.net core 中的经典设计模式的应用

.net core 中的经典设计模式的应用

Intro

前段时间我们介绍了23种设计模式,今天来分享一下 .net core 源码中我觉得比较典型的设计模式的应用

实例

责任链模式

asp.net core 中间件的设计就是责任链模式的应用和变形,

每个中间件根据需要处理请求,并且可以根据请求信息自己决定是否传递给下一个中间件,我也受此启发,封装了一个 PipelineBuilder 可以轻松构建中间件模式代码,可以参考这篇文章 https://www.cnblogs.com/weihanli/p/12700006.html

中间件示例:

app.UseStaticFiles();

app.UseResponseCaching();
app.UseResponseCompression();

app.UseRouting();

app.UseCors(builder => builder.AllowAnyHeader().AllowAnyMethod().AllowAnyOrigin());

app.UseAuthentication();
app.UseAuthorization();

app.UseEndpoints(endpoints =>
{
    endpoints.MapControllers();
    endpoints.MapControllerRoute(name: "areaRoute", "{area:exists}/{controller=Home}/{action=Index}");
    endpoints.MapDefaultControllerRoute();
});

PipelineBuilder 实际示例:

var requestContext = new RequestContext()
{
    RequesterName = "Kangkang",
    Hour = 12,
};

var builder = PipelineBuilder.Create<RequestContext>(context =>
        {
            Console.WriteLine($"{context.RequesterName} {context.Hour}h apply failed");
        })
        .Use((context, next) =>
        {
            if (context.Hour <= 2)
            {
                Console.WriteLine("pass 1");
            }
            else
            {
                next();
            }
        })
        .Use((context, next) =>
        {
            if (context.Hour <= 4)
            {
                Console.WriteLine("pass 2");
            }
            else
            {
                next();
            }
        })
        .Use((context, next) =>
        {
            if (context.Hour <= 6)
            {
                Console.WriteLine("pass 3");
            }
            else
            {
                next();
            }
        })
    ;
var requestPipeline = builder.Build();
foreach (var i in Enumerable.Range(1, 8))
{
    Console.WriteLine();
    Console.WriteLine($"--------- h:{i} apply Pipeline------------------");
    requestContext.Hour = i;
    requestPipeline.Invoke(requestContext);
    Console.WriteLine("----------------------------");
    Console.WriteLine();
}

建造者模式

asp.net core 中的各种 BuilderHostBuilder/ConfigurationBuilder 等,这些 Builder 大多既是 Builder 又是 Director,Builder 本身知道如何构建最终的 Product(Host/Configuration)

var host = new HostBuilder()
    .ConfigureAppConfiguration(builder =>
    {
        // 注册配置
        builder
            .AddInMemoryCollection(new Dictionary<string, string>()
            {
                {"UserName", "Alice"}
            })
            .AddJsonFile("appsettings.json")
            ;
    })
    .ConfigureServices((context, services) =>
    {
        // 注册自定义服务
        services.AddSingleton<IIdGenerator, GuidIdGenerator>();
        services.AddTransient<IService, Service>();
        if (context.Configuration.GetAppSetting<bool>("XxxEnabled"))
        {
            services.AddSingleton<IUserIdProvider, EnvironmentUserIdProvider>();
        }
    })
    .Build()
    ;

工厂模式

依赖注入框架中有着大量的工厂模式的代码,注册服务的时候我们可以通过一个工厂方法委托来获取服务实例,

依赖注入的本质就是将对象的创建交给 IOC 容器来处理,所以其实 IOC 容器本质就是一个工厂,从 IOC 中获取服务实例的过程就是工厂创建对象的过程,只是会根据服务的生命周期来决定是创建新对象还是返回已有对象。

services.AddSingleton(sp => new Svc2(sp.GetRequiredService<ISvc1>(), "xx"));

单例模式

在 dotnet 中有一个 TimeQueue 的类型,纯正的饿汉模式的单例模式代码

class TimerQueue
{
    #region singleton pattern implementation

    // The one-and-only TimerQueue for the AppDomain.
    static TimerQueue s_queue = new TimerQueue();

    public static TimerQueue Instance
    {
        get { return s_queue; }
    }

    private TimerQueue()
    {
        // empty private constructor to ensure we remain a singleton.
    }

    #endregion

    // ...
}

https://referencesource.microsoft.com/#mscorlib/system/threading/timer.cs,49

在 dotnet 源码中还有一些懒汉式的单例模式

使用 Interlocked 原子操作

internal class SimpleEventTypes<T>
    : TraceLoggingEventTypes
{
    private static SimpleEventTypes<T> instance;

    internal readonly TraceLoggingTypeInfo<T> typeInfo;

    private SimpleEventTypes(TraceLoggingTypeInfo<T> typeInfo)
        : base(
            typeInfo.Name,
            typeInfo.Tags,
            new TraceLoggingTypeInfo[] { typeInfo })
    {
        this.typeInfo = typeInfo;
    }

    public static SimpleEventTypes<T> Instance
    {
        get { return instance ?? InitInstance(); }
    }

    private static SimpleEventTypes<T> InitInstance()
    {
        var newInstance = new SimpleEventTypes<T>(TraceLoggingTypeInfo<T>.Instance);
        Interlocked.CompareExchange(ref instance, newInstance, null);
        return instance;
    }
}

