在 ASP.NET Core 中使用變更權杖來偵測變更

「變更權杖」是用來追蹤狀態變更的一般用途低階建置組塊。

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IChangeToken 介面

IChangeToken 會傳播已發生變更的通知。 IChangeToken 位於 Microsoft.Extensions.Primitives 命名空間內。 Microsoft.Extensions.Primitives NuGet 套件會隱含地提供給 ASP.NET Core 應用程式。

IChangeToken 有兩個屬性：

• ActiveChangeCallbacks 指出權杖是否主動引發回呼。 如果 ActiveChangedCallbacks 設定為 false，則絕不會呼叫回呼，而且應用程式必須輪詢 HasChanged 是否有變更。 如果未發生任何變更，或基礎變更接聽程式已遭處置或停用，權杖也可能永遠不會被取消。
• HasChanged 會接收指出是否已發生變更的值。

IChangeToken 介面包括 RegisterChangeCallback(Action<Object>, Object) 方法，其會登錄在權杖變更時叫用的回呼。 HasChanged 必須在叫用回呼之前設定。

ChangeToken 類別

ChangeToken 靜態類別用來傳播已發生變更的通知。 ChangeToken 位於 Microsoft.Extensions.Primitives 命名空間內。 Microsoft.Extensions.Primitives NuGet 套件會隱含地提供給 ASP.NET Core 應用程式。

ChangeToken.OnChange(Func<IChangeToken>, Action) 方法會登錄每當權杖變更時要呼叫的 Action：

• Func<IChangeToken> 會產生權杖。
• 在權杖變更時呼叫 Action。

ChangeToken.OnChange<TState>(Func<IChangeToken>, Action<TState>, TState) 多載接受傳遞到權杖取用者 Action 的額外 TState 參數。

OnChange 會傳回 IDisposable。 呼叫 Dispose 將阻止權杖接聽其他變更和釋出權杖的資源。

ASP.NET Core 中變更權杖的範例用法

變更權杖用於 ASP.NET Core 監視物件變更的重要區域：

• 針對監視檔案變更，IFileProvider 的 Watch 方法會針對要監看的指定檔案或資料夾建立 IChangeToken。
• IChangeToken 權杖可新增至快取項目，以在變更時觸發快取收回。
• 針對 TOptions 變更，IOptionsMonitor<TOptions> 的預設 OptionsMonitor<TOptions> 實作具有會接受一或多個 IOptionsChangeTokenSource<TOptions> 執行個體的多載。 每個執行個體會傳回 IChangeToken，以登錄變更通知回呼來追蹤選項變更。

監視設定變更

根據預設，ASP.NET Core 範本會使用 JSON 設定檔 (appsettings.json、appsettings.Development.json 和 appsettings.Production.json) 來載入應用程式組態設定。

這些檔案是在接受 reloadOnChange 參數的 ConfigurationBuilder 擴充方法上使用 AddJsonFile(IConfigurationBuilder, String, Boolean, Boolean) 擴充方法來設定的。 reloadOnChange 指出組態是否應該在檔案變更時重新載入。 此設定會出在 Host 便利方法 CreateDefaultBuilder 中：

config.AddJsonFile("appsettings.json", optional: true, reloadOnChange: true)
      .AddJsonFile($"appsettings.{env.EnvironmentName}.json", optional: true, 
          reloadOnChange: true);

檔案型設定是以 FileConfigurationSource 代表的。 FileConfigurationSource 使用 IFileProvider 來監視檔案。

根據預設，IFileMonitor 由 PhysicalFileProvider 提供，它會使用 FileSystemWatcher 來監視設定檔變更。

範例應用程式將示範監視組態變更的兩個實作。 如果任一 appsettings 檔案變更，兩個檔案監視實作都會執行自訂程式碼：範例應用程式會將訊息寫入到主控台。

組態檔的 FileSystemWatcher 可以觸發單一組態檔案變更的多個權杖回呼。 為確定自訂程式碼只在觸發多個權杖回呼時執行一次，範例的實作會檢查檔案雜湊。 範例使用 SHA1 檔案雜湊處理。 重試將利用指數倒退來實作。

