ASP.NET Core 2.2 : 二十三. 深入聊一聊配置的內部處理機制

来源:https://www.cnblogs.com/FlyLolo/archive/2019/09/23/ASPNETCore_23.html
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上一章介紹了配置的多種數據源被註冊、載入和獲取的過程，本節看一下這個過程系統是如何實現的。(ASP.NET Core 系列目錄) 一、數據源的註冊 在上一節介紹的數據源設置中，appsettings.json、命令行、環境變數三種方式是被系統自動載入的，這是因為系統在webHost.CreateDe ...


上一章介紹了配置的多種數據源被註冊、載入和獲取的過程，本節看一下這個過程系統是如何實現的。(ASP.NET Core 系列目錄)

一、數據源的註冊

在上一節介紹的數據源設置中，appsettings.json、命令行、環境變數三種方式是被系統自動載入的，這是因為系統在webHost.CreateDefaultBuilder(args)中已經為這三種數據源進了註冊，那麼就從這個方法說起。這個方法中同樣調用了ConfigureAppConfiguration方法，代碼如下：

public static IWebHostBuilder CreateDefaultBuilder(string[] args)
{
    var builder = newWebHostBuilder();
    //省略部分代碼
    builder.UseKestrel((builderContext, options) =>
        {
            options.Configure(builderContext.Configuration.GetSection("Kestrel"));
        })
        .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(newAssemblyName(env.ApplicationName));
                if(appAssembly != null)
                {
                    config.AddUserSecrets(appAssembly, optional: true);
                }
            }

            config.AddEnvironmentVariables();
            if(args != null)
            {
                config.AddCommandLine(args);
            }
       })

       //省略部分代碼

    return builder;
}

 

看一下其中的ConfigureAppConfiguration方法，載入的內容主要有四種，首先載入的是appsettings.json和appsettings.{env.EnvironmentName}.json兩個JSON文件，關於env.EnvironmentName在前面的章節已經說過，常見的有Development、Staging 和 Production三種值，在我們開發調試時一般是Development，也就是會載入appsettings.json和appsettings. Development.json兩個JSON文件。第二種載入的是用戶機密文件，這僅限於Development狀態下，會通過config.AddUserSecrets方法載入。第三種是通過config.AddEnvironmentVariables方法載入的環境變數，第四種是通過config.AddCommandLine方法載入的命令行參數。

註意：這裡的ConfigureAppConfiguration方法這時候是不會被執行的，只是將這個方法作為一個Action<WebHostBuilderContext, IConfigurationBuilder> configureDelegate添加到了WebHostBuilder的_configureServicesDelegates屬性中。configureServicesDelegates是一個List<Action<WebHostBuilderContext, IConfigurationBuilder>>類型的集合。對應代碼如下：

public IWebHostBuilder ConfigureAppConfiguration(Action<WebHostBuilderContext, IConfigurationBuilder> configureDelegate)
{
    if(configureDelegate == null)
    {
        throw new ArgumentNullException(nameof(configureDelegate));
    }

    _configureAppConfigurationBuilderDelegates.Add(configureDelegate);
    returnthis;
}

 

上一節的例子中，我們在webHost.CreateDefaultBuilder(args)方法之後再次調用ConfigureAppConfiguration方法添加了一些自定義的數據源，這個方法也是沒有執行，同樣被添加到了這個集合中。直到WebHostBuilder通過它的Build()方法創建WebHost的時候，才會遍歷這個集合逐一執行。這段代碼寫在被Build()方法調用的BuildCommonServices()中：

private IServiceCollection BuildCommonServices(out AggregateException hostingStartupErrors)
{
    //省略部分代碼
    var builder = new ConfigurationBuilder()
        .SetBasePath(_hostingEnvironment.ContentRootPath)
        .AddConfiguration(_config);

    foreach (var configureAppConfiguration in _configureAppConfigurationBuilderDelegates)
    {
        configureAppConfiguration(_context, builder);
    }

    var configuration = builder.Build();
    services.AddSingleton<IConfiguration>(configuration);
    _context.Configuration = configuration;
//省略部分代碼
    return services;
}

 

首先創建了一個ConfigurationBuilder對象，然後通過foreach迴圈逐一執行被添加到集合_configureAppConfigurationBuilderDelegates中的configureAppConfiguration方法，那麼在執行的時候，這些不同的數據源是如何被載入的呢？這部分功能在namespace Microsoft.Extensions.Configuration命名空間中。

