避免在ASP.NET Core 3.0中为启动类注入服务

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《深入理解 Java 虚拟机》读书笔记：虚拟机性能监控与故障处理工具

避免在ASP.NET Core 3.0中为启动类注入服务

本篇是如何升级到ASP.NET Core 3.0系列文章的第二篇。

在本篇博客中，我将描述从ASP.NET Core 2.x应用升级到.NET Core 3.0需要做的一个修改：你不在需要在Startup构造函数中注入服务了。

在ASP.NET Core 3.0中迁移到通用主机

在.NET Core 3.0中， ASP.NET Core 3.0的托管基础已经被重新设计为通用主机，而不再与之并行使用。那么这对于那些正在使用ASP.NET Core 2.x开发应用的开发人员，这意味着什么呢？在目前这个阶段，我已经迁移了多个应用，到目前为止，一切都进展顺利。官方的迁移指导文档可以很好的指导你完成所需的步骤，因此，我强烈建议你读一下这篇文档。

在迁移过程中，我遇到的最多两个问题是：

  • ASP.NET Core 3.0中配置中间件的推荐方式是使用端点路由(Endpoint Routing)。
  • 通用主机不允许为Startup类注入服务

其中第一点，我之前已经讲解过了。端点路由(Endpoint Routing)是在ASP.NET Core 2.2中引入的，但是被限制只能在MVC中使用。在ASP.NET Core 3.0中，端点路由已经是推荐的终端中间件实现了，因为它提供了很多好处。其中最重要的是，它允许中间件获取哪一个端点最终会被执行，并且可以检索有关这个端点的元数据(metadata)。例如，你可以为健康检查端点应用授权。

端点路由是在配置中间件顺序时需要特别注意。我建议你再升级你的应用前，先阅读一下官方迁移文档针对此处的说明，后续我将写一篇博客来介绍如何将终端中间件转换为端点路由。

第二点，是已经提到了的将服务注入Startup类，但是并没有得到足够的宣传。我不太确定是不是因为这样做的人不多，还是在一些场景下，它很容易解决。在本篇中，我将展示一些问题场景，并提供一些解决方案。

ASP.NET Core 2.x启动类中注入服务

在ASP.NET Core 2.x版本中，有一个鲜为人知的特性，就是你可以在Program.cs文件中配置你的依赖注入容器。以前我曾经使用这种方式来进行强类型选项，然后在配置依赖注入容器的其余剩余部分时使用这些配置。

下面我们来看一下ASP.NET Core 2.x的例子：

public class Program
{
    public static void Main(string[] args)
    {
        CreateWebHostBuilder(args).Build().Run();
    }

    public static IWebHostBuilder CreateWebHostBuilder(string[] args) =>
        WebHost.CreateDefaultBuilder(args)
            .UseStartup<Startup>()
            .ConfigureSettings(); // 配置服务，后续将在Startup中使用
}

这里有没有注意到在CreateWebHostBuilder中调用了一个ConfigureSettings()的方法？这是一个我用来配置应用强类型选项的扩展方法。例如，这个扩展方法可能看起来是这样的：

public static class SettingsinstallerExtensions
{
    public static IWebHostBuilder ConfigureSettings(this IWebHostBuilder builder)
    {
        return builder.ConfigureServices((context, services) =>
        {
            var config = context.Configuration;

            services.Configure<ConnectionStrings>(config.GetSection("ConnectionStrings"));
            services.AddSingleton<ConnectionStrings>(
                ctx => ctx.GetService<IOptions<ConnectionStrings>>().Value)
        });
    }
}

所以这里，ConfigureSettings()方法调用了IWebHostBuilder实例的ConfigureServices()方法，配置了一些设置。由于这些服务会在Startup初始化之前被配置到依赖注入容器，所以在Startup类的构造函数中，这些以配置的服务是可以被注入的。

public static class Startup
{
    public class Startup
    {
        public Startup(
            IConfiguration configuration, 
            ConnectionStrings ConnectionStrings) // 注入预配置服务
        {
            Configuration = configuration;
            ConnectionStrings = ConnectionStrings;
        }

        public IConfiguration Configuration { get; }
        public ConnectionStrings ConnectionStrings { get; }

        public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
        {
            services.AddControllers();

