[ASP.NET Core 3框架揭秘] Options[6]: 扩展与定制

由于Options模型涉及的核心对象最终都注册为相应的服务，所以从原则上讲这些对象都是可以定制的，下面提供几个这样的实例。由于Options模型提供了针对配置系统的集成，所以可以采用配置文件的形式来提供原始的Options数据，可以直接采用反序列化的方式将配置文件的内容转换成Options对象。

一、使用JSON文件提供Options数据

在介绍IConfigureOptions扩展的实现之前，下面先演示如何在应用中使用它。首先在演示实例中定义一个Options类型。简单起见，我们沿用前面使用的包含两个成员的FoobarOptions类型，从而实现IEquatable<FoobarOptions>接口。最终绑定生成的是一个FakeOptions对象，为了演示针对复合类型、数组、集合和字典类型的绑定，可以为其定义相应的属性成员。

public class FakeOptions
{
    public FoobarOptions Foobar { get; set; }
    public FoobarOptions[] Array { get; set; }
    public IList<FoobarOptions> List { get; set; }
    public IDictionary<string, FoobarOptions> Dictionary { get; set; }
}

public class FoobarOptions : IEquatable<FoobarOptions>
{
    public int Foo { get; set; }
    public int Bar { get; set; }

    public FoobarOptions() { }
    public FoobarOptions(int foo, int bar)
    {
        Foo = foo;
        Bar = bar;
    }

    public override string ToString() => $"Foo:{Foo}, Bar:{Bar}";
    public bool Equals(FoobarOptions other) => this.Foo == other?.Foo && this.Bar == other?.Bar;
}

可以在项目根目录添加一个JSON文件（命名为fakeoptions.json），如下所示的代码片段表示该文件的内容，可以看出文件的格式与FakeOptions类型的数据成员是兼容的，也就是说，这个文件的内容能够被反序列化成一个FakeOptions对象。

{
    "Foobar": {
        "Foo": 1,
        "Bar": 1
    },
    "Array": [{
            "Foo": 1,
            "Bar": 1
        },
        {
            "Foo": 2,
            "Bar": 2
        },
        {
            "Foo": 3,
            "Bar": 3
        }],
    "List": [{
            "Foo": 1,
            "Bar": 1
        },
        {
            "Foo": 2,
            "Bar": 2
        },
        {
            "Foo": 3,
            "Bar": 3
        }],
    "Dictionary": {
        "1": {
            "Foo": 1,
            "Bar": 1
        },
        "2": {
            "Foo": 2,
            "Bar": 2
        },
        "3": {
            "Foo": 3,
            "Bar": 3
        }
    }
}

下面按照Options模式直接读取该配置文件，并将文件内容绑定为一个FakeOptions对象。如下面的代码片段所示，在调用IServiceCollection接口的AddOptions扩展方法之后，我们调用了另一个自定义的Configure<FakeOptions>扩展方法，该方法的参数表示承载原始Options数据的JSON文件的路径。这个演示程序提供的一系列调试断言表明：最终获取的FakeOptions对象与原始的JSON文件具有一致的内容。（S710）

class Program
{
    static void Main()
    {
        var foobar1 = new FoobarOptions(1, 1);
        var foobar2 = new FoobarOptions(2, 2);
        var foobar3 = new FoobarOptions(3, 3);

        var options = new ServiceCollection()
            .AddOptions()
            .Configure<FakeOptions>("fakeoptions.json")
            .BuildServiceProvider()
            .GetRequiredService<IOptions<FakeOptions>>()
            .Value;

        Debug.Assert(options.Foobar.Equals(foobar1));

        Debug.Assert(options.Array[0].Equals(foobar1));
        Debug.Assert(options.Array[1].Equals(foobar2));
        Debug.Assert(options.Array[2].Equals(foobar3));

        Debug.Assert(options.List[0].Equals(foobar1));
        Debug.Assert(options.List[1].Equals(foobar2));
        Debug.Assert(options.List[2].Equals(foobar3));

        Debug.Assert(options.Dictionary["1"].Equals(foobar1));
        Debug.Assert(options.Dictionary["2"].Equals(foobar2));
        Debug.Assert(options.Dictionary["3"].Equals(foobar3));
    }
}

