谈谈.NET Core中基于Generic Host来实现后台任务

前言

很多时候,后台任务对我们来说是一个利器,帮我们在后面处理了成千上万的事情。

在.NET Framework时代,我们可能比较多的就是一个项目,会有一到多个对应的Windows服务,这些Windows服务就可以当作是我们所说的后台任务了。

我喜欢将后台任务分为两大类,一类是不停的跑,好比MQ的消费者,RPC的服务端。另一类是定时的跑,好比定时任务。

那么在.NET Core时代是不是有一些不同的解决方案呢?答案是肯定的。

Generic Host就是其中一种方案,也是本文的主角。

什么是Generic Host

Generic Host是ASP.NET Core 2.1中的新增功能,它的目的是将HTTP管道从Web Host的API中分离出来,从而启用更多的Host方案。

这样可以让基于Generic Host的一些特性延用一些基础的功能。如:如配置、依赖关系注入和日志等。

Generic Host更倾向于通用性,换句话就是说,我们即可以在Web项目中使用,也可以在非Web项目中使用!

虽然有时候后台任务混杂在Web项目中并不是一个太好的选择,但也并不失是一个解决方案。尤其是在资源并不充足的时候。

比较好的做法还是让其独立出来,让它的职责更加单一。

下面就先来看看如何创建后台任务吧。

后台任务示例

我们先来写两个后台任务(一个一直跑,一个定时跑),体验一下这些后台任务要怎么上手,同样也是我们后面要使用到的。

这两个任务统一继承BackgroundService这个抽象类,而不是IHostedService这个接口。后面会说到两者的区别。

  1. 一直跑的后台任务

先上代码

public class PrinterHostedService2 : BackgroundService
{
    private readonly ILogger _logger;
    private readonly AppSettings _settings;

    public PrinterHostedService2(ILoggerFactory loggerFactory, IOptionsSnapshot<AppSettings> options)
    {
        this._logger = loggerFactory.CreateLogger<PrinterHostedService2>();
        this._settings = options.Value;
    }

    public override Task StopAsync(CancellationToken cancellationToken)
    {
        _logger.LogInformation("Printer2 is stopped");
        return Task.CompletedTask;
    }

    protected override async Task ExecuteAsync(CancellationToken stoppingToken)
    {
        while (!stoppingToken.IsCancellationRequested)
        {
            _logger.LogInformation($"Printer2 is working. {_settings.PrinterDelaySecond}");
            await Task.Delay(TimeSpan.FromSeconds(_settings.PrinterDelaySecond), stoppingToken);
        }
    }
}

来看看里面的细节。

我们的这个服务继承了BackgroundService,就一定要实现里面的ExecuteAsync,至于StartAsync和StopAsync等方法可以选择性的override。

我们ExecuteAsync在里面就是输出了一下日志,然后休眠在配置文件中指定的秒数。

这个任务可以说是最简单的例子了,其中还用到了依赖注入,如果想在任务中注入数据仓储之类的,应该就不需要再多说了。

同样的方式再写一个定时的。

  1. 定时跑的后台任务

这里借助了Timer来完成定时跑的功能,同样的还可以结合Quartz来完成。

public class TimerHostedService : BackgroundService
{
    //other ...
   
    private Timer _timer;

    protected override Task ExecuteAsync(CancellationToken stoppingToken)
    {
        _timer = new Timer(DoWork, null, TimeSpan.Zero, TimeSpan.FromSeconds(_settings.TimerPeriod));
        return Task.CompletedTask;
    }

    private void DoWork(object state)
    {
        _logger.LogInformation("Timer is working");
    }

    public override Task StopAsync(CancellationToken cancellationToken)
    {
        _logger.LogInformation("Timer is stopping");
        _timer?.Change(Timeout.Infinite, 0);
        return base.StopAsync(cancellationToken);
    }

    public override void Dispose()
    {
        _timer?.Dispose();
        base.Dispose();
    }
}

