解决ASP.NET Core在Task中使用IServiceProvider的问题

前言#

    问题的起因是在帮同事解决遇到的一个问题，他的本意是在EF Core中为了解决避免多个线程使用同一个DbContext实例的问题。但是由于对Microsoft.Extensions.DependencyInjection体系的深度不是很了解，结果遇到了新的问题，当时整得我也有点蒙了，所以当时也没解决，而且当时快下班了，就想着第二天再解决。在地铁上，经过我一系列的思维跳跃，终于想到了问题的原因，第二天也顺利的解决了这个问题。虽然我前面说了EFCore，但是本质和EFCore没有关系，只是凑巧。解决了之后觉得这个问题是个易错题，觉得挺有意思的，便趁机记录一下。

问题演示#

接下来我们还原一下当时的场景，以下代码只是作为演示，无任何具体含义，只是为了让操作显得更清晰一下，接下来就贴一下当时的场景代码

[Route("api/[controller]/[action]")]
[ApiController]
public class InformationController : ControllerBase
{
    private readonly LibraryContext _libraryContext;
    private readonly IServiceProvider _serviceProvider;
    private readonly ILogger _logger;

    public InformationController(LibraryContext libraryContext, 
        IServiceProvider serviceProvider,
        ILogger logger)
    {
        _libraryContext = libraryContext;
        _serviceProvider = serviceProvider;
        _logger = logger;
    }

    [HttpGet]
    public string GetFirst()
    {
        var caseInfo = _libraryContext.Informations.Where(i => i.IsDelete == 0).FirstOrDefault();
        //这里直接使用了Task方式
        Task.Run(() => {
            try
            {
                //Task里创建了新的IServiceScope
                using var scope = _serviceProvider.CreateScope();
                //通过IServiceScope创建具体实例
                LibraryContext dbContext = scope.ServiceProvider.GetService();
                var list = dbContext!.Informations.Where(i => i.IsDelete == 0).Take(100).ToList();
            }
            catch (Exception ex)
            {
                _logger.LogError(ex.Message, ex);
            }
        });
        return caseInfo.Title;
    }
}

再次强调一下，上述代码纯粹是为了让演示更清晰，无任何业务含义，不喜勿喷。咱们首先看一下这段代码表现出来的意思，就是在ASP.NET Core的项目里，在Task.Run里使用IServiceProvider去创建Scope的场景。如果对ASP.NET Core Controller生命周期和IServiceProvider不够了解的话，会很容易遇到这个问题，且不知道是什么原因。上述这段代码会偶现一个错误

Cannot access a disposed object.
Object name: 'IServiceProvider'.

这里为什么说是偶现呢？因为会不会出现异常完全取决于Task.Run里的代码是在当前请求输出之前执行完成还是之后完成。说到这里相信有一部分同学已经猜到了代码报错的原因了。问题的本质很简单，是因为IServiceProvider被释放掉了。我们知道默认情况下ASP.NET Core为每次请求处理会创建单独的IServiceScope，这会关乎到声明周期为Scope对象的声明周期。所以如果Task.Run里的逻辑在请求输出之前执行完成，那么代码运行没任何问题。如果是在请求完成之后完成再执行CreateScope操作，那必然会报错。因为Task.Run里的逻辑何时被执行，这个是由系统CPU调度本身决定的，特别是CPU比较繁忙的时候，这种异常会变得更加频繁。

这个问题不仅仅是在Task.Run这种场景里，类似的本质就是在一个IServiceScope里创建一个新的子Scope作用域的时候，这个时候需要注意的是父级的IServiceProvider释放问题,如果父级的IServiceProvider已经被释放了，那么基于这个Provider再去创建Scope则会出现异常。但是这个问题在结合Task或者多线程的时候，更容易出现问题。

解决问题#

既然我们知道了它为何会出现异常，那么解决起来也就顺理成章了。那就是保证当前请求执行完成之前，最好保证Task.Run里的逻辑也要执行完成，所以我们上述的代码会变成这样

