSnapshot：生命周期为 Scoped，每次请求时会重新计算选项。应用启动后，对配置的修改是响应式的。

• IOptionsMonitor：生命周期为 Singleton，可以随时检索当前配置项。应用启动后，对配置的修改是响应式的。

是不是听起来有一点还有一点绕？长话短说就是，如果希望修改完配置立即生效，那么，更推荐使用 IOptionsSnapshot<TOptions> 和 IOptionsMonitor<TOptions>，前者是在下一次请求时生效，后者则是访问CurrentValue 的时候生效。而对于像 3.14 或者 0.618 这种运行时期间不会修改的“常量”，更推荐使用 IOptions<TOptions>。下面是关于它们的一个例子：

[ApiController]
[Route("[controller]")]
public class WeatherForecastController : ControllerBase
{private readonly ILogger<WeatherForecastController> _logger;private readonly IOptions<LearningOptions> _learningOptions;private readonly IOptionsSnapshot<LearningOptions> _learningOptionsSnapshot;private readonly IOptionsMonitor<LearningOptions> _learningOptionsMonitor;private readonly IConfiguration _configuration;public WeatherForecastController(ILogger<WeatherForecastController> logger, IOptions<LearningOptions> learningOptions, IOptionsSnapshot<LearningOptions> learningOptionsSnapshot, IOptionsMonitor<LearningOptions> learningOptionsMonitor,IConfiguration configuration
){_logger = logger;_learningOptions = learningOptions;_learningOptionsSnapshot = learningOptionsSnapshot;_learningOptionsMonitor = learningOptionsMonitor;_configuration = configuration;_learningOptionsMonitor.OnChange((options, value) =>{_logger.LogInformation($"OnChnage => {JsonConvert.SerializeObject(options)}");});}[HttpGet("{action}")]public ActionResult GetOptions(){var builder = new StringBuilder();builder.AppendLine("learningOptions:");builder.AppendLine(JsonConvert.SerializeObject(_learningOptions.Value));builder.AppendLine("learningOptionsSnapshot:");builder.AppendLine(JsonConvert.SerializeObject(_learningOptionsSnapshot.Value));builder.AppendLine("learningOptionsMonitor:");builder.AppendLine(JsonConvert.SerializeObject(_learningOptionsMonitor.CurrentValue));return Content(builder.ToString());}
}

现在我们修改一下配置文件，因为我们为_learningOptionsMonitor注册了回调函数，可以在控制台看到对应的日志：

此时，我们通过 Postman 调用接口，我们会得到下面的结果：

可以注意到，此时，learningOptions 中的值依然是更新前的值，这就是它们三者的区别，清楚了吗？

除了这些以外，选项模式(Options)中还有一个需要注意的地方，是所谓的命名选项(IConfigureNamedOptions)，主要用在多个 Section 绑定统一属性时。譬如现在的应用程序都流行深色主题，实际上深色主题和浅色主题具有相同的结构，比如前景色和背景色，两者唯一的区别是这些颜色配置不一样。考虑下面的配置信息：

{"Themes": {"Dark": {"Foreground": "#fff","Background": "#000"},"White": {"Foreground": "#000","Background": "#fff"}}
}

此时，我们该如何定义这个主题选项呢？

public class ThemeOptions
{public string Foreground { get; set; }public string Background { get; set; }
}

接下来，我们通过命名的方式来注入两个不同的主题：

services.Configure<ThemeOptions>("DarkTheme", Configuration.GetSection("Themes:Dark"));
services.Configure<ThemeOptions>("WhiteTheme", Configuration.GetSection("Themes:White"));

在任何你希望使用它们的地方，注入 IOptionsSnapshot<ThemeOptions> 和 IOptionsMonitor<ThemeOptions> 即可，这两个类型都提供了一个 Get() 方法，传入前面定义好的主题就可以获取到对应的主题了。细心的朋友，应该会发现一件事情，这里三剑客只提到了后面两个， IOptions<ThemeOptions> 直接被无视了。请记住下面这段话：命名的选项只能通过 IOptionsSnapshot 和 IOptionsMonitor 来访问。所有选项都是命名实例。IConfigureOptions 实例将被视为面向 Options.DefaultName 实例，即 string.Empty。IConfigureNamedOptions 还可实现 IConfigureOptions。IOptionsFactory 的默认实现具有适当地使用每个实例的逻辑。null 命名选项用于面向所有命名实例，而不是某一特定命名实例。ConfigureAll 和 PostConfigureAll 使用此约定。

IChnageToken

现在，让我们回到本文的主题，博主你不是要说配置热更新这个话题吗？截至到目前为止，我们修改配置文件的时候，ASP.NET Core 应用明明就会更新配置啊，所以，博主你到底想说什么？其实，博主想说的是，的确我们的目的已经达到了，但我们不能永远停留在“知其然”的水平，如果不试图去了解内在的机制，当我们去尝试实现一个自定义配置源的时候，就会遇到一些你没有办法想明白的事情。所以，接下来要讲的 IChnageToken 这个接口可以说是非常重要。

