ASP.NET Core 中的选项模式

作者：Rick Anderson。

选项模式使用类来提供对相关设置组的强类型访问。 当配置设置由方案隔离到单独的类时，应用遵循两个重要软件工程原则：

• 封装：
  • 依赖于配置设置的类仅依赖于其使用的配置设置。
• 分离关注点：
  • 应用的不同部件的设置不彼此依赖或相互耦合。

选项还提供验证配置数据的机制。 有关详细信息，请参阅选项验证部分。

本文介绍 ASP.NET Core 中的选项模式。 若要了解如何在控制台应用中使用选项模式，请参阅 .NET 中的选项模式。

绑定分层配置

读取相关配置值的首选方法是使用选项模式。 例如，若要读取以下配置值，请执行以下操作：

  "Position": {
    "Title": "Editor",
    "Name": "Joe Smith"
  }

创建以下 PositionOptions 类：

public class PositionOptions
{
    public const string Position = "Position";

    public string Title { get; set; } = String.Empty;
    public string Name { get; set; } = String.Empty;
}

选项类：

• 必须是非抽象的。
• 绑定在配置中具有相应项的类型的公共读写属性。
• 将其读写属性绑定到配置中的匹配条目。
• 请勿绑定字段。 在上面的代码中，Position 未绑定。 由于使用了 Position 字段，因此在将类绑定到配置提供程序时，不需要在应用中对字符串 "Position" 进行硬编码。

下面的代码：

• 调用 ConfigurationBinder.Bind 将 PositionOptions 类绑定到 Position 部分。
• 显示 Position 配置数据。

public class Test22Model : PageModel
{
    private readonly IConfiguration Configuration;

    public Test22Model(IConfiguration configuration)
    {
        Configuration = configuration;
    }

    public ContentResult OnGet()
    {
        var positionOptions = new PositionOptions();
        Configuration.GetSection(PositionOptions.Position).Bind(positionOptions);

        return Content($"Title: {positionOptions.Title} \n" +
                       $"Name: {positionOptions.Name}");
    }
}

在上面的代码中，默认读取在应用启动后对 JSON 配置文件所做的更改。

ConfigurationBinder.Get<T> 绑定并返回指定的类型。 使用 ConfigurationBinder.Get<T> 可能比使用 ConfigurationBinder.Bind 更方便。 下面的代码演示如何将 ConfigurationBinder.Get<T> 与 PositionOptions 类配合使用：

public class Test21Model : PageModel
{
    private readonly IConfiguration Configuration;
    public PositionOptions? positionOptions { get; private set; }

    public Test21Model(IConfiguration configuration)
    {
        Configuration = configuration;
    }

    public ContentResult OnGet()
    {            
        positionOptions = Configuration.GetSection(PositionOptions.Position)
                                                     .Get<PositionOptions>();

        return Content($"Title: {positionOptions.Title} \n" +
                       $"Name: {positionOptions.Name}");
    }
}

在上面的代码中，默认读取在应用启动后对 JSON 配置文件所做的更改。

Bind 还允许抽象类的缩进。 请看以下使用抽象类 SomethingWithAName 的代码：

namespace ConfigSample.Options;

public abstract class SomethingWithAName
{
    public abstract string? Name { get; set; }
}

public class NameTitleOptions(int age) : SomethingWithAName
{
    public const string NameTitle = "NameTitle";

    public override string? Name { get; set; }
    public string Title { get; set; } = string.Empty;

    public int Age { get; set; } = age;
}

以下代码显示 NameTitleOptions 配置值：

public class Test33Model : PageModel
{
    private readonly IConfiguration Configuration;

    public Test33Model(IConfiguration configuration)
    {
        Configuration = configuration;
    }

    public ContentResult OnGet()
    {
        var nameTitleOptions = new NameTitleOptions(22);
        Configuration.GetSection(NameTitleOptions.NameTitle).Bind(nameTitleOptions);

        return Content($"Title: {nameTitleOptions.Title} \n" +
                       $"Name: {nameTitleOptions.Name}  \n" +
                       $"Age: {nameTitleOptions.Age}"
                       );
    }
}