以appsettings.json對應的config.AddJsonFile("appsettings.json", optional: true, reloadOnChange: true)方法為例，進一步看一下它的實現方式。首先介紹的是IConfigurationBuilder介面，對應的實現類是ConfigurationBuilder，代碼如下：

public class ConfigurationBuilder : IConfigurationBuilder
    {
        public IList<IConfigurationSource> Sources { get; } = new List<IConfigurationSource>();

        public IDictionary<string, object> Properties { get; } = new Dictionary<string, object>();

        public IConfigurationBuilder Add(IConfigurationSource source)
        {
            if (source == null)
            {
                throw new ArgumentNullException(nameof(source));
            }

            Sources.Add(source);
            return this;
        }
        //省略了IConfigurationRoot Build()方法，下文介紹
    }

 

ConfigureAppConfiguration方法中調用的AddJsonFile方法來自JsonConfigurationExtensions類，代碼如下：

public static class JsonConfigurationExtensions
{
//省略部分代碼

    public static IConfigurationBuilder AddJsonFile(this IConfigurationBuilder builder, IFileProvider provider, string path, bool optional, bool reloadOnChange)
    {
        if (builder == null)
        {
            throw new ArgumentNullException(nameof(builder));
        }
        if (string.IsNullOrEmpty(path))
        {
            throw new ArgumentException(Resources.Error_InvalidFilePath, nameof(path));
        }

        return builder.AddJsonFile(s =>
        {
            s.FileProvider = provider;
            s.Path = path;
            s.Optional = optional;
            s.ReloadOnChange = reloadOnChange;
            s.ResolveFileProvider();
        });
    }
    public static IConfigurationBuilder AddJsonFile(this IConfigurationBuilder builder, Action<JsonConfigurationSource> configureSource)
        => builder.Add(configureSource);
}

 

AddJsonFile方法會創建一個JsonConfigurationSource並通過ConfigurationBuilder的Add(IConfigurationSource source)方法將這個JsonConfigurationSource添加到ConfigurationBuilder的IList<IConfigurationSource> Sources集和中去。

同理，針對環境變數，存在對應的EnvironmentVariablesExtensions，會創建一個對應的EnvironmentVariablesConfigurationSource添加到ConfigurationBuilder的IList<IConfigurationSource> Sources集和中去。這樣的還有CommandLineConfigurationExtensions和CommandLineConfigurationSource等，最終結果就是會根據數據源的載入順序，生成多個XXXConfigurationSource對象（它們都直接或間接實現了IConfigurationSource介面）添加到ConfigurationBuilder的IList<IConfigurationSource> Sources集和中。

在Program文件的WebHost.CreateDefaultBuilder(args)方法中的ConfigureAppConfiguration方法被調用後，如果在CreateDefaultBuilder方法之後再次調用了ConfigureAppConfiguration方法並添加了數據源（如同上一節的例子），同樣會生成相應的XXXConfigurationSource對象添加到ConfigurationBuilder的IList<IConfigurationSource> Sources集和中。

註意：這裡不是每一種數據源生成一個XXXConfigurationSource，而是按照每次添加生成一個XXXConfigurationSource，並且遵循添加的先後順序。例如添加多個JSON文件，會生成多個JsonConfigurationSource。

這些ConfigurationSource之間的關係如下圖1：

 

圖1

到這裡各種數據源的收集工作完成，都添加到了ConfigurationBuilder的IList<IConfigurationSource> Sources屬性中。

回到BuildCommonServices方法中，通過foreach迴圈逐一執行了configureAppConfiguration方法獲取到IList<IConfigurationSource>之後，下一句是varconfiguration = builder.Build()，這是調用ConfigurationBuilder的Build()方法創建了一個IConfigurationRoot對象。對應代碼如下：

public class ConfigurationBuilder : IConfigurationBuilder
    {
        public IList<IConfigurationSource> Sources { get; } = new List<IConfigurationSource>();

        //省略部分代碼

        public IConfigurationRoot Build()
        {
            var providers = new List<IConfigurationProvider>();
            foreach (var source in Sources)
            {
                var provider = source.Build(this);
                providers.Add(provider);
            }
            return new ConfigurationRoot(providers);
        }

    }

 

這個方法主要體現了兩個過程：首先，遍歷IList<IConfigurationSource> Sources集合，主要調用其中的各個IConfigurationSource的Build方法創建對應的IConfigurationProvider，最終生成一個List<IConfigurationProvider>；第二，通過集合List<IConfigurationProvider>創建了ConfigurationRoot。ConfigurationRoot實現了IConfigurationRoot介面。