[HttpGet]
public async Task<string> GetFirst()
{
    var caseInfo = _libraryContext.Informations.Where(i => i.IsDelete == 0).FirstOrDefault();
    //这里使用了await Task方式
    await Task.Run(() => {
        try
        {
            //Task里创建了新的IServiceScope
            using var scope = _serviceProvider.CreateScope();
            //通过IServiceScope创建具体实例
            LibraryContext dbContext = scope.ServiceProvider.GetService();
            var list = dbContext!.Informations.Where(i => i.IsDelete == 0).Take(100).ToList();
        }
        catch (Exception ex)
        {
            _logger.LogError(ex.Message, ex);
        }
    });
    return caseInfo.Title;
}

试一下，发现确实能解决问题，因为等待Task完成能保证Task里的逻辑能在请求执行完成之前完成。但是，很多时候我们并不需要等待Task执行完成，因为我们就是希望它在后台线程去执行这些操作，而不需要阻塞执行。

上面我们提到了本质是解决在IServiceScope创建子Scope时遇到的问题，因为这里注入进来的IServiceProvider本身是Scope的，只在当前请求内有效，所以基于IServiceProvider去创建IServiceScope要考虑到当前IServiceProvider是否释放。那么我们就得打破这个枷锁，我们要想办法在根容器中去创建新的IServiceScope。这一点我大微软自然是考虑到了，在Microsoft.Extensions.DependencyInjection体系中提供了IServiceScopeFactory这个根容器的作用域，基于根容器创建的IServiceScope可以得到平行与当前请求作用域的独立的作用域，而不受当前请求的影响。改造上面的代码用以下形式

[Route("api/[controller]/[action]")]
[ApiController]
public class InformationController : ControllerBase
{
    private readonly LibraryContext _libraryContext;
    private readonly IServiceScopeFactory _scopeFactory;
    private readonly ILogger _logger;

    public InformationController(LibraryContext libraryContext, 
        IServiceScopeFactory scopeFactory,
        ILogger logger)
    {
        _libraryContext = libraryContext;
        _scopeFactory = scopeFactory;
        _logger = logger;
    }

    [HttpGet]
    public string GetFirst()
    {
        var caseInfo = _libraryContext.Informations.Where(i => i.IsDelete == 0).FirstOrDefault();
        //这里直接使用了Task方式
        Task.Run(() => {
            try
            {
                //Task里创建了新的IServiceScope
                using var scope = _scopeFactory.CreateScope();
                //通过IServiceScope创建具体实例
                LibraryContext dbContext = scope.ServiceProvider.GetService();
                var list = dbContext!.Informations.Where(i => i.IsDelete == 0).Take(100).ToList();
            }
            catch (Exception ex)
            {
                _logger.LogError(ex.Message, ex);
            }
        });
        return caseInfo.Title;
    }
}

如果你是调试起来的话你可以看到IServiceScopeFactory的具体实例是Microsoft.Extensions.DependencyInjection.ServiceLookup.ServiceProviderEngineScope类型的，它里面包含了一个IsRootScope属性，通过这个属性我们可以知道当前容器作用域是否是根容器作用域。当使用IServiceProvider实例的时候IsRootScope为false，当使用IServiceScopeFactory实例的时候IsRootScope为true。使用CreateScope创建IServiceScope实例的时候，注意用完了需要释放，否则可能会导致Transient和Scope类型的实例得不到释放。在之前的文章咱们曾提到过Transient和Scope类型的实例都是在当前容器作用域释放的时候释放的，这个需要注意一下。

问题探究#

上面我们了解到了在每次请求的时候使用IServiceProvider和使用IServiceScopeFactory的时候他们作用域的实例来源是不一样的。IServiceScopeFactory来自根容器，IServiceProvider则是来自当前请求的Scope。顺着这个思路我们可以看一下他们两个究竟是如何的不相同。这个问题还得从构建Controller实例的时候，注入到Controller中的实例作用域的问题。