Utilities/Utilities.cs：

public static byte[] ComputeHash(string filePath)
{
    var runCount = 1;

    while(runCount < 4)
    {
        try
        {
            if (File.Exists(filePath))
            {
                using (var fs = File.OpenRead(filePath))
                {
                    return System.Security.Cryptography.SHA1
                        .Create().ComputeHash(fs);
                }
            }
            else 
            {
                throw new FileNotFoundException();
            }
        }
        catch (IOException ex)
        {
            if (runCount == 3)
            {
                throw;
            }

            Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(Math.Pow(2, runCount)));
            runCount++;
        }
    }

    return new byte[20];
}

簡易啟動變更權杖

將變更通知的權杖取用者 Action 回呼登錄到設定重新載入權杖。

在 Startup.Configure 中：

ChangeToken.OnChange(
    () => config.GetReloadToken(),
    (state) => InvokeChanged(state),
    env);

config.GetReloadToken() 提供此權杖。 回呼是 InvokeChanged 方法：

private void InvokeChanged(IWebHostEnvironment env)
{
    byte[] appsettingsHash = ComputeHash("appSettings.json");
    byte[] appsettingsEnvHash = 
        ComputeHash($"appSettings.{env.EnvironmentName}.json");

    if (!_appsettingsHash.SequenceEqual(appsettingsHash) || 
        !_appsettingsEnvHash.SequenceEqual(appsettingsEnvHash))
    {
        _appsettingsHash = appsettingsHash;
        _appsettingsEnvHash = appsettingsEnvHash;

        WriteConsole("Configuration changed (Simple Startup Change Token)");
    }
}

回呼的 state 是用來傳入 IWebHostEnvironment，其在指定要監視的 appsettings 設定檔時非常實用 (例如，開發環境中的 appsettings.Development.json)。 檔案雜湊用來防止 WriteConsole 陳述式在組態檔只變更過一次時，由於多個權杖回呼而執行多次。

只要應用程式在執行中，此系統就會執行，而且使用者無法停用此系統。

以服務方式監視設定變更

此範例將實作：

• 基本啟動權杖監視。
• 以服務方式監視。
• 啟用和停用監視的機制。

範例會建立 IConfigurationMonitor 介面。

Extensions/ConfigurationMonitor.cs：

public interface IConfigurationMonitor
{
    bool MonitoringEnabled { get; set; }
    string CurrentState { get; set; }
}

已實作類別的建構函式 ConfigurationMonitor 登錄變更通知的回呼：

public ConfigurationMonitor(IConfiguration config, IWebHostEnvironment env)
{
    _env = env;

    ChangeToken.OnChange<IConfigurationMonitor>(
        () => config.GetReloadToken(),
        InvokeChanged,
        this);
}

public bool MonitoringEnabled { get; set; } = false;
public string CurrentState { get; set; } = "Not monitoring";

config.GetReloadToken() 提供此權杖。 InvokeChanged 是回呼方法。 此執行個體中的 state 是用來存取監視狀態的 IConfigurationMonitor 執行個體參考。 會使用兩個屬性：

• MonitoringEnabled：指出回呼是否應該執行其自訂程式碼。
• CurrentState：描述要用於 UI 的目前監視狀態。

InvokeChanged 方法類似於之前的方法，不同之處在於：

• 不會執行其程式碼，除非 MonitoringEnabled 是 true。
• 在其 WriteConsole 輸出中輸出目前的 state。

private void InvokeChanged(IConfigurationMonitor state)
{
    if (MonitoringEnabled)
    {
        byte[] appsettingsHash = ComputeHash("appSettings.json");
        byte[] appsettingsEnvHash = 
            ComputeHash($"appSettings.{_env.EnvironmentName}.json");

        if (!_appsettingsHash.SequenceEqual(appsettingsHash) || 
            !_appsettingsEnvHash.SequenceEqual(appsettingsEnvHash))
        {
            string message = $"State updated at {DateTime.Now}";
          