和第一个后台任务相比,没有太大的差异。

下面我们先来看看如何用控制台的形式来启动这两个任务。

控制台形式

这里会同时引入NLog来记录任务跑的日志,方便我们观察。

Main函数的代码如下:

class Program
{
    static async Task Main(string[] args)
    {
        var builder = new HostBuilder()
            //logging
            .ConfigureLogging(factory =>
            {
                //use nlog
                factory.AddNLog(new NLogProviderOptions { CaptureMessageTemplates = true, CaptureMessageProperties = true });
                NLog.LogManager.LoadConfiguration("nlog.config");
            })
            //host config
            .ConfigureHostConfiguration(config =>
            {
                //command line
                if (args != null)
                {
                    config.AddCommandLine(args);
                }
            })
            //app config
            .ConfigureAppConfiguration((hostContext, config) =>
            {
                var env = hostContext.HostingEnvironment;
                config.AddJsonFile("appsettings.json", optional: true, reloadOnChange: true)
                    .AddJsonFile($"appsettings.{env.EnvironmentName}.json", optional: true, reloadOnChange: true);

                config.AddEnvironmentVariables();

                if (args != null)
                {
                    config.AddCommandLine(args);
                }
            })
            //service
            .ConfigureServices((hostContext, services) =>
            {
                services.AddOptions();
                services.Configure<AppSettings>(hostContext.Configuration.GetSection("AppSettings"));

                //basic usage
                services.AddHostedService<PrinterHostedService2>();
                services.AddHostedService<TimerHostedService>();
            }) ;

        //console 
        await builder.RunConsoleAsync();

        ////start and wait for shutdown
        //var host = builder.Build();
        //using (host)
        //{
        //    await host.StartAsync();

        //    await host.WaitForShutdownAsync();
        //}
    }
}

对于控制台的方式,需要我们对HostBuilder有一定的了解,虽说它和WebHostBuild有相似的地方。可能大部分时候,我们是直接使用了WebHost.CreateDefaultBuilder(args)来构造的,如果对CreateDefaultBuilder里面的内容没有了解,那么对上面的代码可能就不会太清晰。

上述代码的大致流程如下:

  1. new一个HostBuilder对象
  2. 配置日志,主要是接入了NLog
  3. Host的配置,这里主要是引入了CommandLine,因为需要传递参数给程序
  4. 应用的配置,指定了配置文件,和引入CommandLine
  5. Service的配置,这个就和我们在Startup里面写的差不多了,最主要的是我们的后台服务要在这里注入
  6. 启动

其中,

2-5的顺序可以按个人习惯来写,里面的内容也和我们写Startup大同小异。

第6步,启动的时候,有多种方式,这里列出了两种行为等价的方式。

a. 通过RunConsoleAsync的方式来启动

b. 先StartAsync然后再WaitForShutdownAsync

RunConsoleAsync的奥秘,我觉得还是直接看下面的代码比较容易懂。

/// <summary>
/// Listens for Ctrl+C or SIGTERM and calls <see cref="IApplicationLifetime.StopApplication"/> to start the shutdown process.
/// This will unblock extensions like RunAsync and WaitForShutdownAsync.
/// </summary>
/// <param name="hostBuilder">The <see cref="IHostBuilder" /> to configure.</param>
/// <returns>The same instance of the <see cref="IHostBuilder"/> for chaining.</returns>
public static IHostBuilder UseConsoleLifetime(this IHostBuilder hostBuilder)
{
    return hostBuilder.ConfigureServices((context, collection) => collection.AddSingleton<IHostLifetime, ConsoleLifetime>());
}

/// <summary>
/// Enables console support, builds and starts the host, and waits for Ctrl+C or SIGTERM to shut down.
/// </summary>
/// <param name="hostBuilder">The <see cref="IHostBuilder" /> to configure.</param>
/// <param name="cancellationToken"></param>
/// <returns></returns>
public static Task RunConsoleAsync(this IHostBuilder hostBuilder, CancellationToken cancellationToken = default)
{
    return hostBuilder.UseConsoleLifetime().Build().RunAsync(cancellationToken);
}