            // 使用配置中的连接字符串
            services.AddDbContext<BloggingContext>(options =>
                options.UseSqlServer(ConnectionStrings.BloggingDatabase));
        }

        public void Configure(IApplicationBuilder app)
        {

        }
    }
}

我发现，当我先要在ConfigureServices方法中使用强类型选项对象配置其他服务时，这种模式非常的有用。在我上面的例子中，ConnectionStrings对象是一个强类型对象，并且这个对象在程序进入Startup之前，就已经进行非空验证。这并不是一种正规的基础技术，但是实时证明使用起来非常的顺手。

PS： 如何为ASP.NET Core的强类型选项对象添加验证

然而，如果切换到ASP.NET Core 3.0通用主机之后，你会发现这种实现方式在运行时会收到以下的错误信息。

Unhandled exception. System.InvalidOperationException: Unable to resolve service for type 'ExampleProject.ConnectionStrings' while attempting to activate 'ExampleProject.Startup'.
   at Microsoft.Extensions.DependencyInjection.ActivatorUtilities.ConstructorMatcher.CreateInstance(IServiceProvider provider)
   at Microsoft.Extensions.DependencyInjection.ActivatorUtilities.CreateInstance(IServiceProvider provider, Type instanceType, Object[] parameters)
   at Microsoft.AspNetCore.Hosting.GenericWebHostBuilder.UseStartup(Type startupType, HostBuilderContext context, IServiceCollection services)
   at Microsoft.AspNetCore.Hosting.GenericWebHostBuilder.<>c__DisplayClass12_0.<UseStartup>b__0(HostBuilderContext context, IServiceCollection services)
   at Microsoft.Extensions.Hosting.HostBuilder.CreateServiceProvider()
   at Microsoft.Extensions.Hosting.HostBuilder.Build()
   at ExampleProject.Program.Main(String[] args) in C:\repos\ExampleProject\Program.cs:line 21

这种方式在ASP.NET Core 3.0中已经不再支持了。你可以在Startup类的构造函数注入IHostEnvironment和IConfiguration, 但是仅此而已。至于原因，应该是之前的实现方式会带来一些问题，下面我将给大家详细描述一下。

注意：如果你坚持在ASP.NET Core 3.0中使用IWebHostBuilder, 而不使用的通用主机的话，你依然可以使用之前的实现方式。但是我强烈建议你不要这样做，并尽可能的尝试迁移到通用主机的方式。

两个单例？

注入服务到Startup类的根本问题是，它会导致系统需要构建依赖注入容器两次。在我之前展示的例子中，ASP.NET Core知道你需要一个ConnectionStrings对象，但是唯一知道如何构建该对象的方法是基于“部分”配置构建IServiceProvider（在之前的例子中，我们使用ConfigureSettings()扩展方法提供了这个“部分”配置）。

那么为什么这个会是一个问题呢？问题是这个ServiceProvider是一个临时的“根”ServiceProvider.它创建了服务并将服务注入到Startup中。然后，剩余的依赖注入容器配置将作为ConfigureServices方法的一部分运行，并且临时的ServiceProvider在这时就已经被丢弃了。然后一个新的ServiceProvider会被创建出来，在其中包含了应用程序“完整”的配置。

这样，即使服务配置使用Singleton生命周期，也会被创建两次：

  • 当使用“部分”ServiceProvider时，创建了一次，并针对Startup进行了注入
  • 当使用”完整”ServiceProvider时，创建了一次

对于我的用例，强类型选项，这可能是无关紧要的。系统并不是只可以有一个配置实例，这只是一个更好的选择。但是这并非总是如此。服务的这种“泄露”似乎是更改通用主机行为的主要原因 – 它让东西看起来更安全了。

曹工说Spring Boot源码（9）– Spring解析xml文件，到底从中得到了什么（context命名空间上）

那么如果我需要ConfigureServices内部的服务怎么办？

虽然我们已经不能像以前那样配置服务了，但是还是需要一种可以替换的方式来满足一些场景的需要！

其中最常见的场景是通过注入服务到Startup，针对Startup.ConfigureServices方法中注册的其他服务进行状态控制。例如，以下是一个非常基本的例子。

public class Startup
{
    public Startup(IdentitySettings identitySettings)
    {
        IdentitySettings = identitySettings;
    }

    public IdentitySettings IdentitySettings { get; }

    public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
    {
        if(IdentitySettings.UseFakeIdentity)
        {
            services.AddScoped<IIdentityService, FakeIdentityService>();
        }
        else
        {
            services.AddScoped<IIdentityService, RealIdentityService>();
        }
    }

    public void Configure(IApplicationBuilder app)
    {
        // ...
    }
}

这个例子中，代码通过检查注入的IdentitySettings对象中的布尔值属性，决定了IIdentityService接口使用哪个实现来注册：或者使用假服务，或者使用真服务。