            _appsettingsHash = appsettingsHash;
            _appsettingsEnvHash = appsettingsEnvHash;

            WriteConsole("Configuration changed (ConfigurationMonitor Class) " +
                $"{message}, state:{state.CurrentState}");
        }
    }
}

執行個體 ConfigurationMonitor 會在 Startup.ConfigureServices 中登錄為服務：

services.AddSingleton<IConfigurationMonitor, ConfigurationMonitor>();

[索引] 頁面提供對組態監視的使用者控制。 IConfigurationMonitor 的執行個體會插入到 IndexModel 中。

Pages/Index.cshtml.cs：

public IndexModel(
    IConfiguration config, 
    IConfigurationMonitor monitor, 
    FileService fileService)
{
    _config = config;
    _monitor = monitor;
    _fileService = fileService;
}

設定監視器 (_monitor) 是用來啟用或停用監視並設定 UI 回饋的目前狀態：

public IActionResult OnPostStartMonitoring()
{
    _monitor.MonitoringEnabled = true;
    _monitor.CurrentState = "Monitoring!";

    return RedirectToPage();
}

public IActionResult OnPostStopMonitoring()
{
    _monitor.MonitoringEnabled = false;
    _monitor.CurrentState = "Not monitoring";

    return RedirectToPage();
}

當觸發 OnPostStartMonitoring 時，會啟用監視並清除目前的狀態。 當觸發 OnPostStopMonitoring 時，則會停用監視，且狀態會設定為反映未進行監視。

UI 啟用和停用監視中的按鈕。

Pages/Index.cshtml：

<button class="btn btn-success" asp-page-handler="StartMonitoring">
    Start Monitoring
</button>

<button class="btn btn-danger" asp-page-handler="StopMonitoring">
    Stop Monitoring
</button>

監視快取的檔案變更

檔案內容可以使用 IMemoryCache 在記憶體內部快取。 記憶體內部快取將在記憶體內部快取主題中描述。 若不採取額外的步驟 (例如下述實作)，當來源資料變更時，將會從快取傳回「過時」(過期) 資料。

例如，更新滑動期限時，若不考慮快取原始程式檔的狀態，將導致過時的快取檔案資料。 資料的每個要求都會更新滑動期限，但檔案永遠不會重新載入至快取。 使用檔案快取內容的任何應用程式功能都可能會收到過時的內容。

在檔案快取案例中使用變更權杖可防止快取中出現過時的檔案內容。 範例應用程式將示範該方法的實作。

此範例會使用 GetFileContent 來：

• 傳回檔案內容。
• 實作使用指數倒退的重試演算法，以涵蓋檔案存取問題暫時延遲檔案內容讀取的情況。

Utilities/Utilities.cs：

public async static Task<string> GetFileContent(string filePath)
{
    var runCount = 1;

    while(runCount < 4)
    {
        try
        {
            if (File.Exists(filePath))
            {
                using (var fileStreamReader = File.OpenText(filePath))
                {
                    return await fileStreamReader.ReadToEndAsync();
                }
            }
            else 
            {
                throw new FileNotFoundException();
            }
        }
        catch (IOException ex)
        {
            if (runCount == 3)
            {
                throw;
            }

            Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(Math.Pow(2, runCount)));
            runCount++;
        }
    }

    return null;
}

FileService 是建立來處理快取的檔案查閱。 服務的 GetFileContent 方法呼叫會嘗試從記憶體內部快取取得檔案內容，並將它傳回給呼叫端 (Services/FileService.cs)。