这里涉及到了一个比较重要的IHostLifetime,Host的生命周期,ConsoleLifeTime是默认的一个,可以理解成当接收到ctrl+c这样的指令时,它就会触发停止。

接下来,写一下nlog的配置文件

<?xml version="1.0" encoding="utf-8" ?>
<nlog xmlns="http://www.nlog-project.org/schemas/NLog.xsd" xsi:schemaLocation="NLog NLog.xsd"
      xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
      autoReload="true"
      internalLogLevel="Info" >

  <targets>
    <target xsi:type="File"
            name="ghost"
            fileName="logs/ghost.log"
            layout="${date}|${level:uppercase=true}|${message}" />
  </targets>

  <rules>
    <logger name="GHost.*" minlevel="Info" writeTo="ghost" />
    <logger name="Microsoft.*" minlevel="Info" writeTo="ghost" />
  </rules>
</nlog>

这个时候已经可以通过命令启动我们的应用了。

dotnet run -- --environment Staging

这里指定了运行环境为Staging,而不是默认的Production。

在构造HostBuilder的时候,可以通过UseEnvironment或ConfigureHostConfiguration直接指定运行环境,但是个人更加倾向于在启动命令中去指定,避免一些不可控因素。

这个时候大致效果如下:

虽然效果已经出来了,不过大家可能会觉得这个有点小打小闹,下面来个略微复杂一点的后台任务,用来监听并消费RabbitMQ的消息。

消费MQ消息的后台任务

public class ComsumeRabbitMQHostedService : BackgroundService
{
    private readonly ILogger _logger;
    private readonly AppSettings _settings;
    private IConnection _connection;
    private IModel _channel;

    public ComsumeRabbitMQHostedService(ILoggerFactory loggerFactory, IOptionsSnapshot<AppSettings> options)
    {
        this._logger = loggerFactory.CreateLogger<ComsumeRabbitMQHostedService>();
        this._settings = options.Value;
        InitRabbitMQ(this._settings);
    }

    private void InitRabbitMQ(AppSettings settings)
    {
        var factory = new ConnectionFactory { HostName = settings.HostName, };
        _connection = factory.CreateConnection();
        _channel = _connection.CreateModel();

        _channel.ExchangeDeclare(_settings.ExchangeName, ExchangeType.Topic);
        _channel.QueueDeclare(_settings.QueueName, false, false, false, null);
        _channel.QueueBind(_settings.QueueName, _settings.ExchangeName, _settings.RoutingKey, null);
        _channel.BasicQos(0, 1, false);

        _connection.ConnectionShutdown += RabbitMQ_ConnectionShutdown;
    }

    protected override Task ExecuteAsync(CancellationToken stoppingToken)
    {
        stoppingToken.ThrowIfCancellationRequested();

        var consumer = new EventingBasicConsumer(_channel);
        consumer.Received += (ch, ea) =>
        {
            var content = System.Text.Encoding.UTF8.GetString(ea.Body);
            HandleMessage(content);
            _channel.BasicAck(ea.DeliveryTag, false);
        };

        consumer.Shutdown += OnConsumerShutdown;
        consumer.Registered += OnConsumerRegistered;
        consumer.Unregistered += OnConsumerUnregistered;
        consumer.ConsumerCancelled += OnConsumerConsumerCancelled;

        _channel.BasicConsume(_settings.QueueName, false, consumer);
        return Task.CompletedTask;
    }

    private void HandleMessage(string content)
    {
        _logger.LogInformation($"consumer received {content}");
    }
    
    private void OnConsumerConsumerCancelled(object sender, ConsumerEventArgs e)  { ... }
    private void OnConsumerUnregistered(object sender, ConsumerEventArgs e) { ... }
    private void OnConsumerRegistered(object sender, ConsumerEventArgs e) { ... }
    private void OnConsumerShutdown(object sender, ShutdownEventArgs e) { ... }
    private void RabbitMQ_ConnectionShutdown(object sender, ShutdownEventArgs e)  { ... }

    public override void Dispose()
    {
        _channel.Close();
        _connection.Close();
        base.Dispose();
    }
}