先看第一個過程，依然以JsonConfigurationSource為例，代碼如下：

    public class JsonConfigurationSource : FileConfigurationSource
    {
        public override IConfigurationProvider Build(IConfigurationBuilder builder)
        {
            EnsureDefaults(builder);
            return new JsonConfigurationProvider(this);
        }
    }

 

JsonConfigurationSource會通過Build方法創建一個名為JsonConfigurationProvider的對象。通過JsonConfigurationProvider的名字可知，它是針對JSON類型的，也就是意味著不同類型的IConfigurationSource創建的IConfigurationProvider類型也是不一樣的，對應圖18‑4中的IConfigurationSource，生成的IConfigurationProvider關係如下圖2。

 

圖2

系統中添加的多個數據源被轉換成了一個個對應的ConfigurationProvider，這些ConfigurationProvider組成了一個ConfigurationProvider的集合。

再看一下第二個過程，ConfigurationBuilder的Build方法的最後一句是return new ConfigurationRoot(providers)，就是通過第一個過程創建的ConfigurationProvider的集合創建ConfigurationRoot。ConfigurationRoot代碼如下：

public class ConfigurationRoot : IConfigurationRoot
    {
        private IList<IConfigurationProvider> _providers;
        private ConfigurationReloadToken _changeToken = new ConfigurationReloadToken();

        public ConfigurationRoot(IList<IConfigurationProvider> providers)
        {
            if (providers == null)
            {
                throw new ArgumentNullException(nameof(providers));
            }

            _providers = providers;
            foreach (var p in providers)
            {
                p.Load();
                ChangeToken.OnChange(() => p.GetReloadToken(), () => RaiseChanged());
            }
        }
//省略部分代碼
}

 

可以看出，ConfigurationRoot的構造方法主要的作用就是將ConfigurationProvider的集合作為自己的一個屬性的值，並遍歷這個集合，逐一調用這些ConfigurationProvider的Load方法，併為ChangeToken的OnChange方法綁定數據源的改變通知和處理方法。

二、數據源的載入

從圖18‑5可知，所有類型數據源最終創建的XXXConfigurationProvider都繼承自ConfigurationProvider，所以它們都有一個Load方法和一個IDictionary<string, string> 類型的Data 屬性，它們是整個配置系統的重要核心。Load方法用於數據源的數據的讀取與處理，而Data用於保存最終結果。通過逐一調用Provider的Load方法完成了整個配置系統的數據載入。

以JsonConfigurationProvider為例，它繼承自FileConfigurationProvider，所以先看一下FileConfigurationProvider的代碼：

public abstract class FileConfigurationProvider : ConfigurationProvider
{
//省略部分代碼
    private void Load(bool reload)
    {
        var file = Source.FileProvider?.GetFileInfo(Source.Path);
        if (file == null || !file.Exists)
        {
        //省略部分代碼
        }
        else
        {
            if (reload)
            {
                Data = new Dictionary<string, string>(StringComparer.OrdinalIgnoreCase);
            }
            using (var stream = file.CreateReadStream())
            {
                try
                {
                    Load(stream);
                }
                catch (Exception e)
                {
//省略部分代碼
                }
            }
        }
        OnReload();
    }
    public override void Load()
    {
        Load(reload: false);
}
    public abstract void Load(Stream stream);
} 

本段代碼的主要功能就是讀取文件生成stream，然後調用Load(stream)方法解析文件內容。從圖18‑5可知，JsonConfigurationProvider、IniConfigurationProvider、XmlConfigurationProvider都是繼承自FileConfigurationProvider，而對應JSON、INI、XML三種數據源來說，只是文件內容的格式不同，所以將通用的讀取文件內容的功能交給了FileConfigurationProvider來完成，而這三個子類的ConfigurationProvider只需要將FileConfigurationProvider讀取到的文件內容的解析即可。所以這個參數為stream 的Load方法寫在JsonConfigurationProvider、IniConfigurationProvider、XmlConfigurationProvider這樣的子類中，用於專門處理自身對應的格式的文件。

JsonConfigurationProvider代碼如下：

public class JsonConfigurationProvider : FileConfigurationProvider
{
    public JsonConfigurationProvider(JsonConfigurationSource source) : base(source) { }

    public override void Load(Stream stream)
    {
        try
        {
            Data = JsonConfigurationFileParser.Parse(stream);
        }
        catch (JsonReaderException e)
        {
            string errorLine = string.Empty;
            if (stream.CanSeek)
            {
                stream.Seek(0, SeekOrigin.Begin);