通过将静态服务注册转换为工厂函数的方式，可以使需要注入IdentitySetting对象的实现方式与通用主机兼容。例如：

public class Startup
{
    public Startup(IConfiguration configuration)
    {
        Configuration = configuration;
    }

    public IConfiguration Configuration { get; }

    public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
    {
        // 为依赖注入容器，配置IdentitySetting
        services.Configure<IdentitySettings>(Configuration.GetSection("Identity")); 

        // 注册不同的实现
        services.AddScoped<FakeIdentityService>();
        services.AddScoped<RealIdentityService>();

        // 根据IdentitySetting配置，在运行时返回一个正确的实现
        services.AddScoped<IIdentityService>(ctx => 
        {
            var identitySettings = ctx.GetRequiredService<IdentitySettings>();
            return identitySettings.UseFakeIdentity
                ? ctx.GetRequiredService<FakeIdentityService>()
                : ctx.GetRequiredService<RealIdentityService>();
            }
        });
    }

    public void Configure(IApplicationBuilder app)
    {
        // ...
    }
}

这个实现显然比之前的版本要复杂的多，但是至少可以兼容通用主机的方式。

实际上，如果仅需要一个强类型选项，那么这个方法就有点过头了。相反的，这里我可能只会重新绑定一下配置：

public class Startup
{
    public Startup(IConfiguration configuration)
    {
        Configuration = configuration;
    }

    public IConfiguration Configuration { get; }

    public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
    {
        // 为依赖注入容器，配置IdentitySetting
        services.Configure<IdentitySettings>(Configuration.GetSection("Identity")); 

        // 重新创建强类型选项对象，并绑定
        var identitySettings = new IdentitySettings();
        Configuration.GetSection("Identity").Bind(identitySettings)

        // 根据条件配置正确的服务
        if(identitySettings.UseFakeIdentity)
        {
            services.AddScoped<IIdentityService, FakeIdentityService>();
        }
        else
        {
            services.AddScoped<IIdentityService, RealIdentityService>();
        }
    }

    public void Configure(IApplicationBuilder app)
    {
        // ...
    }
}

除此之外，如果仅仅只需要从配置文件中加载一个字符串，我可能根本不会使用强类型选项。这是.NET Core默认模板中拥堵配置ASP.NET Core身份系统的方法 – 直接通过IConfiguration实例检索连接字符串。

public class Startup
{
    public Startup(IConfiguration configuration)
    {
        Configuration = configuration;
    }

    public IConfiguration Configuration { get; }

    public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
    {
        // 针对依赖注入容器，配置ConnectionStrings
        services.Configure<ConnectionStrings>(Configuration.GetSection("ConnectionStrings")); 

        // 直接获取配置，不使用强类型选项
        var connectionString = Configuration["ConnectionString:BloggingDatabase"];

        services.AddDbContext<ApplicationDbContext>(options =>
                options.UseSqlite(connectionString));
    }

    public void Configure(IApplicationBuilder app)
    {
        // ...
    }
}

这个实现方式都不是最好的，但是他们都可以满足我们的需求，以及大部分的场景。如果你以前不知道Startup的服务注入特性，那么你肯定使用了以上方式中的一种。

使用IConfigureOptions来对IdentityServer进行配置

另外一个使用注入配置的常见场景是配置IdentityServer的验证。

public class Startup
{
    public Startup(IdentitySettings identitySettings)
    {
        IdentitySettings = identitySettings;
    }

    public IdentitySettings IdentitySettings { get; }

    public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
    {
        // 配置IdentityServer的验证方式
        services
            .AddAuthentication(IdentityServerAuthenticationDefaults.AuthenticationScheme)
            .AddIdentityServerAuthentication(options =>
            {
                // 使用强类型选项来配置验证处理器
                options.Authority = identitySettings.ServerFullPath;
                options.ApiName = identitySettings.ApiName;
            });
    }

    public void Configure(IApplicationBuilder app)
    {
        // ...
    }
}

在这个例子中，IdentityServer实例的基本地址和API资源名都是通过强类型选项选项IdentitySettings设置的. 这种实现方式在.NET Core 3.0中已经不再适用了，所以我们需要一个可替换的方案。我们可以使用之前提到的方式 – 重新绑定强类型选项或者直接使用IConfiguration对象检索配置。

