.NET CallContext在多线程上下文环境进行数据传递
.NetCore Csharp 小笨蛋 发布于：2021年06月26日 更新于：2021年06月26日 151

最近在分析现在团队的项目代码（基于.NET Framework 4.5），经常发现一个CallContext的调用，记得多年前的时候用到了它，但是印象已经不深刻了，于是现在来复习一下。

CallContext是个啥？

如果说，一个对象保证全局唯一，大家肯定会想到一个经典的设计模式：单例模式。但是，如果要使用的对象必须是线程内唯一的呢？

在.NET Framework中，Microsoft给我们设计了一个CallContext类。

  • 命名空间：System.Runtime.Remoting.Messaging
  • 类型完全限定名称：System.Runtime.Remoting.Messaging.CallContext

CallContext类似于方法调用的线程本地存储区的专用集合对象，并提供对每个逻辑执行线程都唯一的数据槽。数据槽不在其他逻辑线程上的调用上下文之间共享。当 CallContext 沿执行代码路径往返传播并且由该路径中的各个对象检查时，可将对象添加到其中。

简而言之，CallContext提供线程（多线程/单线程）代码执行路径中数据传递的能力。

方法 描述 线程安全
SetData 存储给定的对象并将其与指定名称关联。 否
GetData 从System.Runtime.Remoting.Messaging.CallContext中检索具有指定名称的对象 否
LogicalSetData 将给定的对象存储在逻辑调用上下文，并将其与指定名称关联。 是
LogicalGetData 从逻辑调用上下文中检索具有指定名称的对象。 是
FreeNamedDataSlot 清空具有指定名称的数据槽。 是
HostContext 获取或设置与当前线程相关联的主机上下文。在Web环境下等于System.Web.HttpContext.Current -

探究CallContext方法

上面介绍了CallContext提供的核心方法，下面我们就来通过实践来理解一下。

准备工作

这里准备一个User类作为数据传递对象：

  1. public class User
  2. {
  3. 　　public string Id { get; set; }
  5. 　　public string Name { get; set; }
  6. }

测试1：GetData、SetData 与 FreeNamedDataSlot
测试代码很简单，就是在主线程 和 子线程之中分别传递User对象实例，看看最后的效果。

  1. public void TestGetSetData()
  2. {
  3.     // 主线程执行
  4.     Console.WriteLine($"Current ThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
  5.     var user = new User()
  6.     {
  7.         Id = DateTime.Now.ToString(),
  8.         Name = "代码片段CodeSnippet.cn"
  9.     };
  10.     CallContext.SetData("key", user);
  11.     var value1 = CallContext.GetData("key");
  12.     Console.WriteLine(user == value1);
  14.     // 异步线程执行
  15.     Task.Run(() =>
  16.     {
  17.         Console.WriteLine($"Current ThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
  18.         var value2 = CallContext.GetData("key");
  19.         Console.WriteLine(value2 == null ?
  20.             "NULL" : (value2 == value1).ToString());
  21.     });
  23.     // 主线程执行
  24.     Console.WriteLine($"Current ThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
  25.     value1 = CallContext.GetData("key");
  26.     Console.WriteLine(value1 == user);
  28.     // 清理数据槽
  29.     CallContext.FreeNamedDataSlot("key");
  30.     var value3 = CallContext.GetData("key");
  31.     Console.WriteLine(value3 == null ?
  32.             "NULL" : (value3 == value1).ToString());
  33. }

上面示例代码的运行结果如下图所示：

  1. //主线程
  2. Current ThreadId=1
  3. True
  4. Current ThreadId=1
  5. True
  6. NULL
  8. //子线程
  9. Current ThreadId=3
  10. NULL

