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前言

很多時候，後臺任務對我們來說是一個利器，幫我們在後面處理了成千上萬的事情。

在.NET Framework時代，我們可能比較多的就是一個專案，會有一到多個對應的Windows服務，這些Windows服務就可以當作是我們所說的後臺任務了。

我喜歡將後臺任務分為兩大類，一類是不停的跑，好比MQ的消費者,RPC的服務端。另一類是定時的跑，好比定時任務。

那麼在.NET Core時代是不是有一些不同的解決方案呢？答案是肯定的。

Generic Host就是其中一種方案，也是本文的主角。

什麼是Generic Host

Generic Host是ASP.NET Core 2.1中的新增功能，它的目的是將HTTP管道從Web Host的API中分離出來，從而啟用更多的Host方案。

這樣可以讓基於Generic Host的一些特性延用一些基礎的功能。如：如配置、依賴關係注入和日誌等。

Generic Host更傾向於通用性，換句話就是說，我們即可以在Web專案中使用，也可以在非Web專案中使用！

雖然有時候後臺任務混雜在Web專案中並不是一個太好的選擇，但也並不失是一個解決方案。尤其是在資源並不充足的時候。

比較好的做法還是讓其獨立出來，讓它的職責更加單一。

下面就先來看看如何建立後臺任務吧。

後臺任務示例

我們先來寫兩個後臺任務(一個一直跑，一個定時跑)，體驗一下這些後臺任務要怎麼上手，同樣也是我們後面要使用到的。

這兩個任務統一繼承BackgroundService

1. 一直跑的後臺任務

先上程式碼

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);
        }
    }
}
 

來看看裡面的細節。

我們的這個服務繼承了BackgroundService，就一定要實現裡面的ExecuteAsync，至於StartAsync和StopAsync等方法可以選擇性的override。

我們ExecuteAsync在裡面就是輸出了一下日誌，然後休眠在配置檔案中指定的秒數。

這個任務可以說是最簡單的例子了，其中還用到了依賴注入，如果想在任務中注入資料倉儲之類的，應該就不需要再多說了。

同樣的方式再寫一個定時的。

1. 定時跑的後臺任務

這裡藉助了Timer來完成定時跑的功能，同樣的還可以結合Quartz來完成。

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();
    }
}

和第一個後臺任務相比，沒有太大的差異。

下面我們先來看看如何用控制檯的形式來啟動這兩個任務。

控制檯形式

這裡會同時引入NLog來記錄任務跑的日誌，方便我們觀察。

Main函式的程式碼如下：

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();
        //}
    }
}

對於控制檯的方式，需要我們對HostBuilder有一定的瞭解，雖說它和WebHostBuild有相似的地方。可能大部分時候，我們是直接使用了WebHost.CreateDefaultBuilder(args)來構造的，如果對CreateDefaultBuilder裡面的內容沒有了解，那麼對上面的程式碼可能就不會太清晰。

上述程式碼的大致流程如下：

1. new一個HostBuilder物件
2. 配置日誌，主要是接入了NLog
3. Host的配置，這裡主要是引入了CommandLine，因為需要傳遞引數給程式
4. 應用的配置，指定了配置檔案，和引入CommandLine
5. Service的配置，這個就和我們在Startup裡面寫的差不多了，最主要的是我們的後臺服務要在這裡注入
6. 啟動

其中，

2-5的順序可以按個人習慣來寫，裡面的內容也和我們寫Startup大同小異。

第6步，啟動的時候，有多種方式，這裡列出了兩種行為等價的方式。

a. 通過RunConsoleAsync的方式來啟動

b. 先StartAsync然後再WaitForShutdownAsync

RunConsoleAsync的奧祕，我覺得還是直接看下面的程式碼比較容易懂。

/// <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);
}

這裡涉及到了一個比較重要的IHostLifetime，Host的生命週期，ConsoleLifeTime是預設的一個，可以理解成當接收到ctrl+c這樣的指令時，它就會觸發停止。

接下來，寫一下nlog的配置檔案

<?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>

這個時候已經可以通過命令啟動我們的應用了。

dotnet run -- --environment Staging

這裡指定了執行環境為Staging，而不是預設的Production。

在構造HostBuilder的時候，可以通過UseEnvironment或ConfigureHostConfiguration直接指定執行環境，但是個人更加傾向於在啟動命令中去指定，避免一些不可控因素。