请求中的IServiceProvider#

在之前的文章我们知道，Controller是每次请求都会创建新的实例，我们再次拿出来这段核心的代码来看一下，在DefaultControllerActivator类的Create方法中[点击查看源码👈]

internal class DefaultControllerActivator : IControllerActivator
{
    private readonly ITypeActivatorCache _typeActivatorCache;
    public DefaultControllerActivator(ITypeActivatorCache typeActivatorCache)
    {
        _typeActivatorCache = typeActivatorCache;
    }

    public object Create(ControllerContext controllerContext)
    {
        //省略一系列判断代码

        var serviceProvider = controllerContext.HttpContext.RequestServices;
        //这里传递的IServiceProvider本质就是来自HttpContext.RequestServices
        return _typeActivatorCache.CreateInstance<object>(serviceProvider, controllerTypeInfo.AsType());
    }
}

通过这个方法我们可以看到创建Controller实例时，如果存在构造依赖，本质则是通过HttpContext.RequestServices实例创建出来的，而它本身就是IServiceProvider的实例，ITypeActivatorCache实例中则存在真正创建Controller实例的逻辑，具体可以查看TypeActivatorCache类的实现[点击查看源码👈]

internal class TypeActivatorCache : ITypeActivatorCache
{
    private readonly Func _createFactory =
        (type) => ActivatorUtilities.CreateFactory(type, Type.EmptyTypes);
    private readonly ConcurrentDictionary _typeActivatorCache =
            new ConcurrentDictionary();

    public TInstance CreateInstance<TInstance>(
        IServiceProvider serviceProvider,
        Type implementationType)
    {
        //省略一系列判断代码

        var createFactory = _typeActivatorCache.GetOrAdd(implementationType, _createFactory);
        //创建Controller的时候，需要的依赖实例都是来自IServiceProvider
        return (TInstance)createFactory(serviceProvider, arguments: null);
    }
}

其实在这里我们就可以得到一个结论，我们在当前请求默认通过构造注入的IServiceProvider的实例其实就是HttpContext.RequestServices,也就是针对当前请求的作用域有效，同样的是来自当前作用域的Scope周期的对象实例也是在当前请求结束就会释放。验证这个很简单可以写个demo来演示一下

[Route("api/[controller]/[action]")]
[ApiController]
public class InformationController : ControllerBase
{
    private readonly IServiceProvider _serviceProvider;

    public InformationController(IServiceProvider serviceProvider)
    {
        _serviceProvider = serviceProvider;
    }

    [HttpGet]
    public bool[] JudgeScope([FromServices]IServiceProvider scopeProvider)
    {
        //比较构造注入的和在HttpContext获取的
        bool isEqualOne = _serviceProvider == HttpContext.RequestServices;
        //比较通过Action绑定的和在HttpContext获取的
        bool isEqualTwo = scopeProvider == HttpContext.RequestServices;
        return new[] { isEqualOne, isEqualTwo };
    }
}

毫无疑问，默认情况下isEqualOne和isEqualTwo的结构都是true，这也验证了我们上面的结论。因此在当前请求默认注入IServiceProvider实例的时候，都是来自HttpContext.RequestServices的实例。

请求中的IServiceProvider和IServiceScopeFactory#

上面我们看到了在当前请求中获取IServiceProvider实例本身就是Scope的，而且在当前请求中通过各种注入方式获取到的实例都是相同的。那么接下来我们就可以继续跟踪，本质的HttpContext.RequestServices的IServiceProvider到底来自什么地方呢？我们找到HttpContext默认的实现类DefaultHttpContext中关于RequestServices属性的定义[点击查看源码👈]

//接受
public IServiceScopeFactory ServiceScopeFactory { get; set; } = default!;
//数据来自RequestServicesFeature
private static readonly Func _newServiceProvidersFeature = context => new RequestServicesFeature(context, context.ServiceScopeFactory);
//缓存来自_newServiceProvidersFeature
private IServiceProvidersFeature ServiceProvidersFeature =>
            _features.Fetch(ref _features.Cache.ServiceProviders, this, _newServiceProvidersFeature)!;
//数据来自ServiceProvidersFeature的RequestServices
public override IServiceProvider RequestServices
{
    get { return ServiceProvidersFeature.RequestServices; }
    set { ServiceProvidersFeature.RequestServices = value; }
}