如果使用快取索引鍵找不到快取的內容，則會採取下列動作：

1. 使用 GetFileContent 取得檔案內容。
2. 使用 IFileProviders.Watch 從檔案提供者取得變更權杖。 修改檔案時，就會觸發權杖的回呼。
3. 使用滑動期限快取檔案內容。 變更權杖附有 MemoryCacheEntryExtensions.AddExpirationToke，可在快取的檔案變更時收回快取項目。

在下列範例中，檔案是儲存在應用程式的內容根路徑。 IWebHostEnvironment.ContentRootFileProvider 是用來取得指向應用程式 IWebHostEnvironment.ContentRootPath 的 IFileProvider。 filePath 是使用 IFileInfo.PhysicalPath 取得的。

public class FileService
{
    private readonly IMemoryCache _cache;
    private readonly IFileProvider _fileProvider;
    private List<string> _tokens = new List<string>();

    public FileService(IMemoryCache cache, IWebHostEnvironment env)
    {
        _cache = cache;
        _fileProvider = env.ContentRootFileProvider;
    }

    public async Task<string> GetFileContents(string fileName)
    {
        var filePath = _fileProvider.GetFileInfo(fileName).PhysicalPath;
        string fileContent;

        // Try to obtain the file contents from the cache.
        if (_cache.TryGetValue(filePath, out fileContent))
        {
            return fileContent;
        }

        // The cache doesn't have the entry, so obtain the file 
        // contents from the file itself.
        fileContent = await GetFileContent(filePath);

        if (fileContent != null)
        {
            // Obtain a change token from the file provider whose
            // callback is triggered when the file is modified.
            var changeToken = _fileProvider.Watch(fileName);

            // Configure the cache entry options for a five minute
            // sliding expiration and use the change token to
            // expire the file in the cache if the file is
            // modified.
            var cacheEntryOptions = new MemoryCacheEntryOptions()
                .SetSlidingExpiration(TimeSpan.FromMinutes(5))
                .AddExpirationToken(changeToken);

            // Put the file contents into the cache.
            _cache.Set(filePath, fileContent, cacheEntryOptions);

            return fileContent;
        }

        return string.Empty;
    }
}

FileService 是在服務容器以及記憶體快取服務中登錄的。

在 Startup.ConfigureServices 中：

services.AddMemoryCache();
services.AddSingleton<FileService>();

頁面模型會使用服務載入檔案的內容。

在 [索引] 頁面的 OnGet 方法中 (Pages/Index.cshtml.cs)：

var fileContent = await _fileService.GetFileContents("poem.txt");

CompositeChangeToken 類別

為了表示單一物件中的一或多個 IChangeToken 執行個體，請使用 CompositeChangeToken 類別。

var firstCancellationTokenSource = new CancellationTokenSource();
var secondCancellationTokenSource = new CancellationTokenSource();

var firstCancellationToken = firstCancellationTokenSource.Token;
var secondCancellationToken = secondCancellationTokenSource.Token;

var firstCancellationChangeToken = new CancellationChangeToken(firstCancellationToken);
var secondCancellationChangeToken = new CancellationChangeToken(secondCancellationToken);

var compositeChangeToken = 
    new CompositeChangeToken(
        new List<IChangeToken> 
        {
            firstCancellationChangeToken, 
            secondCancellationChangeToken
        });

如果任何表示的權杖 HasChanged 是 true，複合權杖上的 HasChanged 會報告 true。 如果任何表示的權杖 ActiveChangeCallbacks 是 true，複合權杖上的 ActiveChangeCallbacks 會報告 true。 如果發生多個同時變更事件，會叫用複合變更回呼一次。

其他資源

• ASP.NET Core 中的記憶體內部快取
• ASP.NET Core 中的分散式快取
• ASP.NET Core 中的回應快取
• ASP.NET Core 中的回應快取中介軟體
• ASP.NET Core MVC 中的快取標籤協助程式
• ASP.NET Core 中的分散式快取標籤協助程式