根据上面所示的结果，基本可以得出以下两个结论：

  1. GetData、SetData方法只能用于单线程环境，如果发生了线程切换，存储的数据也会随之丢失。
  2. GetData 和 SetData 可以用于同一线程中的不同地方，传递数据。

可以知道，要在多线程环境下使用，我们需要用到另外两个方法：LogicalSetData 与 LogicalGetData。

测试2：LogicalGetData、LogicalSetData 与 FreeNamedDataSlot

  1. public void TestLogicalGetSetData()
  2. {
  3.     // 主线程执行
  4.     Console.WriteLine($"Current ThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
  5.     var user = new User()
  6.     {
  7.         Id = DateTime.Now.ToString(),
  8.         Name = "代码片段CodeSnippet.cn"
  9.     };
  10.     CallContext.LogicalSetData("key", user);
  11.     var value1 = CallContext.LogicalGetData("key");
  12.     Console.WriteLine(user == value1);
  14.     // 异步线程执行
  15.     Task.Run(() =>
  16.     {
  17.         Console.WriteLine($"Current ThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
  18.         var value2 = CallContext.LogicalGetData("key");
  19.         Console.WriteLine(value2 == null ?
  20.             "NULL" : (value2 == value1).ToString());
  22.         Thread.Sleep(1000);
  24.         value2 = CallContext.LogicalGetData("key");
  25.         Console.WriteLine(value2 == null ?
  26.             "NULL" : (value2 == value1).ToString());
  27.     });
  29.     // 主线程执行
  30.     Console.WriteLine($"Current ThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
  31.     // 清理数据槽
  32.     CallContext.FreeNamedDataSlot("key");
  33.     var value3 = CallContext.LogicalGetData("key");
  34.     Console.WriteLine(value3 == null ?
  35.             "NULL" : (value3 == value1).ToString());
  36. }

这段示例代码的运行结果如下面所示：

  1. Current ThreadId=1
  2. True
  3. Current ThreadId=1
  4. NULL
  6. //不影响
  7. Current ThreadId=3
  8. True
  9. True

根据上面所示的结果，基本可以得出以下三个结论：

  1. FreeNamedDataSlot只能清除当前线程的数据槽，不能清除子线程的数据槽；
  2. LogicalSetData、LogicalGetData可用于在多线程环境下传递数据；
  3. FreeNamedDataSlot清除当前线程的数据槽后，之前已经运行的子任务，不受影响；

测试3：LogicalGetData后修改传递的数据
在多线程环境下传递共享对象数据，如果某个线程通过LogicalGetData后对其进行了修改又重新LogicalSetData会怎样？

  1. public static void TestLogicalGetSetDataV2()
  2. {
  3.     // 主线程执行 CodeSnippet.cn
  4.     Console.WriteLine($"Current ThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
  5.     var user = new User()
  6.     {
  7.         Id = DateTime.Now.ToString(),
  8.         Name = "代码片段CodeSnippet.cn"
  9.     };
  10.     CallContext.LogicalSetData("key", user);
  11.     var value1 = CallContext.LogicalGetData("key");
  12.     Console.WriteLine(user == value1);
  14.     // 异步线程同步执行：加了.Wait()
  15.     Task.Run(() =>
  16.     {
  17.         Console.WriteLine($"Current ThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
  18.         var value2 = CallContext.LogicalGetData("key");
  19.         Console.WriteLine(value2 == null ?
  20.             "NULL" : (value2 == value1).ToString());
  22.         CallContext.FreeNamedDataSlot("key");
  24.         value2 = CallContext.LogicalGetData("key");
  25.         Console.WriteLine(value2 == null ?
  26.             "NULL" : (value2 == value1).ToString());
  27.     }).Wait();
  29.     // 异步线程同步执行：加了.Wait()
  30.     Task.Run(() =>
  31.     {
  32.         Console.WriteLine($"Current ThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
  33.         var value2 = CallContext.LogicalGetData("key") as User;
  34.         Console.WriteLine(value2 == null ?
  35.             "NULL" : (value2 == value1).ToString());
  37.         value2.Name = "片段";
  39.         CallContext.LogicalSetData("key", new User() { Id = DateTime.Now.ToString(), Name = "代码" }); // 只影响当前线程
  40.         value2 = CallContext.LogicalGetData("key") as User;
  41.         Console.WriteLine(value2 == null ?
  42.             "NULL" : (value2 == value1).ToString());
  43.         Console.WriteLine($"User.Name={value2.Name}");
  44.     }).Wait();
  46.     // 主线程执行
  47.     Console.WriteLine($"Current ThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
  48.     var value3 = CallContext.LogicalGetData("key") as User;
  49.     Console.WriteLine(value3 == null ?
  50.             "NULL" : (value3 == value1).ToString());
  51.     Console.WriteLine($"User.Name={value3.Name}");
  52. }

上面示例代码的运行结果如下面所示：

  1. Current ThreadId=1
  2. True
  3. Current ThreadId=3
  4. True
  5. NULL
  6. Current ThreadId=3
  7. True
  8. False
  9. User.Name=代码
  10. Current ThreadId=1
  11. True
  12. //子线程修改后，父线程读到了
  13. User.Name=片段

根据上面的示例运行结果，我们又可以得到以下一些结论：

  1. FreeNamedDataSlot只能清除当前线程的数据槽;
  2. LogicalSetData只会存储当前线程以及子线程的数据槽；
  3. LogicalGetData获取的是当前线程或父线程的数据槽对象，拿到的是对象的引用，因此如果对其进行修改，会影响父线程读取的一致性，在关系型数据库中也被称为不可重复读。
  4. 子线程中使用LogicalSetData改变数据槽的值，不会影响父线程的数据槽，即使他们的key是同一个；

