.NET 开发中全局数据存储的几种方式

百锦再2025-06-20 9:48

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在 .NET 应用程序开发中，全局数据存储是共享和访问应用程序范围内数据的常见需求。以下是几种主要的全局数据存储方式及其适用场景、实现方法和优缺点分析。

一、静态类与静态成员

实现方式

csharp 复制代码 
public static class GlobalData
{
    public static string ApplicationName { get; set; } = "MyApp";
    public static int MaxConnections { get; } = 100;
    
    private static readonly ConcurrentDictionary<string, object> _cache 
        = new ConcurrentDictionary<string, object>();
    
    public static void SetCache(string key, object value)
    {
        _cache[key] = value;
    }
    
    public static T GetCache<T>(string key)
    {
        return _cache.TryGetValue(key, out var value) ? (T)value : default;
    }
}

特点

  • 生命周期：应用程序域生命周期
  • 线程安全 ：需要手动实现（如使用 ConcurrentDictionary）
  • 适用场景：小型应用、工具类、全局配置

优缺点

  • ✅ 简单易用
  • ✅ 访问速度快
  • ❌ 缺乏持久化
  • ❌ 测试困难（静态依赖）

二、应用程序配置系统

1. appsettings.json (ASP.NET Core)

json 复制代码 
{
  "AppConfig": {
    "Theme": "Dark",
    "Timeout": 30
  }
}

使用方式

csharp 复制代码 
// 在Startup中配置
services.Configure<AppConfig>(Configuration.GetSection("AppConfig"));

// 注入使用
public class MyService
{
    private readonly AppConfig _config;
    
    public MyService(IOptions<AppConfig> config)
    {
        _config = config.Value;
    }
}

2. 用户设置 (WinForms/WPF)

csharp 复制代码 
// 保存设置
Properties.Settings.Default.Theme = "Dark";
Properties.Settings.Default.Save();

// 读取设置
var theme = Properties.Settings.Default.Theme;

特点

  • 生命周期：持久化到配置文件
  • 线程安全：内置线程安全
  • 适用场景：应用程序配置、用户偏好设置

三、依赖注入容器

ASP.NET Core 示例

csharp 复制代码 
// 注册服务
services.AddSingleton<IGlobalCache, MemoryCache>();
services.AddScoped<IUserSession, UserSession>();

// 使用
public class MyController : Controller
{
    private readonly IGlobalCache _cache;
    
    public MyController(IGlobalCache cache)
    {
        _cache = cache;
    }
}

特点

  • 生命周期 ：
    • Singleton: 应用程序生命周期
    • Scoped: 请求生命周期
    • Transient: 每次请求新实例
  • 线程安全：取决于实现
  • 适用场景：ASP.NET Core 应用、服务共享

四、内存缓存 (IMemoryCache)

实现方式

csharp 复制代码 
// 注册
services.AddMemoryCache();

// 使用
public class DataService
{
    private readonly IMemoryCache _cache;
    
    public DataService(IMemoryCache cache)
    {
        _cache = cache;
    }
    
    public string GetCachedData(string key)
    {
        return _cache.GetOrCreate(key, entry => 
        {
            entry.AbsoluteExpirationRelativeToNow = TimeSpan.FromMinutes(30);
            return ExpensiveDatabaseCall();
        });
    }
}

特点

  • 生命周期：应用程序重启后丢失
  • 线程安全：内置线程安全
  • 适用场景：频繁访问的临时数据

五、分布式缓存 (IDistributedCache)

实现方式

csharp 复制代码 
// 使用Redis
services.AddStackExchangeRedisCache(options =>
{
    options.Configuration = "localhost:6379";
});

// 使用
public async Task<byte[]> GetCachedDataAsync(string key)
{
    return await _distributedCache.GetAsync(key);
}

特点

  • 生命周期：持久化到外部存储
  • 线程安全：内置线程安全
  • 适用场景：分布式应用、多实例共享数据

六、HttpContext.Items (ASP.NET Core)

实现方式

csharp 复制代码 
// 中间件中设置
app.Use(async (context, next) =>
{
    context.Items["RequestStartTime"] = DateTime.UtcNow;
    await next();
});

// 控制器中访问
var startTime = HttpContext.Items["RequestStartTime"] as DateTime?;

