[ASP.NET Core 3框架揭秘] 异步线程无法使用IServiceProvider？

标题反映的是上周五一个同事咨询我的问题，我觉得这是一个很好的问题。这个问题有助于我们深入理解依赖注入框架在ASP.NET Core中的应用，以及服务实例的生命周期。

一、问题重现

我们通过一个简单的实例来模拟该同事遇到的问题。我们采用极简的方式创建了如下这个ASP.NET Core MVC应用。如下面的代码片段所示，除了注册与ASP.NET Core MVC框架相关的服务与中间件之外，我们还调用了IHostBuilder的UseDefaultServiceProvider方法将配置选项ServiceProviderOptions的ValidateScopes属性设置为True，以开启针对服务范围的验证。我们还采用Scoped生命周期模式注册了服务IFoobar，具体的实现类型Foobar还实现了IDisposable接口。

public class Program
{
    public static void Main()
    {
        Host
            .CreateDefaultBuilder()
            .UseDefaultServiceProvider(options => options.ValidateScopes = true)
            .ConfigureWebHostDefaults(builder => builder
                .ConfigureLogging(logging => logging.ClearProviders())
                .ConfigureServices(services => services
                    .AddScoped<IFoobar, Foobar>()
                    .AddRouting()
                    .AddControllers())
                .Configure(app => app
                    .UseRouting()
                    .UseEndpoints(endpoints => endpoints.MapControllers())))
            .Build()
            .Run();
    }
}

public interface IFoobar { }
public class Foobar : IFoobar, IDisposable
{
    public void Dispose() => Console.WriteLine("Foobar.Dispose();");
}

我们创建了如下这个HomeController，它的构造函数中注入了一个IServiceProvider对象。在Action方法Index中，我们调用Task的静态方法Run异步执行了一些操作。具体来说，在异步执行的操作中，我们利用调用上面注入的这个IServiceProvider对象的GetRequiredService<T>方法试图获取一个IFoobar服务实例。由于这段操作时在一个Try/Catch中执行的，抛出的异常消息的堆栈信息会直接输出到控制台上。

public class HomeController: Controller
{
    private readonly IServiceProvider _requestServices;
    public HomeController(IServiceProvider requestServices)
    {
        _requestServices = requestServices;
    }
    [HttpGet("/")]
    public IActionResult Index()
    {
        Task.Run(async() => {
            try
            {
                await Task.Delay(100);
                var foobar = _requestServices.GetRequiredService<IFoobar>();
            }
            catch (Exception ex)
            {
                Console.WriteLine(ex.Message);
                Console.WriteLine(ex.StackTrace);
            }
        });
        return Ok();
    }
}

在运行该应用程序后，我们利用浏览器采用根路径（“/”）对Action方法Index发起访问后，服务端控制台上会出现如下所示的错误信息。

二、ApplicationServices与RequestServices

从上图所示的错误消息可以看出，问题出在我们试图利用一个被Dispose的IServiceProvider来获取我们所需的服务实例。我们知道，ASP.NET Core应用在启动和请求处理过程中所需的服务几乎都是由代表DI容器的IServiceProvider提供的。具体来说，这里存在着两种类型的IServiceProvider对象，一种与当前应用的生命周期保持一致，我们一般将其称为ApplicationServices，另一种则是具体针对每个请求的IServiceProvider对象，我们将其称为RequestServices。

一般来说，ApplicationServices用于提供管道构建过程中所需的服务实例，具体请求处理过程中所需的服务实例一般由RequestServices提供。具体来说，对于接收的每一个请求，ASP.NET Core框架都会利用ApplicationServices创建一个代表服务范围的IServiceScope对象，后者就是对RequestServices的封装。在完成了针对请求的处理之后，服务范围被终结，RequestServices被Dispose。

对于我们演示的实例来说，注入到HomeController构造函数中的IServiceProvider是RequestServices，由于针对RequestServices的使用是在另一个后台线程中执行的，并且在使用的时候针对当前请求的处理已经结束（因为我们人为等待了100毫秒），自然就会出现上图所示的异常。

三、如何获取ApplicationServices

既然与请求绑定的RequestServices不能用，我们只能使用与应用绑定的ApplicationServices，那么后者如何得到呢？ASP.NET Core 3采用了基于IHost/IHostBuilder的承载方式，表示宿主的IHost接口具有如下所示的Services属性，它返回的正式我们所需的ApplicationServices。

public interface IHost : IDisposable
{
    Task StartAsync(CancellationToken cancellationToken = new CancellationToken());
    Task StopAsync(CancellationToken cancellationToken = new CancellationToken());

    IServiceProvider Services { get; }
}

对于我们演示的程序来说，我们可以采用如下的方式在HomeController的构造中注入IHost服务的方式间接地获得这个ApplicationServices对象。

public class HomeController: Controller
{
    private readonly IServiceProvider _applicationServices;
    public HomeController(IHost  host)
    {
        _applicationServices = host.Services;
    }
    [HttpGet("/")]
    public IActionResult Index()
    {
        Task.Run(async() => {
            try
            {
                await Task.Delay(100);
                var foobar = _applicationServices.GetRequiredService<IFoobar>();
            }
            catch (Exception ex)
            {
                Console.WriteLine(ex.Message);
                Console.WriteLine(ex.StackTrace);
            }
        });
        return Ok();
    }
}

当我们采用如上的方式将RequestServices替换成ApplicationServices之后，我们的问题是否就解决了呢？在采用上面相同的方式进行测试之后，我们会发现服务端控制台上出现了如下所示的错误消息。

四、服务实例的生命周期

上面的问题是由我们试图利用一个代表“根容器”的IServiceProvider对象去解析一个生命周期模式为Scoped服务实例导致，具体的原因在《依赖注入[8]：服务实例的生命周期》已经讲得很清楚了。为了解决这个问题，我们应该根据ApplicationServices创建一个“服务范围”，并在该服务范围内提取我们所需的服务实例。为了确保服务实例能够被正常回收，我们还应该将代表服务范围的IServiceScope对象及时终结掉。如下所示的是正确的编程方式。

public class HomeController: Controller
{
    private readonly IServiceProvider _applicationServices;
    public HomeController(IHost  host)
    {
        _applicationServices = host.Services;
    }
    [HttpGet("/")]
    public IActionResult Index()
    {
        Task.Run(async() => {
            await Task.Delay(100);
            using (var scope = _applicationServices.CreateScope())
            {
                var foobar = scope.ServiceProvider.GetRequiredService<IFoobar>();
            }
        });
        return Ok();
    }
}