探索 .NET 6 揭开 ConfigurationManager 的面纱

前言

在这个系列中将探索一下 .NET 6 中的一些新特性。已经有很多关于 .NET 6 的内容，包括很多来自 .NET 和 ASP.NET 团队本身的文章。在这个系列中，我将探索一下这些特性背后的一些代码。在这第一篇文章中，来研究一下 ConfigurationManager 类，讲一下为什么要新增这个类，并看一下它的的一些实现代码

一、什么是 ConfigurationManager

如果你的第一反应是“什么是 ConfigurationManager”，那么不用担心，你没有错过一个重要的公告：加入 ConfigurationManager 是为了支持 ASP.NET Core 的新 WebApplication 模型，用于简化 ASP.NET Core 的启动代码。然而 ConfigurationManager 在很大程度上是一个实现细节。它的引入是为了优化一个特定的场景（我很快会讲），但在大多数情况下，你不需要（也不会）知道你在使用它。在我们讨论 ConfigurationManager 本身之前，我们先来看看它所取代的东西和原因。

二、.NET 5 中的配置

.NET 5 围绕配置暴露了多种类型，但在你的应用程序中直接使用的两个主要类型是：

• IConfigurationBuilder - 用来添加配置源。在构建器上调用 Build() 读取每个配置源，并构建最终的配置。

• IConfigurationRoot - 代表最终“构建”好的配置。

IConfigurationBuilder 接口主要是一个围绕配置源列表的封装器。配置提供者通常包括扩展方法（如 AddJsonFile() 和 AddAzureKeyVault()），将配置源添加到 Sources 列表中。

public interface IConfigurationBuilder  
{  
    IDictionary<string, object> Properties { get; }  
    IList<IConfigurationSource> Sources { get; }  
    IConfigurationBuilder Add(IConfigurationSource source);  
    IConfigurationRoot Build();  
}

同时，IConfigurationRoot 代表最终“层”的配置值，结合了每个配置源的所有值，以提供所有配置值的最终“平面”视图。

后者配置提供者（环境变量）覆盖了前者配置提供者（appsettings.json、sharedsettings.json）添加的值。

在 .NET 5 及以前的版本中，IConfigurationBuilder 和 IConfigurationRoot 接口分别由 ConfigurationBuilder 和 ConfigurationRoot 实现。如果你直接使用这些类型，你可能会这样做：

var builder = new ConfigurationBuilder();  
  
// add static values  
builder.AddInMemoryCollection(new Dictionary<string, string>  
{  
    { "MyKey", "MyValue" },  
});  
  
// add values from a json file  
builder.AddJsonFile("appsettings.json");  
  
// create the IConfigurationRoot instance  
IConfigurationRoot config = builder.Build();  
  
string value = config["MyKey"]; // get a value  
IConfigurationSection section = config.GetSection("SubSection"); //get a section

在一个典型的 ASP.NET Core 应用程序中，你不会自己创建 ConfigurationBuilder，或调用 Build()，但除此之外，这就是幕后发生的事情。这两种类型之间有明确的分离，而且在大多数情况下，配置系统运行良好，那么为什么我们在.NET 6 中需要一个新类型呢？

三、.NET 5 中“部分构建”配置的问题

这种设计的主要问题是在你需要“部分”构建配置的时候。当你将配置存储在 Azure Key Vault 等服务中，甚至是数据库中时，这是一个常见的问题。例如，以下是在 ASP.NET Core 中的 ConfigureAppConfiguration() 里面从 Azure Key Vault 读取 secrects 的建议方式：

.ConfigureAppConfiguration((context, config) =>  
{  
    // "normal" configuration etc  
    config.AddJsonFile("appsettings.json");  
    config.AddEnvironmentVariables();  
  
    if (context.HostingEnvironment.IsProduction())  
    {  
        IConfigurationRoot partialConfig = config.Build(); // build partial config  
        string keyVaultName = partialConfig["KeyVaultName"]; // read value from configuration  
        var secretClient = new SecretClient(  
            new Uri($"https://{keyVaultName}.vault.azure.net/"),  
            new DefaultAzureCredential());  
        config.AddAzureKeyVault(secretClient, new KeyVaultSecretManager()); // add an extra configuration source  
        // The framework calls config.Build() AGAIN to build the final IConfigurationRoot  
    }  
})