這個時候大致效果如下：

雖然效果已經出來了，不過大家可能會覺得這個有點小打小鬧，下面來個略微複雜一點的後臺任務，用來監聽並消費RabbitMQ的訊息。

消費MQ訊息的後臺任務

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();
    }
}

程式碼細節就不需要多說了，下面就啟動MQ傳送程式來模擬訊息的傳送

同時看我們任務的日誌輸出

由啟動到停止，效果都是符合我們預期的。

下面再來看看Web形式的後臺任務是怎麼處理的。

Web形式

這種模式下的後臺任務，其實就是十分簡單的了。

我們只要在Startup的ConfigureServices方法裡面註冊我們的幾個後臺任務就可以了。

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

啟動Web站點後，我們發了20條MQ訊息，再訪問了一下Web站點的首頁，最後是停止站點。

下面是日誌結果，都是符合我們的預期。

可能大家會比較好奇，這三個後臺任務是怎麼混合在Web專案裡面啟動的。

答案就在下面的兩個連結裡。

上面說了那麼多，都是在本地直接執行的，可能大家會比較關注這個要怎樣部署，下面我們就不看看怎麼部署。

部署

部署的話，針對不同的情形(web和非web)都有不同的選擇。

正常來說，如果本身就是web程式，那麼平時我們怎麼部署的，就和平時那樣部署即可。

花點時間講講部署非web的情形。

其實這裡的部署等價於讓程式在後臺執行。

在Linux下面讓程式在後臺執行方式有好多好多，Supervisor、Screen、pm2、systemctl等。

這裡主要介紹一下systemctl，同時用上面的例子來進行部署，由於個人伺服器沒有MQ環境，所以沒有啟用消費MQ的後臺任務。

先建立一個 service 檔案

vim /etc/systemd/system/ghostdemo.service

內容如下：

[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，各項配置的含義可以自行查詢，這裡不作說明。

然後可以通過下面的命令來啟動和停止這個服務

service ghostdemo start
service ghostdemo stop 

測試無誤之後，就可以設為自啟動了。

systemctl enable ghostdemo.service

下面來看看執行的效果

我們先啟動服務，然後去檢視實時日誌，可以看到應用的日誌不停的輸出。

當我們停了服務，再看實時日誌，就會發現我們的兩個後臺任務已經停止了，也沒有日誌再進來了。

再去看看服務系統日誌

sudo journalctl -fu ghostdemo.service

發現它確實也是停了。

在這裡，我們還可以看到服務的當前環境和根路徑。

IHostedService和BackgroundService的區別

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

這兩者有什麼區別呢？

可以這樣簡單的理解，IHostedService是原料，BackgroundService是一個用原料加工過一部分的半成品。

這兩個都是不能直接當成成品來用的，都需要進行加工才能做成一個可用的成品。

同時也意味著，如果使用IHostedService可能會需要做比較多的控制。

基於前面的列印後臺任務，在這裡使用IHostedService來實現。

如果我們只是純綷的把實現程式碼放到StartAsync方法中，那麼可能就會有驚喜了。

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;
    }
}  

執行之後，想用ctrl+c來停止，發現還是一直在跑。

ps一看，這個程序還在，kill掉之後才不會繼續輸出。。

問題出在那裡呢？原因其實還是比較明顯的，因為這個任務還沒有啟動成功，一直處於啟動中的狀態！

換句話說，StartAsync方法還沒有執行完。這個問題一定要小心再小心。

要怎麼處理這個問題呢？解決方法也比較簡單，可以通過引用一個變數來記錄要執行的任務，將其從StartAsync方法中解放出來。

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.");
    }
}

這樣就能讓這個任務真正的啟動成功了！效果就不放圖了。

相對來說，BackgroundService用起來會比較簡單，實現核心的ExecuteAsync這個抽象方法就差不多了，出錯的概率也會比較低。

IHostBuilder的擴充套件寫法

在註冊服務的時候，我們還可以通過編寫IHostBuilder的擴充套件方法來完成。

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>());
    }
}

使用的時候就可以像下面一樣。

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>()
        ;

總結

Generic Host讓我們可以用熟悉的方式來處理後臺任務，不得不說這是一個很