ASP.NET Core 源码阅读笔记(2) ---Microsoft.Extensions.DependencyInjection生命周期管理

在上一篇文章中我们主要分析了ASP.NET Core默认依赖注入容器的存储和解析，这一篇文章主要补充一下上一篇文章忽略的一些细节：有关服务回收的问题，即服务的生命周期问题。有关源码可以去GitHub上找到。

这次的主角就是ServiceProvider一人，所有有关生命周期的源码几乎都集中在ServiceProvider.cs这个文件中。

我们知道服务的生命周期由三种，分别是：

Transient

Scoped

Singleton

首先给出我的结论：这三种生命周期类别本质上没有区别，服务的生命周期都是由提供服务的容器，即ServiceProvider的生命周期决定的，一个ServiceProvider被回收之后，所有由它产生的Service也随之被回收。由此看来，一个ServiceProvider起了一个ServiceScoped的作用，其实就是这样，ServiceScope本质上就是一个ServiceProvider。

internal class ServiceScope : IServiceScope
{
//仅有一个只读的ServiceProvider字段
private readonly ServiceProvider _scopedProvider;

public ServiceScope(ServiceProvider scopedProvider)
{
_scopedProvider = scopedProvider;
}

public IServiceProvider ServiceProvider
{
get { return _scopedProvider; }
}

public void Dispose()
{
_scopedProvider.Dispose();
}
}

所以其实也没ServiceScope什么事情，每一个范围都是由ServiceProvider控制的。这么一来，Singleton服务和Scoped服务就是一样的，因为每一个程序都有一个最初的ServiceProvider，我们可以叫它root，或者叫它爸爸，其他的所有ServiceProvider都是由root（爸爸）创建的，自然爸爸的范围最大，所以被爸爸创建的Scoped服务就是所谓的Singleton，因为没有比root（爸爸）范围更大的ServiceProvider了。假如root都被回收了，那么整个程序就该结束了。

public ServiceProvider(IEnumerable<ServiceDescriptor> serviceDescriptors)
{
_root = this;
_table = new ServiceTable(serviceDescriptors);

_table.Add(typeof(IServiceProvider), new ServiceProviderService());
_table.Add(typeof(IServiceScopeFactory), new ServiceScopeService());
_table.Add(typeof(IEnumerable<>), new OpenIEnumerableService(_table));
}

// This constructor is called exclusively to create a child scope from the parent
internal ServiceProvider(ServiceProvider parent)
{
//注意下面这句代码
_root = parent._root;
_table = parent._table;
17         }

上面贴出来的是ServiceProvider的两个构造函数，注意第二个构造函数：_root字段引用的是爸爸的根，而不是爸爸。假如ServiceProviderA(SPA)创建了SPB，而SPB创建了SPC，那么SPC的_root字段引用的也是SPA。也就是说，所有ServiceProvider之间不是层状结构，不是我们熟悉的树结构，而是一种星型结构，应用程序的第一个ServiceProvider在最中间，其他所有的ServiceProvider的_root字段都是引用了第一个ServiceProvider，除了第一个ServiceProvider，其他的ServiceProvider都是平等的。假如SPC要创建一个Singleton类型的服务，那么直接让_root（也就是SPA）创建即可。

既然Singleton就是Scoped，那我们就把重点放在Scoped和Transient上。下面是ServiceProvider中有关Scoped和Transient的源码。

internal class ServiceProvider : IServiceProvider, IDisposable
{
private readonly ServiceProvider _root;
private readonly ServiceTable _table;
private bool _disposeCalled;

//Scoped模式的服务的映射，用于释放服务实例
private readonly Dictionary<IService, object> _resolvedServices = new Dictionary<IService, object>();
//一次性服务的Dispose列表
private List<IDisposable> _transientDisposables;

internal IServiceCallSite GetResolveCallSite(IService service, ISet<Type> callSiteChain)
{
IServiceCallSite serviceCallSite = service.CreateCallSite(this, callSiteChain);
if (service.Lifetime == ServiceLifetime.Transient)
{
return new TransientCallSite(serviceCallSite);
}
else if (service.Lifetime == ServiceLifetime.Scoped)
{
return new ScopedCallSite(service, serviceCallSite);
}
else
{
return new SingletonCallSite(service, serviceCallSite);
}
}

private class TransientCallSite : IServiceCallSite
{
private readonly IServiceCallSite _service;
//Involve方法是关键
public object Invoke(ServiceProvider provider)
{
//触发并放入ServiceProvider的一次性服务释放列表
return provider.CaptureDisposable(_service.Invoke(provider));
}
//省略Build方法
}
private class ScopedCallSite : IServiceCallSite
{
private readonly IService _key;
private readonly IServiceCallSite _serviceCallSite;
//Invoke方法是关键，省略了其他无关的方法
public virtual object Invoke(ServiceProvider provider)
{
object resolved;
//放入ServiceProvider的Scoped服务解析列表
lock (provider._resolvedServices)
{
//如果ResolvedService列表中已经缓存了，就不用再创建
if (!provider._resolvedServices.TryGetValue(_key, out resolved))
{
resolved = _serviceCallSite.Invoke(provider);
provider._resolvedServices.Add(_key, resolved);
}
}
return resolved;
}
}