通过上面的源码我们可以看到HttpContext.RequestServices的数据最终来自RequestServicesFeature类的RequestServices属性，我们可以直接找到RequestServicesFeature类的定义[点击查看源码👈]

public class RequestServicesFeature : IServiceProvidersFeature, IDisposable, IAsyncDisposable
{
    private readonly IServiceScopeFactory? _scopeFactory;
    private IServiceProvider? _requestServices;
    private IServiceScope? _scope;
    private bool _requestServicesSet;
    private readonly HttpContext _context;

    public RequestServicesFeature(HttpContext context, IServiceScopeFactory? scopeFactory)
    {
        _context = context;
        _scopeFactory = scopeFactory;
    }

    public IServiceProvider RequestServices
    {
        get
        {
            if (!_requestServicesSet && _scopeFactory != null)
            {
                //释放掉之前没释放掉的RequestServicesFeature实例
                _context.Response.RegisterForDisposeAsync(this);
                //通过IServiceScopeFactory创建Scope
                _scope = _scopeFactory.CreateScope();
                //RequestServices来自IServiceScopeFactory的CreateScope实例
                _requestServices = _scope.ServiceProvider;
                //填充已经设置了RequestServices的标识
                _requestServicesSet = true;
            }
            return _requestServices!;
        }
        set
        {
            _requestServices = value;
            _requestServicesSet = true;
        }
    }

    //释放的真实逻辑
    public ValueTask DisposeAsync()
    {
        switch (_scope)
        {
            case IAsyncDisposable asyncDisposable:
                var vt = asyncDisposable.DisposeAsync();
                if (!vt.IsCompletedSuccessfully)
                {
                    return Awaited(this, vt);
                }
                
                vt.GetAwaiter().GetResult();
                break;
            case IDisposable disposable:
                disposable.Dispose();
                break;
        }
        //释放时重置相关属性
        _scope = null;
        _requestServices = null;

        return default;

        static async ValueTask Awaited(RequestServicesFeature servicesFeature, ValueTask vt)
        {
            await vt;
            servicesFeature._scope = null;
            servicesFeature._requestServices = null;
        }
    }
    //IDisposable的Dispose的方法，通过using可隐式调用
    public void Dispose()
    {
        DisposeAsync().AsTask().GetAwaiter().GetResult();
    }
}

通过上面的两段源码，我们得到了许多关于IServiceProvider和IServiceScopeFactory的相关信息。

• DefaultHttpContext的RequestServices值来自于RequestServicesFeature实例的RequestServices属性
• RequestServicesFeature的RequestServices属性的值通过IServiceScopeFactory通过CreateScope创建的
• 构建RequestServicesFeature的IServiceScopeFactory值来自于DefaultHttpContext的ServiceScopeFactory属性

那么接下来我们直接可以找到DefaultHttpContext的ServiceScopeFactory属性是谁给它赋的值，我们找到创建HttpContext的地方，在DefaultHttpContextFactory的Create方法里[点击查看源码👈]

public class DefaultHttpContextFactory : IHttpContextFactory
{
    private readonly IHttpContextAccessor? _httpContextAccessor;
    private readonly FormOptions _formOptions;
    private readonly IServiceScopeFactory _serviceScopeFactory;

    public DefaultHttpContextFactory(IServiceProvider serviceProvider)
    {
        _httpContextAccessor = serviceProvider.GetService();
        _formOptions = serviceProvider.GetRequiredService>().Value;
        //通过IServiceProvider的GetRequiredService直接获取IServiceScopeFactory
        _serviceScopeFactory = serviceProvider.GetRequiredService();
    }

    //创建HttpContext实例的方法
    public HttpContext Create(IFeatureCollection featureCollection)
    {
        if (featureCollection is null)
        {
            throw new ArgumentNullException(nameof(featureCollection));
        }

        var httpContext = new DefaultHttpContext(featureCollection);
        Initialize(httpContext);
        return httpContext;
    }

    private DefaultHttpContext Initialize(DefaultHttpContext httpContext)
    {
        //IHttpContextAccessor也是在这里赋的值
        if (_httpContextAccessor != null)
        {
            _httpContextAccessor.HttpContext = httpContext;
        }

        httpContext.FormOptions = _formOptions;
        //DefaultHttpContext的ServiceScopeFactory属性值来自注入的IServiceProvider
        httpContext.ServiceScopeFactory = _serviceScopeFactory;

        return httpContext;
    }
}

这里我们可以看到IServiceScopeFactory的实例来自于通过DefaultHttpContextFactory注入的IServiceProvider实例，这里获取IServiceScopeFactory的地方并没有CreateScope，所以这里的IServiceScopeFactory和IServiceProvider中的实例都是来自根容器。这个我们还可以通过注册DefaultHttpContextFactory地方看到
[点击查看源码👈]

services.TryAddSingleton();