代码细节就不需要多说了,下面就启动MQ发送程序来模拟消息的发送

同时看我们任务的日志输出

由启动到停止,效果都是符合我们预期的。

下面再来看看Web形式的后台任务是怎么处理的。

Web形式

这种模式下的后台任务,其实就是十分简单的了。

我们只要在Startup的ConfigureServices方法里面注册我们的几个后台任务就可以了。

public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
{
    services.AddMvc().SetCompatibilityVersion(CompatibilityVersion.Version_2_1);
    services.AddHostedService<PrinterHostedService2>();
    services.AddHostedService<TimerHostedService>();
    services.AddHostedService<ComsumeRabbitMQHostedService>();
}

启动Web站点后,我们发了20条MQ消息,再访问了一下Web站点的首页,最后是停止站点。

下面是日志结果,都是符合我们的预期。

可能大家会比较好奇,这三个后台任务是怎么混合在Web项目里面启动的。

答案就在下面的两个链接里。

https://github.com/aspnet/Hosting/blob/2.1.1/src/Microsoft.AspNetCore.Hosting/Internal/WebHost.cs#L153

https://github.com/aspnet/Hosting/blob/2.1.1/src/Microsoft.AspNetCore.Hosting/Internal/HostedServiceExecutor.cs

上面说了那么多,都是在本地直接运行的,可能大家会比较关注这个要怎样部署,下面我们就不看看怎么部署。

部署

部署的话,针对不同的情形(web和非web)都有不同的选择。

正常来说,如果本身就是web程序,那么平时我们怎么部署的,就和平时那样部署即可。

花点时间讲讲部署非web的情形。

其实这里的部署等价于让程序在后台运行。

在Linux下面让程序在后台运行方式有好多好多,Supervisor、Screen、pm2、systemctl等。

这里主要介绍一下systemctl,同时用上面的例子来进行部署,由于个人服务器没有MQ环境,所以没有启用消费MQ的后台任务。

先创建一个 service 文件

vim /etc/systemd/system/ghostdemo.service

内容如下:

[Unit]
Description=Generic Host Demo

[Service]
WorkingDirectory=/var/www/ghost
ExecStart=/usr/bin/dotnet /var/www/ghost/ConsoleGHost.dll --environment Staging
KillSignal=SIGINT
SyslogIdentifier=ghost-example

[Install]
WantedBy=multi-user.target

其中,各项配置的含义可以自行查找,这里不作说明。

然后可以通过下面的命令来启动和停止这个服务

service ghostdemo start
service ghostdemo stop 

测试无误之后,就可以设为自启动了。

systemctl enable ghostdemo.service

下面来看看运行的效果

我们先启动服务,然后去查看实时日志,可以看到应用的日志不停的输出。

当我们停了服务,再看实时日志,就会发现我们的两个后台任务已经停止了,也没有日志再进来了。

再去看看服务系统日志

sudo journalctl -fu ghostdemo.service

发现它确实也是停了。

在这里,我们还可以看到服务的当前环境和根路径。

IHostedService和BackgroundService的区别

前面的所有示例中,我们用的都是BackgroundService,而不是IHostedService。

这两者有什么区别呢?