另外一个示例,需要注意,下面这种方式不能严格的保证只会产生一个实例,在并发较高的情况下可能不是同一个实例,这也可以算是工厂模式的一个示例

static internal class ConfigurationManagerHelperFactory 
{
    private const string ConfigurationManagerHelperTypeString = "System.Configuration.Internal.ConfigurationManagerHelper, " + AssemblyRef.System;

    static private volatile IConfigurationManagerHelper s_instance;

    static internal IConfigurationManagerHelper Instance {
        get {
            if (s_instance == null) {
                s_instance = CreateConfigurationManagerHelper();
            }

            return s_instance;
        }
    }

    [ReflectionPermission(SecurityAction.Assert, Flags = ReflectionPermissionFlag.MemberAccess)]
    [SuppressMessage("Microsoft.Security", "CA2106:SecureAsserts", Justification = "Hard-coded to create an instance of a specific type.")]
    private static IConfigurationManagerHelper CreateConfigurationManagerHelper() {
        return TypeUtil.CreateInstance<IConfigurationManagerHelper>(ConfigurationManagerHelperTypeString);
    }
}

原型模式

dotnet 中有两个数据结构 Stack/Queue 这两个数据都实现了 ICloneable 接口,内部实现了深复制
来看 StackClone 方法实现:

public virtual Object Clone()
{
    Contract.Ensures(Contract.Result<Object>() != null);
 
    Stack s = new Stack(_size);
    s._size = _size;
    Array.Copy(_array, 0, s._array, 0, _size);
    s._version = _version;
    return s;
}

详细可以参考: https://referencesource.microsoft.com/#mscorlib/system/collections/stack.cs,6acda10c5f8b128e

享元模式

string intern(字符串池),以及 Array.Empty<int>()/Array.Empty<string>()

策略模式

asp.net core 中的认证和授权,我觉得就是策略模式的应用,在使用 [Authorize] 的时候会使用默认的 policy,也可以指定要使用的策略 [Authorize("Policy1")] 这样就会使用另外一种策略 Policy1,policy 还是比较简单的

policy 是用来根据用户的认证信息来控制授权访问的,而认证则是根据当前上下文(请求上下文、线程上下文、环境上下文等)的信息进行认证从而获取用户信息的过程

而不同的认证模式(Cookie/JWT/自定义Token等)其实是不同的处理方法,也就是策略模式中不同的算法实现,指定哪种认证模式,就是使用哪种算法实现来获取用户信息

观察者模式

常使用事件(event)进行解耦,外部代码通过订阅事件来解耦,实现对内部状态的观察

Process 类中有很多事件,可以用来捕获另一个进程中的输出,错误等

public event DataReceivedEventHandler OutputDataReceived;

public event DataReceivedEventHandler ErrorDataReceived;

通常这两个事件我们就可以获取到另外一个进程中的输出信息,除此之外还有很多的类在使用事件,相信你也用过很多

组合模式

WPF、WinForm 中都有控件的概念,这些控件的设计属于是组合模式的应用,所有的控件都会继承于某一个共同的基类, 使得单个对象和组合对象都可以看作是他们共同的基类对象

迭代器模式

c# 中定义了迭代器模式,原始定义:

// 聚集抽象
public interface IEnumerable
{
    /// <summary>Returns an enumerator that iterates through a collection.</summary>
    /// <returns>An <see cref="T:System.Collections.IEnumerator" /> object that can be used to iterate through the collection.</returns>
    IEnumerator GetEnumerator();
}

// 迭代器抽象
public interface IEnumerator
{
    /// <summary>Advances the enumerator to the next element of the collection.</summary>
    /// <returns>
    /// <see langword="true" /> if the enumerator was successfully advanced to the next element; <see langword="false" /> if the enumerator has passed the end of the collection.</returns>
    /// <exception cref="T:System.InvalidOperationException">The collection was modified after the enumerator was created.</exception>
    bool MoveNext();

    /// <summary>Gets the element in the collection at the current position of the enumerator.</summary>
    /// <returns>The element in the collection at the current position of the enumerator.</returns>
    object Current { get; }

    /// <summary>Sets the enumerator to its initial position, which is before the first element in the collection.</summary>
    /// <exception cref="T:System.InvalidOperationException">The collection was modified after the enumerator was created.</exception>
    void Reset();
}

Array 和 List 各自实现了自己的迭代器,感兴趣可以去看下源码

适配器模式

之前介绍的适配器模式中有提到 asp.net core 3.x 里引入了 ServiceProviderFactory, 使得 .net core 可以更方便的集成第三方的依赖注入框架,这里使用了适配器模式通过 ServiceFactoryAdapter 来适配各种不同的第三方的依赖注入框架

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More

.net core 中的设计模式应用还有很多,不仅上面提到的这几个模式,也不仅仅是我所提到的这几个地方

上面有一些示例是直接用的 dotnet framework 中的源码,因为有很多代码都是类似的,用的 https://referencesource.microsoft.com 的源码

以上均是个人理解,如果有错误还望指出,十分感谢,欢迎补充更多设计模式应用的源码实例

Reference