除此之外，第三种选择是使用IConfigureOptions, 这是我通过查看AddIdentityServerAuthentication方法的底层代码发现的。

事实证明，AddIdentityServerAuthentication()方法可以做一些不同的事情。首先，它配置了JWT Bearer验证，并且通过强类型选项指定了验证的方式。我们可以利用它来延迟配置命名选项(named options), 改为使用IConfigureOptions实例。

IConfigureOptions接口允许你使用Service Provider中的其他依赖项延迟配置强类型选项对象。例如，如果要配置我的TestSettings服务时，我需要调用TestService类中的一个方法，我可以创建一个IConfigureOptions对象实例，代码如下：

public class MyTestSettingsConfigureOptions : IConfigureOptions<TestSettings>
{
    private readonly TestService _testService;
    public MyTestSettingsConfigureOptions(TestService testService)
    {
        _testService = testService;
    }

    public void Configure(TestSettings options)
    {
        options.MyTestValue = _testService.GetValue();
    }
}

TestService和IConfigureOptions<TestSettings>都是在Startup.ConfigureServices方法中同时配置的。

public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
{
    services.AddScoped<TestService>();
    services.ConfigureOptions<MyTestSettingsConfigureOptions>();
}

这里最重要的一点是，你可以使用标准的构造函数依赖注入一个IOptions<TestSettings>对象。这里不再需要在ConfigureServices方法中“部分构建”Service Provider, 即可配置TestSettings. 相反的，我们注册了配置TestSettings的意图，但是真正的配置会被推迟到配置对象被使用的时候。

那么这对于我们配置IdentityServer，有什么帮助呢？

AddIdentityServerAuthentication使用了强类型选项的一种变体，我们称之为命名选项(named options). 这种方式在验证配置的时候非常常见，就像我们上面的例子一样。

简而言之，你可以使用IConfigureOptions方式将验证处理程序使用的命名选项IdentityServerAuthenticationOptions的配置延迟。因此，你可以创建一个将IdentitySettings作为构造参数的ConfigureIdentityServerOptions对象。

public class ConfigureIdentityServerOptions : IConfigureNamedOptions<IdentityServerAuthenticationOptions>
{
    readonly IdentitySettings _identitySettings;
    public ConfigureIdentityServerOptions(IdentitySettings identitySettings)
    {
        _identitySettings = identitySettings;
        _hostingEnvironment = hostingEnvironment;
    }

    public void Configure(string name, IdentityServerAuthenticationOptions options)
    { 
        // Only configure the options if this is the correct instance
        if (name == IdentityServerAuthenticationDefaults.AuthenticationScheme)
        {
            // 使用强类型IdentitySettings对象中的值
            options.Authority = _identitySettings.ServerFullPath; 
            options.ApiName = _identitySettings.ApiName;
        }
    }

    // This won't be called, but is required for the IConfigureNamedOptions interface
    public void Configure(IdentityServerAuthenticationOptions options) => Configure(Options.DefaultName, options);
}

在Startup.cs文件中，你需要配置强类型IdentitySettings对象，添加所需的IdentityServer服务，并注册ConfigureIdentityServerOptions类，以便当需要时，它可以配置IdentityServerAuthenticationOptions.

public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
{
    // 配置强类型IdentitySettings选项
    services.Configure<IdentitySettings>(Configuration.GetSection("Identity"));

    // 配置IdentityServer验证方式
    services
        .AddAuthentication(IdentityServerAuthenticationDefaults.AuthenticationScheme)
        .AddIdentityServerAuthentication();

    // 添加其他配置
    services.ConfigureOptions<ConfigureIdentityServerOptions>();
}

这里，我们无需向Startup类中注入任何内容，但是你依然可以获得强类型选项的好处。所以这里我们得到一个双赢的结果。

总结

在本文中，我描述了升级到ASP.NET Core 3.0时，可以需要对Startup 类进行的一些修改。我通过在Startup类中注入服务，描述了ASP.NET Core 2.x中的问题，以及如何在ASP.NET Core 3.0中移除这个功能。最后我展示了，当需要这种实现方式的时候改如何去做。

彻底理解回溯法的精要

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