对 Bind 的调用比对 Get<> 的调用严格：

• Bind 允许抽象的缩进。
• Get<> 必须创建实例本身。

选项模式

使用选项模式时的另一种方法是绑定 Position 部分，并将其添加到依赖关系注入服务容器中。 在以下代码中，PositionOptions 已通过 Configure 被添加到了服务容器并已绑定到了配置：

using ConfigSample.Options;

var builder = WebApplication.CreateBuilder(args);

builder.Services.AddRazorPages();

builder.Services.Configure<PositionOptions>(
    builder.Configuration.GetSection(PositionOptions.Position));

var app = builder.Build();

通过使用前面的代码，以下代码将读取位置选项：

public class Test2Model : PageModel
{
    private readonly PositionOptions _options;

    public Test2Model(IOptions<PositionOptions> options)
    {
        _options = options.Value;
    }

    public ContentResult OnGet()
    {
        return Content($"Title: {_options.Title} \n" +
                       $"Name: {_options.Name}");
    }
}

在上面的代码中，不会读取在应用启动后对 JSON 配置文件所做的更改。 若要读取在应用启动后的更改，请使用 IOptionsSnapshot。

选项接口

IOptions<TOptions>：

• 不支持：
  • 在应用启动后读取配置数据。
  • 命名选项
• 注册为单一实例且可以注入到任何服务生存期。

IOptionsSnapshot<TOptions>：

• 在每次请求时应重新计算选项的方案中有用。 有关详细信息，请参阅使用 IOptionsSnapshot 读取已更新的数据。
• 注册为范围内，因此无法注入到单一实例服务。
• 支持命名选项

IOptionsMonitor<TOptions>：

• 用于检索选项并管理 TOptions 实例的选项通知。
• 注册为单一实例且可以注入到任何服务生存期。
• 支持：
  • 更改通知
  • 命名选项
  • 可重载配置
  • 选择性选项失效 (IOptionsMonitorCache<TOptions>)

后期配置方案允许在进行所有 IConfigureOptions<TOptions> 配置后设置或更改选项。

IOptionsFactory<TOptions> 负责新建选项实例。 它具有单个 Create 方法。 默认实现采用所有已注册 IConfigureOptions<TOptions> 和 IPostConfigureOptions<TOptions> 并首先运行所有配置，然后才进行后期配置。 它区分 IConfigureNamedOptions<TOptions> 和 IConfigureOptions<TOptions> 且仅调用适当的接口。

IOptionsMonitorCache<TOptions> 由 IOptionsMonitor<TOptions> 用于缓存 TOptions 实例。 IOptionsMonitorCache<TOptions> 可使监视器中的选项实例无效，以便重新计算值 (TryRemove)。 可以通过 TryAdd 手动引入值。 在应按需重新创建所有命名实例时使用 Clear 方法。

使用 IOptionsSnapshot 读取已更新的数据

使用 IOptionsSnapshot<TOptions>：

• 针对请求生存期访问和缓存选项时，每个请求只能计算一次选项。
• 可能会产生显著的性能损失，因为它是范围内服务，并按请求重新计算。 有关详细信息，请参阅此 GitHub 问题和改进配置绑定的性能。
• 当使用支持读取已更新的配置值的配置提供程序时，将在应用启动后读取对配置所做的更改。

IOptionsMonitor 和 IOptionsSnapshot 之间的区别在于：

• IOptionsMonitor 是一种单一示例服务，可随时检索当前选项值，这在单一实例依赖项中尤其有用。
• IOptionsSnapshot 是一种范围服务，并在构造 IOptionsSnapshot<T> 对象时提供选项的快照。 选项快照旨在用于暂时性和有作用域的依赖项。

以下代码使用 IOptionsSnapshot<TOptions>。

public class TestSnapModel : PageModel
{
    private readonly MyOptions _snapshotOptions;

    public TestSnapModel(IOptionsSnapshot<MyOptions> snapshotOptionsAccessor)
    {
        _snapshotOptions = snapshotOptionsAccessor.Value;
    }

    public ContentResult OnGet()
    {
        return Content($"Option1: {_snapshotOptions.Option1} \n" +
                       $"Option2: {_snapshotOptions.Option2}");
    }
}

以下代码注册 MyOptions 绑定的配置实例：

using SampleApp.Models;

var builder = WebApplication.CreateBuilder(args);

builder.Services.AddRazorPages();

builder.Services.Configure<MyOptions>(
    builder.Configuration.GetSection("MyOptions"));

var app = builder.Build();