从ServiceProvider的GetResolvedCallSite方法可以看出，当我们要解析一项服务时，先根据服务的生存周期生成不同的CallSite，不同CallSite的Invoke方法决定了ServiceProvider怎么管理这些服务。

首先看TransientCallSite.Invoke()。里面调用了ServiceProvider的私有方法：CaptureDisposable()，这个方法是捕捉实现了IDisposable接口的服务，如果实现了接口，就将其放入ServiceProvider的_transientDisposables字段中。这个字段顾名思义，是为了释放释放Transient类型的服务而存在的。那如果某个服务没有实现IDisposable接口，那么当服务结束之后ServiceProvider不会保持对它的引用，由于没有变量对它有引用，自然会被GC回收。

再看ScopedCallSite.Invoke()。首先是在ServiceProvider的_resolvedServices字段中查找相应的服务，如果能找到，说明之前创建过，就无须再创建了。如果还没创建，就将其放入_resolvedServices字段缓存，以备不时之需。貌似Scoped类型服务没有像Transient服务那样有专门的字段管理Dispose，因为这不需要，_resolvedServices字段既可以作为缓存使用，又可以供Dispose使用。

看一下ServiceProvider的Dispose方法：

public void Dispose()
{
lock (SyncObject)
{
if (_disposeCalled)
{
return;
}

_disposeCalled = true;

if (_transientDisposables != null)
{
foreach (var disposable in _transientDisposables)
{
disposable.Dispose();
}

_transientDisposables.Clear();
}
foreach (var entry in _resolvedServices)
{
(entry.Value as IDisposable)?.Dispose();
}

_resolvedServices.Clear();
}
}

从上面的方法中可以看出，ServiceProvider对待_resolvedServices和_transientDisposables是一样的，并不会特意将Transient的服务频繁释放几次。Transient服务和Scoped服务唯一的区别就在于Transient服务在实例化之前不会去缓存字段中查找是否已经有缓存了，如果有需要，ServiceProvider就会帮你实例化一个。所有ServiceProvider创建的服务（无论是Transient还是Scoped）都只会在ServiceProvider释放的时候才会释放。这会带来一个问题：如果一个ServiceProvider长时间不Dispose，那么如果它要解析Transient类型的服务，会占用大量的内存甚至造成内存泄漏，实例越多，对GC也有影响。由此可以想象，ASP.NET Core的第一个ServiceProvider（也就是root）是不会去解析实现了IDisposable接口的Transient服务的(会被root引用)。它可以创建ServiceScope，由它们的ServiceProvider去解析服务。

为了避免大量的无用的服务留在内存中，我们要释放无用的服务，比如在RenderView的时候，有关Route的服务肯定已经没用了，为此可以创建不同的ServiceScope。使用using语句可以正确的释放无用的服务。

void DoSthAboutRoute()
{
using (IServiceScope serviceScope = serviceProvider.GetService<IServiceScopeFactory>().CreateScope())
{
IService routeService = serviceScope.ServiceProvider.GetService<IRouteService>();
//....
}
}

using 语句在结束时会自动调用serviceScope.ServiceProvider.Dispose()方法，所以所有由该ServiceProvider创建的服务都会被及时的释放掉，此时变量serviceScope已经超出了它的作用域，它会被GC标记为垃圾对象。

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总结一下：

ServiceProvider负责回收服务，其中_transientDisposables字段负责transient服务，_resolvedServices字段记录Scoped服务，用于缓存和释放。

Singleton服务就是Scoped服务，只不过是应用程序的第一个ServiceProvider(root)的Scoped服务。每一个在应用程序中出现的ServiceProvider都会保持对root的引用，要解析Singleton服务时，直接交给root处理。

ServiceProvider的Dispose方法对transientDisposables和_resolvedServices一视同仁，所以除了transient服务不会在实例化之前查询是否有缓存之外，其他的都和Scoped服务没区别。

服务的回收主要和服务的创建者ServiceProvider的回收相关（依赖于它的Dispose方法），为了避免内存泄漏，可以使用using 语法及时释放服务。

这一点在正文中没有提到。Dispose()不是Finalize()，就算你显式地调用某个服务的Dispose方法，它的内存也不会释放掉，因为ServiceProvider还保持这对它的引用。CLR runtime规定只有当某个对象不可达时，才会标记为垃圾对象，才会被GC回收。