二、JsonFileConfigureOptions<TOptions>

Options模型中针对Options对象的初始化是通过IConfigureOptions<TOptions>对象实现的，演示程序中调用的Configure<TOptions>方法实际上就是注册了这样一个服务。我们采用Newtonsoft.Json来完成针对JSON的序列化，并且使用基于物理文件系统的IFileProvider来读取文件。Configure<TOptions>方法注册的实际上就是如下这个JsonFileConfigureOptions<TOptions>类型。JsonFileConfigureOptions<TOptions>实现了IConfigureNamedOptions<TOptions>接口，在调用构造函数创建一个JsonFileConfigureOptions<TOptions>对象的时候，我们指定了Options名称、JSON文件的路径以及用于读取该文件的IFileProvider对象。

public class JsonFileConfigureOptions<TOptions> : IConfigureNamedOptions<TOptions> where TOptions : class, new()
{
    private readonly IFileProvider _fileProvider;
    private readonly string _path;
    private readonly string _name;

    public JsonFileConfigureOptions(string name, string path, IFileProvider fileProvider)
    {
        _fileProvider = fileProvider;
        _path = path;
        _name = name;
    }

    public void Configure(string name, TOptions options)
    {
        if (name != null && _name != name)
        {
            return;
        }

        byte[] bytes;
        using (var stream = _fileProvider.GetFileInfo(_path).CreateReadStream())
        {
            bytes = new byte[stream.Length];
            stream.Read(bytes, 0, bytes.Length);
        }

        var contents = Encoding.Default.GetString(bytes);
        contents = contents.Substring(contents.IndexOf('{'));
        var newOptions = JsonConvert.DeserializeObject<TOptions>(contents);
        Bind(newOptions, options);
    }

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

    private void Bind(object from, object to)
    {
        var type = from.GetType();
        if (type.IsDictionary())
        {
            var dest = (IDictionary)to;
            var src = (IDictionary)from;
            foreach (var key in src.Keys)
            {
                dest.Add(key, src[key]);
            }
            return;
        }

        if (type.IsCollection())
        {
            var dest = (IList)to;
            var src = (IList)from;
            foreach (var item in src)
            {
                dest.Add(item);
            }
        }

        foreach (var property in type.GetProperties())
        {
            if (property.IsSpecialName || property.GetMethod == null ||
                property.Name == "Item" || property.DeclaringType != type)
            {
                continue;
            }

            var src = property.GetValue(from);
            var propertyType = src?.GetType() ?? property.PropertyType;

            if ((propertyType.IsValueType || src is string || src == null) && property.SetMethod != null)
            {
                property.SetValue(to, src);
                continue;
            }

            var dest = property.GetValue(to);
            if (null != dest && !propertyType.IsArray())
            {
                Bind(src, dest);
                continue;
            }

            if (property.SetMethod != null)
            {
                var destType = propertyType.IsDictionary()
                    ? typeof(Dictionary<,>).MakeGenericType(propertyType.GetGenericArguments())
                    : propertyType.IsArray()
                    ? typeof(List<>).MakeGenericType(propertyType.GetElementType())
                    : propertyType.IsCollection()
                    ? typeof(List<>).MakeGenericType(propertyType.GetGenericArguments())
                    : propertyType;

                dest = Activator.CreateInstance(destType);
                Bind(src, dest);

                if (propertyType.IsArray())
                {
                    IList list = (IList)dest;
                    dest = Array.CreateInstance(propertyType.GetElementType(), list.Count);
                    list.CopyTo((Array)dest, 0);
                }
                property.SetValue(to, src);
            }
        }
    }
}

internal static class Extensions
{
    public static bool IsDictionary(this Type type) => type.IsGenericType && typeof(IDictionary).IsAssignableFrom(type) && type.GetGenericArguments().Length == 2;
    public static bool IsCollection(this Type type) => typeof(IEnumerable).IsAssignableFrom(type) && type != typeof(string);
    public static bool IsArray(this Type type) => typeof(Array).IsAssignableFrom(type);
}

在实现的Configure方法中，JsonFileConfigureOptions<TOptions>利用提供的IFileProvider对象读取了指定JSON文件的内容，并将其反序列化成一个新的Options对象。由于Options模型最终提供的总是IOptionsFactory<TOptions>对象最初创建的那个Options对象，所以针对Options的初始化只能针对这个Options对象。因此，不能使用新的Options对象替换现有的Options对象，只能将新Options对象承载的数据绑定到现有的这个Options对象上，针对Options对象的绑定实现在上面提供的Bind方法中。如下所示的代码片段是注册JsonFileConfigureOptions<TOptions>对象的Configure<TOptions>扩展方法的定义。

public static class ServiceCollectionExtensions
{
    public static IServiceCollection Configure<TOptions>(this IServiceCollection services, string filePath, string basePath = null)  where TOptions : class, new()
        => services.Configure<TOptions>(Options.DefaultName, filePath, basePath);

    public static IServiceCollection Configure<TOptions>(this IServiceCollection services, string name, string filePath,  string basePath = null) where TOptions : class, new()
    {
        var fileProvider = string.IsNullOrEmpty(basePath)
            ? new PhysicalFileProvider(Directory.GetCurrentDirectory())
            : new PhysicalFileProvider(basePath);

        return services.AddSingleton<IConfigureOptions<TOptions>>( new JsonFileConfigureOptions<TOptions>(name, filePath, fileProvider));
    }
}