配置 Azure Key Vault 提供者需要一个配置值，所以你陷入了一个鸡和蛋的问题--在你建立配置之前，你无法添加配置源。解决办法是：

• 添加“初始”配置值；

• 通过调用 IConfigurationBuilder.Build() 构建“部分”配置结果；

• 从生成的 IConfigurationRoot 中检索所需的配置值；

• 使用这些值来添加剩余的配置源；

• 框架隐含地调用 IConfigurationBuilder.Build()，生成最终的 IConfigurationRoot 并将其用于最终的应用配置。

这整个过程有点乱，但它本身并没有什么问题，那么缺点是什么呢？缺点是我们必须调用 Build() 两次：一次是只使用第一个源来构建 IConfigurationRoot，另一次是使用所有源来构建 IConfiguartionRoot，包括 Azure Key Vault 源。在默认的 ConfigurationBuilder 实现中，调用 Build() 会遍历所有的源，加载提供者，并将这些传递给 ConfigurationRoot 的一个新实例。

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

然后，ConfigurationRoot 依次循环遍历这些提供者，并加载配置值。

public class ConfigurationRoot : IConfigurationRoot, IDisposable  
{  
    private readonly IList<IConfigurationProvider> _providers;  
    private readonly IList<IDisposable> _changeTokenRegistrations;  
  
    public ConfigurationRoot(IList<IConfigurationProvider> providers)  
    {  
        _providers = providers;  
        _changeTokenRegistrations = new List<IDisposable>(providers.Count);  
  
        foreach (IConfigurationProvider p in providers)  
        {  
            p.Load();  
            _changeTokenRegistrations.Add(ChangeToken.OnChange(() => p.GetReloadToken(), () => RaiseChanged()));  
        }  
    }  
    // ... remainder of implementation  
}

如果你在应用启动时调用 Build() 两次，那么所有这些都会发生两次。一般来说，从配置源获取数据一次以上并无大碍，但这是不必要的工作，而且经常涉及到（相对缓慢的）文件读取等。这是一种常见的模式，所以在 .NET 6 中引入了一个新的类型来避免这种“重新构建”，即 ConfigurationManager。

四、.NET 6 中的配置管理器

作为 .NET 6 中“简化”应用模型的一部分，.NET 团队增加了一个新的配置类型--ConfigurationManager。这种类型同时实现了 IConfigurationBuilder 和 IConfigurationRoot。通过将这两种实现结合在一个单一的类型中，.NET 6 可以优化上一节中展示的常见模式。有了 ConfigurationManager，当 IConfigurationSource 被添加时（例如当你调用 AddJsonFile() 时），提供者被立即加载，配置被更新。这可以避免在部分构建的情况下不得不多次加载配置源。由于 IConfigurationBuilder 接口将源作为 IList<IConfigurationSource> 公开，因此实现这一点比听起来要难一些：

public interface IConfigurationBuilder  
{  
    IList<IConfigurationSource> Sources { get; }  
    // .. other members  
}

从 ConfigurationManager 的角度来看，这个问题是 IList<> 暴露了 Add() 和 Remove() 函数。如果使用一个简单的 List<>，消费者可以在 ConfigurationManager 不知道的情况下添加和删除配置提供者。为了解决这个问题，ConfigurationManager 使用一个自定义的 IList<> 实现。这包含对 ConfigurationManager 实例的引用，这样任何变化都可以反映在配置中：

private class ConfigurationSources : IList<IConfigurationSource>  
{  
    private readonly List<IConfigurationSource> _sources = new();  
    private readonly ConfigurationManager _config;  
  
    public ConfigurationSources(ConfigurationManager config)  
    {  
        _config = config;  
    }  
  
    public void Add(IConfigurationSource source)  
    {  
        _sources.Add(source);  
        _config.AddSource(source); // add the source to the ConfigurationManager  
    }  
  
    public bool Remove(IConfigurationSource source)  
    {  
        var removed = _sources.Remove(source);  
        _config.ReloadSources(); // reset sources in the ConfigurationManager  
        return removed;  
    }  
  