                IEnumerable<string> fileContent;
                using (var streamReader = new StreamReader(stream))
                {
                    fileContent = ReadLines(streamReader);
                    errorLine = RetrieveErrorContext(e, fileContent);
                }
            }

            throw new FormatException(Resources.FormatError_JSONParseError(e.LineNumber, errorLine), e);
        }
    }
   //省略部分代碼
}

 

JsonConfigurationProvider中關於JSON文件的解析由JsonConfigurationFileParser.Parse(stream)完成的。最終的解析結果被賦值給了父類ConfigurationProvider的名為Data的屬性中。

所以最終每個數據源的內容都分別被解析成了IDictionary<string, string>集合，這個集合作為對應的ConfigurationProvider的一個屬性。而眾多ConfigurationProvider組成的集合又作為ConfigurationRoot的屬性。最終它們的關係圖如下圖3：

 

圖3

到此，配置的載入與數據的轉換工作完成。下圖4展示了這個過程。

 

 

圖4

 

三、配置的讀取

第一節的例子中，通過_configuration["Theme:Color"]的方式獲取到了對應的配置值，這是如何實現的呢？現在我們已經瞭解了數據源的載入過程，而這個_configuration就是數據源被載入後的最終產出物，即ConfigurationRoot，見圖18‑7。它的代碼如下：

public class ConfigurationRoot : IConfigurationRoot
{
    private IList<IConfigurationProvider> _providers;
    private ConfigurationReloadToken _changeToken = new ConfigurationReloadToken();

    //省略了上文已講過的構造方法

    public IEnumerable<IConfigurationProvider> Providers => _providers;
    public string this[string key]
    {
        get
        {
            foreach (var provider in _providers.Reverse())
            {
                string value;

                if (provider.TryGet(key, out value))
                {
                    return value;
                }
            }

            return null;
        }

        set
        {
            if (!_providers.Any())
            {
                throw new InvalidOperationException(Resources.Error_NoSources);
            }

            foreach (var provider in _providers)
            {
                provider.Set(key, value);
            }
        }
    }

    public IEnumerable<IConfigurationSection> GetChildren() => GetChildrenImplementation(null);

    internal IEnumerable<IConfigurationSection> GetChildrenImplementation(string path)
    {
        return _providers
            .Aggregate(Enumerable.Empty<string>(),
                (seed, source) => source.GetChildKeys(seed, path))
            .Distinct()
            .Select(key => GetSection(path == null ? key : ConfigurationPath.Combine(path, key)));
    }

    public IChangeToken GetReloadToken() => _changeToken;

    public IConfigurationSection GetSection(string key) 
        => new ConfigurationSection(this, key);

    public void Reload()
    {
        foreach (var provider in _providers)
        {
            provider.Load();
        }
        RaiseChanged();
    }

    private void RaiseChanged()
    {
        var previousToken = Interlocked.Exchange(ref _changeToken, new ConfigurationReloadToken());
        previousToken.OnReload();
    }
}

 

對應_configuration["Theme:Color"]的讀取方式的是索引器“string this[string key]”，通過查看其get方法可知，它是通過倒序遍歷所有ConfigurationProvider，在ConfigurationProvider的Data中嘗試查找是否存在Key為"Theme:Color"的值。這也說明瞭第一節的例子中，在Theme.json中設置了Theme對象的值後，原本在appsettings.json設置的Theme的值被覆蓋的原因。從圖18‑6中可以看到，該值其實也是被讀取並載入的，只是由於ConfigurationRoot的“倒序”遍歷ConfigurationProvider的方式導致後註冊的Theme.json中的Theme值先被查找到了。同時驗證了所有配置值均認為是string類型的約定。

ConfigurationRoot還有一個GetSection方法，會返回一個IConfigurationSection對象，對應的是ConfigurationSection類。它的代碼如下：

public class ConfigurationSection : IConfigurationSection
    {
        private readonly ConfigurationRoot _root;
        private readonly string _path;
        private string _key;

        public ConfigurationSection(ConfigurationRoot root, string path)
        {
            if (root == null)
            {
                throw new ArgumentNullException(nameof(root));
            }

            if (path == null)
            {
                throw new ArgumentNullException(nameof(path));
            }

            _root = root;
            _path = path;
        }

        public string Path => _path;
        public string Key
        {
            get
            {
                if (_key == null)
                {
                    // Key is calculated lazily as last portion of Path
                    _key = ConfigurationPath.GetSectionKey(_path);
                }
                return _key;
            }
        }
        public string Value
        {
            get
            {
                return _root[Path];
            }
            set
            {
                _root[Path] = value;
            }
        }
        public string this[string key]
        {
            get
            {
                return _root[ConfigurationPath.Combine(Path, key)];
            }

            set
            {
                _root[ConfigurationPath.Combine(Path, key)] = value;
            }
        }

        public IConfigurationSection GetSection(string key) => _root.GetSection(ConfigurationPath.Combine(Path, key));

        public IEnumerable<IConfigurationSection> GetChildren() => _root.GetChildrenImplementation(Path);

        public IChangeToken GetReloadToken() => _root.GetReloadToken();
}

 