在上面的代码中，读取在应用启动后对 JSON 配置文件所做的更改。

IOptionsMonitor

以下代码注册 MyOptions 绑定的配置实例。

using SampleApp.Models;

var builder = WebApplication.CreateBuilder(args);

builder.Services.AddRazorPages();

builder.Services.Configure<MyOptions>(
    builder.Configuration.GetSection("MyOptions"));

var app = builder.Build();

下面的示例使用 IOptionsMonitor<TOptions>：

public class TestMonitorModel : PageModel
{
    private readonly IOptionsMonitor<MyOptions> _optionsDelegate;

    public TestMonitorModel(IOptionsMonitor<MyOptions> optionsDelegate )
    {
        _optionsDelegate = optionsDelegate;
    }

    public ContentResult OnGet()
    {
        return Content($"Option1: {_optionsDelegate.CurrentValue.Option1} \n" +
                       $"Option2: {_optionsDelegate.CurrentValue.Option2}");
    }
}

在上面的代码中，默认读取在应用启动后对 JSON 配置文件所做的更改。

命名选项支持使用 IConfigureNamedOptions

命名选项：

• 当多个配置节绑定到同一属性时有用。
• 区分大小写。

请考虑以下 appsettings.json 文件：

{
  "TopItem": {
    "Month": {
      "Name": "Green Widget",
      "Model": "GW46"
    },
    "Year": {
      "Name": "Orange Gadget",
      "Model": "OG35"
    }
  }
}

下面的类用于每个节，而不是创建两个类来绑定 TopItem:Month 和 TopItem:Year：

public class TopItemSettings
{
    public const string Month = "Month";
    public const string Year = "Year";

    public string Name { get; set; } = string.Empty;
    public string Model { get; set; } = string.Empty;
}

下面的代码将配置命名选项：

using SampleApp.Models;

var builder = WebApplication.CreateBuilder(args);

builder.Services.AddRazorPages();

builder.Services.Configure<TopItemSettings>(TopItemSettings.Month,
    builder.Configuration.GetSection("TopItem:Month"));
builder.Services.Configure<TopItemSettings>(TopItemSettings.Year,
    builder.Configuration.GetSection("TopItem:Year"));

var app = builder.Build();

下面的代码将显示命名选项：

public class TestNOModel : PageModel
{
    private readonly TopItemSettings _monthTopItem;
    private readonly TopItemSettings _yearTopItem;

    public TestNOModel(IOptionsSnapshot<TopItemSettings> namedOptionsAccessor)
    {
        _monthTopItem = namedOptionsAccessor.Get(TopItemSettings.Month);
        _yearTopItem = namedOptionsAccessor.Get(TopItemSettings.Year);
    }

    public ContentResult OnGet()
    {
        return Content($"Month:Name {_monthTopItem.Name} \n" +
                       $"Month:Model {_monthTopItem.Model} \n\n" +
                       $"Year:Name {_yearTopItem.Name} \n" +
                       $"Year:Model {_yearTopItem.Model} \n"   );
    }
}

所有选项都是命名实例。 IConfigureOptions<TOptions> 实例将被视为面向 Options.DefaultName 实例，即 string.Empty。 IConfigureNamedOptions<TOptions> 还可实现 IConfigureOptions<TOptions>。 IOptionsFactory<TOptions> 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。

OptionsBuilder API

OptionsBuilder<TOptions> 用于配置 TOptions 实例。 OptionsBuilder 简化了创建命名选项的过程，因为它只是初始 AddOptions<TOptions>(string optionsName) 调用的单个参数，而不会出现在所有后续调用中。 选项验证和接受服务依赖关系的 ConfigureOptions 重载仅可通过 OptionsBuilder 获得。

OptionsBuilder 在选项验证部分中使用。

有关添加自定义存储库的信息，请参阅使用 AddOptions 配置自定义存储库。

使用 DI 服务配置选项

在配置选项时，可以通过以下两种方式通过依赖关系注入访问服务：

• 将配置委托传递给 OptionsBuilder<TOptions> 上的 Configure。 OptionsBuilder<TOptions> 提供 Configure 的重载，该重载允许使用最多五个服务来配置选项：

  builder.Services.AddOptions<MyOptions>("optionalName")
      .Configure<Service1, Service2, Service3, Service4, Service5>(
          (o, s, s2, s3, s4, s5) => 
              o.Property = DoSomethingWith(s, s2, s3, s4, s5));
  