特点

  • 生命周期：单个HTTP请求期间
  • 线程安全：每个请求独立
  • 适用场景：请求级数据共享

七、环境变量

访问方式

csharp 复制代码 
var envVar = Environment.GetEnvironmentVariable("ASPNETCORE_ENVIRONMENT");

特点

  • 生命周期：进程生命周期或系统级
  • 线程安全：只读操作安全
  • 适用场景：部署配置、环境特定设置

八、数据库存储

实现方式

csharp 复制代码 
// 使用EF Core
public class AppDbContext : DbContext
{
    public DbSet<GlobalSetting> GlobalSettings { get; set; }
}

// 使用
var setting = await _dbContext.GlobalSettings
    .FirstOrDefaultAsync(s => s.Key == "MaintenanceMode");

特点

  • 生命周期：持久化
  • 线程安全：取决于数据库访问层
  • 适用场景：需要持久化的全局配置

九、选择指南

存储方式 生命周期 持久化 分布式支持 典型使用场景
静态成员 应用程序域 否 否 全局常量、简单缓存
应用程序配置 持久化 是 部分 应用设置、用户偏好
依赖注入容器 取决于注册类型 否 否 服务共享、全局服务
内存缓存 应用程序 否 否 频繁访问的临时数据
分布式缓存 持久化 是 是 多实例共享数据
HttpContext.Items 请求期间 否 否 请求级数据传递
环境变量 进程/系统 是 是 部署配置、环境特定设置
数据库存储 持久化 是 是 需要持久化的全局配置

十、最佳实践建议

  1. 按需选择：根据数据特性（大小、访问频率、生命周期）选择合适方式
  2. 分层设计 ：
    • 高频小数据：内存缓存
    • 配置数据：appsettings.json
    • 用户数据：数据库
  3. 线程安全 ：
    • 多线程访问时使用线程安全集合（如 ConcurrentDictionary）
    • 考虑使用 Immutable 集合避免意外修改
  4. 性能考虑 ：
    • 大数据集避免使用静态变量
    • 考虑使用缓存过期策略
  5. 测试友好 ：
    • 避免过度使用静态类
    • 优先使用依赖注入
  6. 分布式场景 ：
    • 多服务器环境使用分布式缓存
    • 考虑使用消息队列同步状态

十一、高级模式示例

混合缓存策略

csharp 复制代码 
public class HybridCache
{
    private readonly IMemoryCache _memoryCache;
    private readonly IDistributedCache _distributedCache;
    
    public HybridCache(IMemoryCache memoryCache, IDistributedCache distributedCache)
    {
        _memoryCache = memoryCache;
        _distributedCache = distributedCache;
    }
    
    public async Task<T> GetOrCreateAsync<T>(string key, Func<Task<T>> factory, TimeSpan expiration)
    {
        if (_memoryCache.TryGetValue(key, out T memoryValue))
        {
            return memoryValue;
        }
        
        var distributedValue = await _distributedCache.GetStringAsync(key);
        if (distributedValue != null)
        {
            var value = JsonSerializer.Deserialize<T>(distributedValue);
            _memoryCache.Set(key, value, expiration);
            return value;
        }
        
        var newValue = await factory();
        _memoryCache.Set(key, newValue, expiration);
        await _distributedCache.SetStringAsync(key, 
            JsonSerializer.Serialize(newValue), 
            new DistributedCacheEntryOptions { AbsoluteExpirationRelativeToNow = expiration });
        
        return newValue;
    }
}

配置热重载

csharp 复制代码 
// Program.cs
builder.Services.Configure<AppConfig>(builder.Configuration.GetSection("AppConfig"));
builder.Services.AddSingleton<IOptionsMonitor<AppConfig>>(provider => 
    provider.GetRequiredService<IOptionsMonitor<AppConfig>>());

// 使用
public class ConfigService
{
    private readonly AppConfig _config;
    
    public ConfigService(IOptionsMonitor<AppConfig> configMonitor)
    {
        _config = configMonitor.CurrentValue;
        configMonitor.OnChange(newConfig => 
        {
            _config = newConfig;
        });
    }
}

通过合理选择和组合这些全局数据存储方式，可以构建出既高效又易于维护的 .NET 应用程序架构。

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