首先，我们把目光聚焦到 CreateDefaultBuilder 这个方法，它通常在入口文件 Program.cs 中被调用，主要作用是构造一个 IWebHostBuilder 实例并返回，下面是这个方法的内部实现，博主这里对其进行了精简：

public static IWebHostBuilder CreateDefaultBuilder(string[] args)
{//以下简化后的代码片段builder.ConfigureAppConfiguration((hostingContext, config) =>{var env = hostingContext.HostingEnvironment;config.AddJsonFile("appsettings.json", optional: true, reloadOnChange: true).AddJsonFile($"appsettings.{env.EnvironmentName}.json", optional: true, reloadOnChange: true);if (env.IsDevelopment()){var appAssembly = Assembly.Load(new AssemblyName(env.ApplicationName));if (appAssembly != null){config.AddUserSecrets(appAssembly, optional: true);}}config.AddEnvironmentVariables();if (args != null){config.AddCommandLine(args);}})
}

可以注意到，通过 ConfigureAppConfiguration() 方法，框架主要做了下面的工作：

• 从 appsettings.json 和 appsettings.${env.EnvironmentName}.json 两个配置文件中加载配置

• 从机密管理器中加载配载

• 从环境变量中加载配置

• 从命令行参数中加载配置

实际上，.NET Core 可以从配置文件、环境变量、Azure Key Vault、Azure 应用程序配置、命令行参数、已安装或已创建的自定义提供程序、目录文件、内存中的 .NET 对象等各种各样的来源中加载配置，这里的 appsettings.json 使用的是 JsonConfigurationProvider 类，位于 Microsoft.Extensions.Configuration.Json 这个命名空间，可以注意到，它继承自 FileConfigurationProvider 类，并重写了 Load() 方法，通过这些关系，我们最终可以找到这样一段代码：

public FileConfigurationProvider(FileConfigurationSource source)
{if (source == null){throw new ArgumentNullException(nameof(source));}Source = source;if (Source.ReloadOnChange && Source.FileProvider != null){_changeTokenRegistration = ChangeToken.OnChange(() => Source.FileProvider.Watch(Source.Path),() => {Thread.Sleep(Source.ReloadDelay);Load(reload: true);});}
}

所以，真相就是,所有基于文件的配置提供者，都依赖于 FileConfigurationSource，而通过 FileConfigurationSource 暴露出来的 FileProvider 都具备监视文件变化的能力，更本质上的代码其实应该是下面这样：

//ChangeToken + IFileProvider 实现对文件的监听
var filePath = @"C:\Users\admin\Downloads\孔乙己.txt";
var directory = System.IO.Path.GetDirectoryName(filePath);
var fileProvider = new PhysicalFileProvider(directory);
ChangeToken.OnChange(() => fileProvider.Watch("孔乙己.txt"),() => {_logger.LogInformation("孔乙己，你一定又偷人家书了吧！");}
);

所以，真相只有一个，真正帮助我们实现配置热更新的，其实是 IChangeToken 这个接口，我们只需要把这样一个实例传入到 ChangeToken.OnChange() 方法中，就可以在特定的时机触发这个回调函数，而显然，对于大多数的 IConfigurationProvider 接口而言，这个回调函数其实就是 Load() 方法，关于微软提供的 ChangeToken 静态类的实现，大家如果有兴趣去了解的话，可以参考这里：https://github.com/dotnet/extensions/blob/release/3.1/src/Primitives/src/ChangeToken.cs。话说回来，我们说 IOptionsSnapshot<T> 和 IOptionsMonitor<T> 是响应式的，当配置发生改变的时候，它们对应的值会跟着改变，从某种意义上来说，是因为 IChangeToken 提供了这样一个可以监听变化的的能力，试想一下，我们只需要给每一个 IConfigurationProvider 对应的 IChangeToken 注册相同的回调函数，那么，当某一个 IConfigurationProvider 需要重新加载的时候，我们就可以针对这个 IConfigurationProvider 里对应的键值对进行处理。事实上，微软官方在实现 IConfigurationRoot 的时候，的确就是这样做的：

public class ConfigurationRoot : IConfigurationRoot
{private ConfigurationReloadToken _changeToken = new ConfigurationReloadToken();private IList<IConfigurationProvider> _providers;public ConfigurationRoot(IList<IConfigurationProvider> providers){_providers = providers;foreach (var provider in providers){provider.Load();ChangeToken.OnChange(() => provider.GetReloadToken(), this.RaiseChanged);}        }    public IChangeToken GetReloadToken() => return _changeToken;private void RaiseChanged(){Interlocked.Exchange<ConfigurationReloadToken>(ref _changeToken, new ConfigurationReloadToken()).OnReload();}public void Reload(){foreach (var provider in _providers){provider.Load();}this.RaiseChanged();}
}