通过这里可以看到DefaultHttpContextFactory注册的是单例模式，注册它的地方则是在IHostBuilder的ConfigureServices方法里。关于每次请求的创建流程，不是本文的重点，但是为了让大家对本文讲解的IServiceScopeFactory和IServiceProvider来源更清楚，咱们可以大致的描述一下

• GenericWebHostService类实现自IHostedService，在StartAsync方法中启动了IServer实例，默认则是启动的Kestrel。
• IServer启动的方法StartAsync中会传递HostingApplication实例，构建HostingApplication实例的时候则会依赖IHttpContextFactory实例，而IHttpContextFactory实例则是在构建GenericWebHostService服务的时候注入进来的。
• 当每次请求ASP.NET Core服务的时候会调用HostingApplication的CreateContext方法，该方法中则会创建HttpContext实例，每次请求结束后则调用该类的DisposeContext释放HttpContext实例。

说了这么多其实就是为了方便让大家得到一个关系，即在每次请求中获取的IServiceProvider实例来自HttpContext.RequestServices实例，HttpContext.RequestServices实例来自IServiceScopeFactory来自CreateScope方法创建的实例，而IServiceScopeFactory实例则是来自根容器，且DefaultHttpContextFactory的生命周期则和当前ASP.NET Core保持一致。

后续插曲#

就在解决这个问题后不久，有一次不经意间翻阅微软的官方文档，发现官方文档有提到相关的问题，而且也是结合efcore来讲的。标题是《Do not capture services injected into the controllers on background threads》翻译成中文大概就是不要在后台线程上捕获注入控制器的服务，说的正是这个问题，微软给我们的建议是

• 注入一个IServiceScopeFactory以便在后台工作项中创建一个范围。
• IServiceScopeFactory是一个单例对象。
• 在后台线程中创建一个新的依赖注入范围。
• 不引用控制器中的任何东西。
• 不从传入请求中捕获DbContext。

得到的结论和我们在本文描述的基本上是差不多的，而且微软也很贴心的给我们提供了相关示例

[HttpGet("/fire-and-forget-3")]
public IActionResult FireAndForget3([FromServices]IServiceScopeFactory serviceScopeFactory)
{
    _ = Task.Run(async () =>
    {
        await Task.Delay(1000);

        using (var scope = serviceScopeFactory.CreateScope())
        {
            var context = scope.ServiceProvider.GetRequiredService();
            context.Contoso.Add(new Contoso());
            await context.SaveChangesAsync();                                        
        }
    });

    return Accepted();
}

原来还是自己的坑自己最了解，也不得不说微软现在的文档确实挺详细的，同时也提醒我们有空还是得多翻一翻文档避免踩坑。

总结#

    本文主要是通过帮助同事解决问题而得到的灵感，觉得挺有意思的，希望能帮助更多的人了解这个问题，且能避免这个问题。我们应该深刻理解ASP.NET Core处理每次请求则都会创建一个Scope，这会影响当前请求获取的IServiceProvider实例，和通过IServiceProvider创建的生命周期为Scope的实例。如果把握不住，则可以理解为当前请求直接注入的服务，和当前服务直接注入的IServiceProvider实例。如果想获取根容器的实例则可以通过获取IServiceScopeFactory实例获取，最后请注意IServiceScope的释放问题。
    曾几何时，特别喜欢去解决遇到的问题，特别喜欢那种解决问题沉浸其中的过程。解决了问题，了解到为什么会让自己感觉很通透，也更深刻，不经意间的也扩展了自己的认知边界。这个过程得到的经验是一种通识，是一种意识。而思维和意识则是我们适应这个不断在变化时代的底层逻辑。

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