三、定时刷新Options数据

通过对IOptionsMonitor<Options>的介绍，可知它通过IOptionsChangeTokenSource<TOptions>对象来感知Options数据的变化。到目前为止，我们尚未涉及针对这个服务的注册，下面演示如何通过注册该服务来实现定时刷新Options数据。对于如何同步Options数据，最理想的场景是在数据源发生变化的时候及时将通知“推送”给应用程序。如果采用本地文件，采用这种方案是很容易实现的。但是在很多情况下，实时监控数据变化的成本很高，消息推送在技术上也不一定可行，此时需要退而求其次，使应用定时获取并更新Options数据。这样的应用场景可以通过注册一个自定义的IOptionsChangeTokenSource<TOptions>实现类型来完成。

在讲述自定义IOptionsChangeTokenSource<TOptions>类型的具体实现之前，先演示针对Options数据的定时刷新。我们依然沿用前面定义的FoobarOptions作为绑定的目标Options类型，而具体的演示程序则体现在如下所示的代码片段中。

class Program
{
    static void Main()
    {
        var random = new Random();
        var optionsMonitor = new ServiceCollection()
            .AddOptions()
            .Configure<FoobarOptions>(TimeSpan.FromSeconds(1))
            .Configure<FoobarOptions>(foobar =>
            {
                foobar.Foo = random.Next(10, 100);
                foobar.Bar = random.Next(10, 100);
            })
            .BuildServiceProvider()
            .GetRequiredService<IOptionsMonitor<FoobarOptions>>();

        optionsMonitor.OnChange(foobar  => Console.WriteLine($"[{DateTime.Now}]{foobar}"));
        Console.Read();
    }
}

如上面的代码片段所示，针对自定义IOptionsChangeTokenSource<TOptions>对象的注册实现在我们为IServiceCollection接口定义的Configure<FoobarOptions>扩展方法中，该方法具有一个TimeSpan类型的参数表示定时刷新Options数据的时间间隔。在演示程序中，我们将这个时间间隔设置为1秒。为了模拟数据的实时变化，可以调用Configure<FoobarOptions>扩展方法注册一个Action<FoobarOptions>对象来更新Options对象的两个属性值。

利用IServiceProvider对象得到IOptionsMonitor<FoobarOptions>对象，并调用其OnChange方法注册了一个Action<FoobarOptions>对象，从而将FoobarOptions承载的数据和当前时间打印出来。由于我们设置的自动刷新时间为1秒，所以程序会以这个频率定时将新的Options数据以下图所示的形式打印在控制台上。

四、TimedRefreshTokenSource<TOptions>

前面演示程序中的Configure<TOptions>扩展方法注册了一个TimedRefreshTokenSource<TOptions>对象，下面的代码片段给出了该类型的完整定义。从给出的代码片段可以看出，实现的OptionsChangeToken方法返回的IChangeToken对象是通过字段_changeToken表示的OptionsChangeToken对象，它与第6章介绍的ConfigurationReloadToken类型具有完全一致的实现。

public class TimedRefreshTokenSource<TOptions> : IOptionsChangeTokenSource<TOptions>
{
    private OptionsChangeToken _changeToken;
    public string Name { get; }
    public TimedRefreshTokenSource(TimeSpan interval, string name)
    {
        this.Name = name ?? Options.DefaultName;
        _changeToken = new OptionsChangeToken();
        ChangeToken.OnChange(() => new CancellationChangeToken(new CancellationTokenSource(interval).Token),
            () =>
            {
                var previous = Interlocked.Exchange(ref _changeToken, new OptionsChangeToken());
                previous.OnChange();
            });
    }

    public IChangeToken GetChangeToken() => _changeToken;

    private class OptionsChangeToken : IChangeToken
    {
        private readonly CancellationTokenSource _tokenSource;

        public OptionsChangeToken() => _tokenSource = new CancellationTokenSource();
        public bool HasChanged => _tokenSource.Token.IsCancellationRequested;
        public bool ActiveChangeCallbacks => true;
        public IDisposable RegisterChangeCallback(Action<object> callback, object state) => _tokenSource.Token.Register(callback, state);
        public void OnChange() => _tokenSource.Cancel();
    }
}

通过调用构造函数创建一个TimedRefreshTokenSource<TOptions>对象时，除了需要指定Options的名称，还需要提供一个TimeSpan对象来控制Options自动刷新的时间间隔。在构造函数中，可以通过调用ChangeToken的OnChange方法以这个间隔定期地创建新的OptionsChangeToken对象并赋值给_changeToken。与此同时，我们通过调用前一个OptionsChange

Token对象的OnChange方法对外通知Options已经发生变化。

public static class ServiceCollectionExtensions
{
    public static IServiceCollection Configure<TOptions>( this IServiceCollection services, string name, TimeSpan refreshInterval)
        => services.AddSingleton<IOptionsChangeTokenSource<TOptions>>( new TimedRefreshTokenSource<TOptions>(refreshInterval, name));
    public static IServiceCollection Configure<TOptions>( this IServiceCollection services, TimeSpan refreshInterval)
        => services.Configure<TOptions>(Options.DefaultName, refreshInterval);
}