自定义配置源

好了，现在你可以说你了解 .NET Core 的配置热更新这个话题了，因为截至到此时此刻，我们不仅仅达到了一开始的目的，而且深刻地理解了它背后蕴含的原理。这样，我们就可以向着下一个目标：自定义配置源努力了。前面提到过，.NET Core 里面支持各种各样的配置源，实际中可能会遇到更多的配置源，比如不同的数据库、YAML 格式以及 Apollo、Consul、Nacos 这些配置中心等等，所以，了解如何去写一个自定义的配置源还是非常有必要的。我们在一开始的时候提到了 Redis 的发布-订阅，那么，下面我们就来基于发布-订阅实现一个简单的配置中心，当我们需要修改配置时，只需要通过可视化的 Redis 工具进行修改，然后再给指定的客户端发一条消息即可。

实现自定义配置源，需要实现 IConfigurationSource 和 IConfigurationProvider 两个接口，前者实现起来非常简单，因为只要返回我们定义的 RedisConfigurationProvider 实例即可：

public class RedisConfigurationSource : IConfigurationSource
{private readonly RedisConfigurationOptions _options;public RedisConfigurationSource(RedisConfigurationOptions options){_options = options;}public IConfigurationProvider Build(IConfigurationBuilder builder){return new RedisConfigurationProvider(_options);}
}

接下来是 RedisConfigurationProvider 类的实现：

public class RedisConfigurationProvider : ConfigurationProvider
{private CSRedisClient _redisClient;private readonly RedisConfigurationOptions _options;public RedisConfigurationProvider(RedisConfigurationOptions options ){_options = options;_redisClient = new CSRedisClient(_options.ConnectionString);if (options.AutoReload){//利用Redis的发布-订阅重新加载配置_redisClient.Subscribe((_options.HashCacheChannel, msg => Load()));}}public override void Load(){Data = _redisClient.HGetAll<string>(_options.HashCacheKey) ?? new Dictionary<string, string>();}
}

为了用起来更得心应手，扩展方法是少不了的：

public class RedisConfigurationProvider : ConfigurationProvider
{private CSRedisClient _redisClient;private readonly RedisConfigurationOptions _options;public RedisConfigurationProvider(RedisConfigurationOptions options ){_options = options;_redisClient = new CSRedisClient(_options.ConnectionString);if (options.AutoReload){//利用Redis的发布-订阅重新加载配置_redisClient.Subscribe((_options.HashCacheChannel, msg => Load()));}}public override void Load(){Data = _redisClient.HGetAll<string>(_options.HashCacheKey) ?? new Dictionary<string, string>();}
}

现在，我们改一下入口类 Program.cs，因为在这个阶段依赖注入是无法使用的，所以，看起来有一点难受，从命名就可以看出来，内部使用了 Hash 这种结构，理论上每个客户端应该使用不同的 Key 来进行缓存，应该使用不同的 Channel 来接收配置更新的通知：

public static IHostBuilder CreateHostBuilder(string[] args) =>Host.CreateDefaultBuilder(args).ConfigureAppConfiguration(configurationBuilder =>{configurationBuilder.AddRedisConfiguration(new Models.RedisConfigurationOptions(){AutoReload = true,ConnectionString = "127.0.0.1:6379",HashCacheKey = "aspnet:config",HashCacheChannel = "aspnet:config:change"});}).ConfigureWebHostDefaults(webBuilder =>{webBuilder.UseStartup<Startup>();});

假设现在Redis里存储着下图所示的信息：

相应地，我们可以在Startup中进行绑定：

services.Configure<AppInfoOptions>(Configuration.GetSection("App"));

调一下接口看看？完全一致！Yes！

本文小结

回想起这个面试中“邂逅”的问题，针对对这块内容，其实当时并没有和面试官进行太深的交流，提到了分布式配置、配置中心以及像缓存的雪崩、击穿等等常见的问题，我隐约记得配置文件 appsettings.json 配置的部分有热更新的配置项，但我并没有对选项模式(Options)里的三剑客做过深入的挖掘，所以，这篇博客，一方面是系统地了解了一下选项模式(Options)的使用，而另一方面是由配置热更新这个话题引申出来的一系列细节，在没有理解 IChangeToken 的时候，实现一个自定义的配置源是有一点困难的，在这篇博客的最后，我们基于 Redis 的发布-订阅实现了一个简单的配置中心，不得不说，Redis里用:来分割 Key 的方式，实在是太棒了，因为它可以完美地和 .NET Core 里的配置系统整合起来，这一点只能用赏心悦目来形容。

声明：本文为 CSDN 博主 PayneQin 的原创文章，版权归作者所有。

原文地址：https://blog.csdn.net/qinyuanpei/article/details/109040253?spm=1000.2115.3001.4373