• 创建实现 IConfigureOptions<TOptions> 或 IConfigureNamedOptions<TOptions> 的类型，并将该类型注册为服务。

建议将配置委托传递给 Configure，因为创建服务较复杂。 在调用 Configure 时，创建类型等效于框架执行的操作。 调用 Configure 会注册一个临时通用 IConfigureNamedOptions<TOptions>，它具有可接受指定的通用服务类型的构造函数。

选项验证

通过选项验证，可以验证选项值。

请考虑以下 appsettings.json 文件：

{
  "MyConfig": {
    "Key1": "My Key One",
    "Key2": 10,
    "Key3": 32
  }
}

使用下面的类绑定到 "MyConfig" 配置节，并应用若干 DataAnnotations 规则：

public class MyConfigOptions
{
    public const string MyConfig = "MyConfig";

    [RegularExpression(@"^[a-zA-Z''-'\s]{1,40}$")]
    public string Key1 { get; set; }
    [Range(0, 1000,
        ErrorMessage = "Value for {0} must be between {1} and {2}.")]
    public int Key2 { get; set; }
    public int Key3 { get; set; }
}

下面的代码：

• 调用 AddOptions 以获取绑定到 MyConfigOptions 类的 OptionsBuilder<TOptions>。
• 调用 ValidateDataAnnotations 以使用 DataAnnotations 启用验证。

using OptionsValidationSample.Configuration;

var builder = WebApplication.CreateBuilder(args);

builder.Services.AddControllersWithViews();

builder.Services.AddOptions<MyConfigOptions>()
            .Bind(builder.Configuration.GetSection(MyConfigOptions.MyConfig))
            .ValidateDataAnnotations();

var app = builder.Build();

ValidateDataAnnotations 扩展方法在 Microsoft.Extensions.Options.DataAnnotations NuGet 包中定义。 对于使用 Microsoft.NET.Sdk.Web SDK 的 Web 应用，通过共享框架隐式引用此包。

下面的代码显示配置值或验证错误：

public class HomeController : Controller
{
    private readonly ILogger<HomeController> _logger;
    private readonly IOptions<MyConfigOptions> _config;

    public HomeController(IOptions<MyConfigOptions> config,
                          ILogger<HomeController> logger)
    {
        _config = config;
        _logger = logger;

        try
        {
            var configValue = _config.Value;

        }
        catch (OptionsValidationException ex)
        {
            foreach (var failure in ex.Failures)
            {
                _logger.LogError(failure);
            }
        }
    }

    public ContentResult Index()
    {
        string msg;
        try
        {
            msg = $"Key1: {_config.Value.Key1} \n" +
                  $"Key2: {_config.Value.Key2} \n" +
                  $"Key3: {_config.Value.Key3}";
        }
        catch (OptionsValidationException optValEx)
        {
            return Content(optValEx.Message);
        }
        return Content(msg);
    }

下面的代码使用委托应用更复杂的验证规则：

using OptionsValidationSample.Configuration;

var builder = WebApplication.CreateBuilder(args);

builder.Services.AddControllersWithViews();

builder.Services.AddOptions<MyConfigOptions>()
            .Bind(builder.Configuration.GetSection(MyConfigOptions.MyConfig))
            .ValidateDataAnnotations()
        .Validate(config =>
        {
            if (config.Key2 != 0)
            {
                return config.Key3 > config.Key2;
            }

            return true;
        }, "Key3 must be > than Key2.");   // Failure message.

var app = builder.Build();