它的代碼很簡單，可以說沒有什麼實質的代碼，它只是保存了當前路徑和對ConfigurationRoot的引用。它的方法大多是通過調用ConfigurationRoot的對應方法完成的，通過它自身的路徑計算在ConfigurationRoot中對應的Key，從而獲取對應的值。而ConfigurationRoot對配置值的讀取功能以及數據源的重新載入功能（Reload方法）也是通過ConfigurationProvider實現的，實際數據也是保存在ConfigurationProvider的Data值中。所以ConfigurationRoot和ConfigurationSection就像一個外殼，自身並不負責數據源的載入（或重載）與存儲，只負責構建了一個配置值的讀取功能。

而由於配置值的讀取是按照數據源載入順序的倒序進行的，所以對於Key值相同的多個配置，只會讀取後載入的數據源中的配置，那麼ConfigurationRoot和ConfigurationSection就模擬出了一個樹狀結構，如下圖5：

 

圖5

本圖是以如下配置為例：

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

 

ConfigurationRoot利用它制定的讀取規則，將這樣的配置模擬成瞭如圖18‑8這樣的樹，它有這樣的特性：

A．所有節點都認為是一個ConfigurationSection，不同的是對於“Theme”這樣的節點的值為空（圖中用空心橢圓表示），而“Name”和“Color”這樣的節點有對應的值（圖中用實心橢圓表示）。

B．由於對Key值相同的多個配置只會讀取後載入的數據源中的配置，所以不會出現相同路徑的同名節點。例如第一節例子中多種數據源配置了“Theme”值，在這裡只會體現最後載入的配置項。

四、配置的更新

由於ConfigurationRoot未實際保存數據源中載入的配置值，所以配置的更新實際還是由對應的ConfigurationProvider來完成。以JsonConfigurationProvider、IniConfigurationProvider、XmlConfigurationProvider為例，它們的數據源都是具體文件，所以對文件內容的改變的監控也是放在FileConfigurationProvider中。FileConfigurationProvider的構造方法中添加了對設置了對應文件的監控，當然這裡會首先判斷數據源的ReloadOnChange選項是否被設置為True了。

    public abstract class FileConfigurationProvider : ConfigurationProvider
    {
        public FileConfigurationProvider(FileConfigurationSource source)
        {
            if (source == null)
            {
                throw new ArgumentNullException(nameof(source));
            }
            Source = source;

            if (Source.ReloadOnChange && Source.FileProvider != null)
            {
                changeToken.OnChange(
                    () => Source.FileProvider.Watch(Source.Path),
                    () => {
                        Thread.Sleep(Source.ReloadDelay);
                        Load(reload: true);
                    });
            }
        }
       //省略其他代碼
}

 

所以當數據源發生改變並且ReloadOnChange被設置為True的時候，對應的ConfigurationProvider就會重新載入數據。但ConfigurationProvider更新數據源也不會改變它在ConfigurationRoot的IEnumerable<IConfigurationProvider>列表中的順序。如果在列表中存在A和B兩個ConfigurationProvider並且含有相同的配置項，B排在A後面，那麼對於這些相同的配置項來說，A中的是被B中的“覆蓋”的。即使A的數據更新了，它依然處於“被覆蓋”的位置，應用中讀取相應配置項的依然是讀取B中的配置項。

五、配置的綁定

在第一節的例子中講過了兩種獲取配置值的方式，類似這樣_configuration["Theme:Name"]和_configuration.GetValue<string>("Theme:Color","#000000")可以獲取到Theme的Name和Color的值，那麼就會有下麵這樣的疑問：

appsettings.json中存在如下這樣的配置

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

 

新建一個Theme類如下：

    public class Theme
    {
        public string Name { get; set; }
        public string Color { get; set; }
    }

 

是否可以將配置值獲取並賦值到這樣的一個Theme的實例中呢？

當然可以，系統提供了這樣的功能，可以採用如下代碼實現：

     Theme theme = new Theme();
     _configuration.GetSection("Theme").Bind(theme);

 

綁定功能由ConfigurationBinder實現，邏輯不複雜，讀者如果感興趣的可自行查看其代碼。

 


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