    // ... additional implementation  
}

通过使用一个自定义的 IList<> 实现，ConfigurationManager 确保每当有新的源被添加时就调用 AddSource()。这就是 ConfigurationManager 的优势所在：调用 AddSource() 可以立即加载源：

public class ConfigurationManager  
{  
  
    private void AddSource(IConfigurationSource source)  
    {  
        lock (_providerLock)  
        {  
            IConfigurationProvider provider = source.Build(this);  
            _providers.Add(provider);  
  
            provider.Load();  
            _changeTokenRegistrations.Add(ChangeToken.OnChange(() => provider.GetReloadToken(), () => RaiseChanged()));  
        }  
  
        RaiseChanged();  
    }  
}

这个方法立即在 IConfigurationSource 上调用 Build 来创建 IConfigurationProvider，并将其添加到提供者列表中。接下来，该方法调用 IConfigurationProvider.Load()。这将把数据加载到提供者中，（例如从环境变量、JSON 文件或 Azure Key Vault），这是“昂贵”的步骤，而这一切就是为了加载数据 在“正常”情况下，你只需向 IConfigurationBuilder 添加源，并可能需要多次构建它，这就给出了“最佳”方法——源被加载一次，且只有一次。ConfigurationManager 中 Build() 的实现现在什么都没做，只是返回它自己：

IConfigurationRoot IConfigurationBuilder.Build() => this;

当然，软件开发是所有关于权衡的问题。如果你只添加源，那么在添加源的时候递增构建源就很有效。然而，如果你调用任何其他 IList<> 函数，如 Clear()、Remove() 或索引器，ConfigurationManager 就必须调用 ReloadSources()：

private void ReloadSources()  
{  
    lock (_providerLock)  
    {  
        DisposeRegistrationsAndProvidersUnsynchronized();  
  
        _changeTokenRegistrations.Clear();  
        _providers.Clear();  
  
        foreach (var source in _sources)  
        {  
            _providers.Add(source.Build(this));  
        }  
  
        foreach (var p in _providers)  
        {  
            p.Load();  
            _changeTokenRegistrations.Add(ChangeToken.OnChange(() => p.GetReloadToken(), () => RaiseChanged()));  
        }  
    }  
  
    RaiseChanged();  
}

正如你所看到的，如果任何一个源改变了，ConfigurationManager 必须删除所有的东西并重新开始，迭代每个源，重新加载它们。如果你要对配置源进行大量的操作，这很快就会变得很昂贵，而且会完全否定 ConfigurationManager 的原始优势。当然，删除源是非常罕见的，所以 ConfigurationManager 是为最常见的情况而优化的。谁能猜到呢？下表给出了使用 ConfigurationBuilder 和 ConfigurationManager 的各种操作的相对成本的最终总结：

五、是否需关心 ConfigurationManager

那么读了这么多，你是否应该关心你是使用 ConfigurationManager 还是 ConfigurationBuilder？也许不应该。在 .NET 6 中引入的新的 WebApplicationBuilder 使用 ConfigurationManager，它优化了我上面描述的使用情况，即你需要“部分构建”你的配置。然而，ASP.NET Core 早期版本中引入的 WebHostBuilder 或 HostBuilder 在 .NET 6 中仍然非常受支持，它们继续在幕后使用 ConfigurationBuilder 和 ConfigurationRoot 类型。我认为唯一需要注意的情况是，如果你在某个地方依赖 IConfigurationBuilder 或 IConfigurationRoot 作为具体类型的 ConfigurationBuilder 或 ConfigurationRoot。这在我看来是非常不太可能发生的，如果你依赖这一点，我很想知道原因。但除了这个小众的例外，“老”类型不会消失，所以没有必要担心。如果你需要进行“部分构建”，并且你使用了新的 WebApplicationBuilder，那么你的应用程序将会有更高的性能，这一点你应该感到高兴。

六、总结

在这篇文章中，我描述了在 .NET 6 中引入的新的 ConfigurationManager 类型，并在最小(Minimal) API 示例中被新的 WebApplicationBuilder 所使用。引入 ConfigurationManager 是为了优化一种常见的情况，即你需要“部分构建”配置。这通常是因为配置提供者本身需要一些配置，例如，从 Azure Key Vault 加载 secrects，需要配置表明要使用哪个 Vault 库。ConfigurationManager 优化了这种情况：它在添加源时立即加载，而不是等到你调用 Build()。这就避免了在“部分构建”情况下“重建”配置的需要，其代价是其他不常见操作（如删除一个源）可能变得更昂贵的。

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