.NET Core下没有CallContext

在.NET Core下没有CallContext类，取而代之的是使用AsyncLocal代替，实现的是CallContext.LogicalGetData 和 CallContext.SetLogicalCallContext

例如，下面是一个示例代码，我们可以借助AsyncLocal来自己实现一个CallContext类。如果你是将.NET Framework升级为.NET Core，那么你可能需要自己实现一个CallContext类来代替之前的CallContext：

  1. public static class CallContext
  2. {
  3.     static ConcurrentDictionary<string, AsyncLocal<object>> state = new ConcurrentDictionary<string, AsyncLocal<object>>();
  5.     public static void SetData(string name, object data) =>
  6.         state.GetOrAdd(name, _ => new AsyncLocal<object>()).Value = data;
  8.     public static object GetData(string name) =>
  9.         state.TryGetValue(name, out AsyncLocal<object> data) ? data.Value : null;
  10. }

EF DbContext场景

对于像UnitOfWork这种操作模式，是比较适合于CallContext发挥的地方，让EF DbContext在线程上下文内保持唯一。

注意：这里提到的EF均指EF 而非 EF Core。

因此，我们经常可以看到如下所示的示例代码：

  1. public class DbContextFactory
  2. {
  3.    public static DbContext CreateDbContext()
  4.    {
  5.       DbContext dbContext = (DbContext)CallContext.GetData("dbContext");
  6.       if (dbContext == null)
  7.       {
  8.          dbContext = new WebAppEntities();
  9.          CallContext.SetData("dbContext", dbContext);
  10.       }
  11.       return dbContext;
  12.    }
  13. }

此用法像极了 Cache（缓存）的使用。

But，鉴于目前广泛使用线程池的前提，线程在处理完一个请求之后，并没有被销毁，存储在CallContext中的上下文对象也一直存在，如果是下一次拿出这个线程去处理另一个请求，这个上下文对象其实也在不断的膨胀，只不过比全局的膨胀的稍微慢一些。而且，有时候一个线程并不一定是拿去处理请求了，如果是服务器拿去处理其他的业务，那就可能引发一些其他的问题。

这时，或许我们可以考虑另一个方案，在ASP.NET中的HttpContext中有一个Items属性，它也可以用来保存key-value，这就完美了，一次请求正好对应着一个HttpContext，请求结束，它自动释放，EF上下文也就不存在了。

因此，这里把上面代码中的CallContext改为HttpContext.Current.Items：

  1. public class DbContextFactory
  2. {
  3.    public static DbContext CreateDbContext()
  4.    {
  5.       DbContext dbContext = HttpContext.Current.Items["dbContext"] as DbContext;
  6.       if (dbContext == null)
  7.       {
  8.          dbContext = new WebAppEntities();
  9.          HttpContext.Current.Items["dbContext"] = dbContext;
  10.       }
  11.       return dbContext;
  12.    }
  13. }

其实，HttpContext这个类和CallContext是有关联的，查看源码我们可以发现：HttpContext.Current是通过CallContext.HostContext实现的。

  1. internal static Object Current {
  2.    get {
  3.      return CallContext.HostContext;
  4.    }
  6.    [SecurityPermission(SecurityAction.Demand, Unrestricted = true)]
  7.    set {
  8.      CallContext.HostContext = value;
  9.    }
  10. }

关于HttpContext.Current：ASP.NET会为每个请求分配一个线程，这个线程会执行我们的代码来生成响应结果， 即使我们的代码散落在不同的地方（类库），线程仍然会执行它们。所以，我们可以在任何地方访问HttpContext.Current获取到与当前请求相关的HttpContext对象，毕竟这些代码是由同一个线程来执行的嘛，所以得到的HttpContext引用也就是那个与请求相关的对象。因此，将HttpContext.Current设计成与当前线程相关联是合适的。有关CallContext.HostContext的知识可以自行查阅资料，这里就不再赘述。

刚刚提到UnitOfWork模式，我们完成了DbContext的线程上下文内的唯一性，那么SaveChanges呢？嗯，我们可以基于之前的唯一性保证，来写一个SaveChanges的唯一入口。

  1. public class DbSession
  2. {
  3.   public static int SaveChanges()
  4.   {
  5.     return DbContextFactory.GetDbContext().SaveChanges();
  6.   }
  7. }

总结

本文简单介绍了CallContext类的基本概念、方法，做了一些测试验证了其提供的方法的适用范围和限制。

如果我们需要在.NET代码中向下传递对象，除了层层递进的传递参数之外，适时使用CallContext是一个不错的解耦的方案。

原文链接：https://codesnippet.cn/home/list/42
这里⇓感觉得写点什么，要不显得有点空，但还没想好写什么... 返回顶部
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