可以这样简单的理解,IHostedService是原料,BackgroundService是一个用原料加工过一部分的半成品

这两个都是不能直接当成成品来用的,都需要进行加工才能做成一个可用的成品。

同时也意味着,如果使用IHostedService可能会需要做比较多的控制。

基于前面的打印后台任务,在这里使用IHostedService来实现。

如果我们只是纯綷的把实现代码放到StartAsync方法中,那么可能就会有惊喜了。

public class PrinterHostedService : IHostedService, IDisposable
{
    //other ....
    
    public async Task StartAsync(CancellationToken cancellationToken)
    {
        while (!cancellationToken.IsCancellationRequested)
        {
            Console.WriteLine("Printer is working.");
            await Task.Delay(TimeSpan.FromSeconds(_settings.PrinterDelaySecond), cancellationToken);
        }
    }

    public Task StopAsync(CancellationToken cancellationToken)
    {
        Console.WriteLine("Printer is stopped");
        return Task.CompletedTask;
    }
}  

运行之后,想用ctrl+c来停止,发现还是一直在跑。

ps一看,这个进程还在,kill掉之后才不会继续输出。。

问题出在那里呢?原因其实还是比较明显的,因为这个任务还没有启动成功,一直处于启动中的状态!

换句话说,StartAsync方法还没有执行完。这个问题一定要小心再小心。

要怎么处理这个问题呢?解决方法也比较简单,可以通过引用一个变量来记录要运行的任务,将其从StartAsync方法中解放出来。

public class PrinterHostedService3 : IHostedService, IDisposable
{
    //others .....
    private bool _stopping;
    private Task _backgroundTask;

    public Task StartAsync(CancellationToken cancellationToken)
    {
        Console.WriteLine("Printer3 is starting.");
        _backgroundTask = BackgroundTask(cancellationToken);
        return Task.CompletedTask;
    }

    private async Task BackgroundTask(CancellationToken cancellationToken)
    {
        while (!_stopping)
        {
            await Task.Delay(TimeSpan.FromSeconds(_settings.PrinterDelaySecond),cancellationToken);
            Console.WriteLine("Printer3 is doing background work.");
        }
    }

    public Task StopAsync(CancellationToken cancellationToken)
    {
        Console.WriteLine("Printer3 is stopping.");
        _stopping = true;
        return Task.CompletedTask;
    }

    public void Dispose()
    {
        Console.WriteLine("Printer3 is disposing.");
    }
}

这样就能让这个任务真正的启动成功了!效果就不放图了。

相对来说,BackgroundService用起来会比较简单,实现核心的ExecuteAsync这个抽象方法就差不多了,出错的概率也会比较低。

IHostBuilder的扩展写法

在注册服务的时候,我们还可以通过编写IHostBuilder的扩展方法来完成。

public static class Extensions
{
    public static IHostBuilder UseHostedService<T>(this IHostBuilder hostBuilder)
        where T : class, IHostedService, IDisposable
    {
        return hostBuilder.ConfigureServices(services =>
            services.AddHostedService<T>());
    }

    public static IHostBuilder UseComsumeRabbitMQ(this IHostBuilder hostBuilder)
    {
        return hostBuilder.ConfigureServices(services =>
                 services.AddHostedService<ComsumeRabbitMQHostedService>());
    }
}

使用的时候就可以像下面一样。

var builder = new HostBuilder()
        //others ...
        .ConfigureServices((hostContext, services) =>
        {
            services.AddOptions();
            services.Configure<AppSettings>(hostContext.Configuration.GetSection("AppSettings"));

            //basic usage
            //services.AddHostedService<PrinterHostedService2>();
            //services.AddHostedService<TimerHostedService>();
            //services.AddHostedService<ComsumeRabbitMQHostedService>();
        })
        //extensions usage
        .UseComsumeRabbitMQ()
        .UseHostedService<TimerHostedService>()
        .UseHostedService<PrinterHostedService2>()
        //.UseHostedService<ComsumeRabbitMQHostedService>()
        ;

总结

Generic Host让我们可以用熟悉的方式来处理后台任务,不得不说这是一个很👍的特性。

无论是将后台任务独立一个项目,还是将其混搭在Web项目中,都已经符合不少应用的情景了。

最后放上本文用到的示例代码

GenericHostDemo

posted @ 2018-11-15 08:04  Catcher8  阅读(...)  评论(... 编辑 收藏