IValidateOptions<TOptions> 和 IValidatableObject

下面的类实现了 IValidateOptions<TOptions>：

public class MyConfigValidation : IValidateOptions<MyConfigOptions>
{
    public MyConfigOptions _config { get; private set; }

    public  MyConfigValidation(IConfiguration config)
    {
        _config = config.GetSection(MyConfigOptions.MyConfig)
            .Get<MyConfigOptions>();
    }

    public ValidateOptionsResult Validate(string name, MyConfigOptions options)
    {
        string? vor = null;
        var rx = new Regex(@"^[a-zA-Z''-'\s]{1,40}$");
        var match = rx.Match(options.Key1!);

        if (string.IsNullOrEmpty(match.Value))
        {
            vor = $"{options.Key1} doesn't match RegEx \n";
        }

        if ( options.Key2 < 0 || options.Key2 > 1000)
        {
            vor = $"{options.Key2} doesn't match Range 0 - 1000 \n";
        }

        if (_config.Key2 != default)
        {
            if(_config.Key3 <= _config.Key2)
            {
                vor +=  "Key3 must be > than Key2.";
            }
        }

        if (vor != null)
        {
            return ValidateOptionsResult.Fail(vor);
        }

        return ValidateOptionsResult.Success;
    }
}

IValidateOptions 允许将验证代码移出 Program.cs 并将其移入类中。

使用前面的代码，使用以下代码在 Program.cs 中启用验证：

using Microsoft.Extensions.Options;
using OptionsValidationSample.Configuration;

var builder = WebApplication.CreateBuilder(args);

builder.Services.AddControllersWithViews();

builder.Services.Configure<MyConfigOptions>(builder.Configuration.GetSection(
                                        MyConfigOptions.MyConfig));

builder.Services.AddSingleton<IValidateOptions
                              <MyConfigOptions>, MyConfigValidation>();

var app = builder.Build();

选项验证也支持 IValidatableObject。 若要对类中的某个类执行类级验证，请执行以下操作：

• 在类中实现 IValidatableObject 接口及其 Validate 方法。
• 在 Program.cs 中调用 ValidateDataAnnotations。

ValidateOnStart

选项验证将在第一次创建 IOptions<TOptions>、IOptionsSnapshot<TOptions> 或 IOptionsMonitor<TOptions> 实现时运行。 若要立即运行选项验证，请在应用启动时调用 Program.cs 中的 ValidateOnStart：

builder.Services.AddOptions<MyConfigOptions>()
    .Bind(builder.Configuration.GetSection(MyConfigOptions.MyConfig))
    .ValidateDataAnnotations()
    .ValidateOnStart();

选项后期配置

使用 IPostConfigureOptions<TOptions> 设置后期配置。 进行所有 IConfigureOptions<TOptions> 配置后运行后期配置：

using OptionsValidationSample.Configuration;

var builder = WebApplication.CreateBuilder(args);

builder.Services.AddControllersWithViews();

builder.Services.AddOptions<MyConfigOptions>()
                .Bind(builder.Configuration.GetSection(MyConfigOptions.MyConfig));

builder.Services.PostConfigure<MyConfigOptions>(myOptions =>
{
    myOptions.Key1 = "post_configured_key1_value";
});

PostConfigure 可用于对命名选项进行后期配置：

var builder = WebApplication.CreateBuilder(args);

builder.Services.AddRazorPages();

builder.Services.Configure<TopItemSettings>(TopItemSettings.Month,
    builder.Configuration.GetSection("TopItem:Month"));
builder.Services.Configure<TopItemSettings>(TopItemSettings.Year,
    builder.Configuration.GetSection("TopItem:Year"));

builder.Services.PostConfigure<TopItemSettings>("Month", myOptions =>
{
    myOptions.Name = "post_configured_name_value";
    myOptions.Model = "post_configured_model_value";
});

var app = builder.Build();

使用 PostConfigureAll 对所有配置实例进行后期配置：

using OptionsValidationSample.Configuration;

var builder = WebApplication.CreateBuilder(args);

builder.Services.AddControllersWithViews();

builder.Services.AddOptions<MyConfigOptions>()
                .Bind(builder.Configuration.GetSection(MyConfigOptions.MyConfig));

builder.Services.PostConfigureAll<MyConfigOptions>(myOptions =>
{
    myOptions.Key1 = "post_configured_key1_value";
});

访问 Program.cs 中的选项

若要访问 Program.cs 中的 IOptions<TOptions> 或 IOptionsMonitor<TOptions>，请在 WebApplication.Services 上调用 GetRequiredService：

var app = builder.Build();

var option1 = app.Services.GetRequiredService<IOptionsMonitor<MyOptions>>()
    .CurrentValue.Option1;

其他资源

• 查看或下载示例代码（如何下载）