一起谈.NET技术，如何实现对上下文（Context）数据的统一管理 [提供源代码下载]

在应用开发中，我们经常需要设置一些上下文（Context）信息，这些上下文信息一般基于当前的会话（Session），比如当前登录用户的个人信息；或者基于当前方法调用栈，比如在同一个调用中涉及的多个层次之间数据。在这篇文章中，我创建了一个称为ApplicationContext的组件，对上下文信息进行统一的管理。[Source Code从这里下载]

一、基于CallContext和HttpSessionState的ApplicationContext

如何实现对上下文信息的存储，对于Web应用来说，我们可以借助于HttpSessionState；对于GUI应用来讲，我们则可以使用CallConext。ApplicationContext完全是借助于这两者建立起来的，首先来看看其定义：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Runtime.Remoting.Messaging;
using System.Web;
namespace Artech.ApplicationContexts
{
    [Serializable]
    public class ApplicationContext:Dictionary<string, object>
    {
        public const string ContextKey = "Artech.ApplicationContexts.ApplicationContext";

        public static ApplicationContext Current
        {
            get
            {
                if (null != HttpContext.Current)
                {
                    if (null == HttpContext.Current.Session[ContextKey])
                    {
                        HttpContext.Current.Session[ContextKey] = new ApplicationContext();
                    }

                    return HttpContext.Current.Session[ContextKey] as ApplicationContext;
                }

                if (null == CallContext.GetData(ContextKey))
                {
                    CallContext.SetData(ContextKey, new ApplicationContext());
                }
                return CallContext.GetData(ContextKey) as ApplicationContext;
            }
        }
    }
}

为了使ApplicationContext定义得尽可能地简单，我直接让它继承自Dictionary，而从本质上讲ApplicationContext就是一个基于字典的上下文数据的容器。静态属性Current表示当前的ApplicationConext，如何当前存在HttpContext，则使用HttpConext的Session，否则使用CallConext。Session和CallConext的采用相同的Key：Artech.ApplicationContexts.ApplicationContext。你可以采用如下的方式对上下文数据进行设置和读取。

//设置
ApplicationContext.Current["UserName"] = "Foo";
//读取
var userName = ApplicationContext.Current["UserName"];

二、ApplicationContext在异步调用中的局限

在同步调用的情况下，ApplicationContext可以正常工作。但是对于异步调用，当前的上下文信息并不能被传播到另一个线程中去。接下来，我们将给出一个简单的例子，模拟通过ApplicationContext存贮用户的Profile信息，为此，我定义了如下一个Profile类，属性FirstName、LastName和Age代表三个Profile属性。

using System;
namespace Artech.ApplicationContexts
{
    [Serializable]
    public class Profile
    {
        public string FirstName
        { get; set; }
        public string LastName
        { get; set; }
        public int Age
        { get; set; }
        public Profile()
        {
            this.FirstName = "N/A";
            this.LastName = "N/A";
            this.Age = 0;
        }
    }
}

为了便于操作，我直接在ApplicationContext定义了一个Profile属性，返回值类型为Profile，定义如下：

[Serializable]
public class ApplicationContext : Dictionary<string, object>
{
    public const string ProfileKey = "Artech.ApplicationContexts.ApplicationContext.Profile";

    public Profile Profile
    {
        get
        {
            if (!this.ContainsKey(ProfileKey))
            {
                this[ProfileKey] = new Profile();
            }
            return this[ProfileKey] as Profile;
        }
    }
}

现在我们来看看ApplicationContext在一个简单的Windows Form应用中的使用情况。在如右图（点击看大图）所示的一个Form中，我们可以进行Profile的设置和获取。其中“Get [Sync]”和“Get [Async]”按钮分别模拟对存贮于当前ApplicationContext中的Profile信息进行同步和异步方式的获取，通过点击Save按钮将设置的Profile信息保存到当前的ApplicationContext之中。

“Save”、“Clear”、“Get [Sync]”和“Get [Async]”响应的事件处理程序如下面的代码所示：

using System;
using Artech.ApplicationContexts;
namespace WindowsApp
{
    public partial class ProfileForm : System.Windows.Forms.Form
    {
        public ProfileForm()
        {
            InitializeComponent();
        }

        private void buttonSave_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            ApplicationContext.Current.Profile.FirstName = this.textBoxFirstName.Text.Trim();
            ApplicationContext.Current.Profile.LastName = this.textBoxLastName.Text.Trim();
            ApplicationContext.Current.Profile.Age = (int)this.numericUpDownAge.Value;
        }

        private void buttonClear_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            this.textBoxFirstName.Text = string.Empty;
            this.textBoxLastName.Text = string.Empty;
            this.numericUpDownAge.Value = 0;
        }

        private void buttonSyncGet_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            this.textBoxFirstName.Text = ApplicationContext.Current.Profile.FirstName;
            this.textBoxLastName.Text = ApplicationContext.Current.Profile.LastName;
            this.numericUpDownAge.Value = ApplicationContext.Current.Profile.Age;
        }

        private void buttonAsyncGet_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            GetProfile getProfileDel = () =>
                {
                    return ApplicationContext.Current.Profile;
                };
            IAsyncResult asynResult = getProfileDel.BeginInvoke(null, null);
            Profile profile = getProfileDel.EndInvoke(asynResult);
            this.textBoxFirstName.Text = profile.FirstName;
            this.textBoxLastName.Text = profile.LastName;
            this.numericUpDownAge.Value = profile.Age;
        }

        delegate Profile GetProfile();
    }
}

运行上面的程序，你会发现你设置的Profile信息，可以通过点击“Get [Sync]”按钮显示出来，。而你点击“Get [Async]”按钮的时候，却不能显示正确的值。具体的结果如下图（点击看大图）所示。三张截图分别模拟的点击“Save”、Get [Sync]”和“Get [Async]”按钮之后的显示。

上面演示的是ApplicationContext在Windows Form应用中的使用，实际上在ASP.NET应用中，你依然会得到相同的结果。通过ApplicaticationContext的定义我们可以知道，ApplicationContext对象最终保存在CallContext或者HttpSessionState中。Windows Form应用采用的是前者，而Web应用则采用后者。

也就是说，无论是CallContext还是HttpContext（HttpSessionState最终依附于当前的HttpContext），都不能自动实现数据的跨线程传递。至于原因，需要从两种不同的CallContext说起。

三、LogicalCallContext V.S. IllogicalCallContext

CallContext定义在System.Runtime.Remoting.Messaging.CallContext命名空间下，是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。CallContext定义如下：

[Serializable, ComVisible(true), SecurityPermission(SecurityAction.LinkDemand, Flags = SecurityPermissionFlag.Infrastructure)]
public sealed class CallContext
{

    public static void FreeNamedDataSlot(string name);
    public static object GetData(string name);
    public static Header[] GetHeaders();
    public static object LogicalGetData(string name);
    public static void LogicalSetData(string name, object data);
    public static void SetData(string name, object data);
    public static void SetHeaders(Header[] headers);

    public static object HostContext { get; [SecurityPermission(SecurityAction.LinkDemand, Flags = SecurityPermissionFlag.Infrastructure)] set; }
}

CallContext具有如下两种不同的类型：

• LogicalCallContext：LogicalCallContext 类是在对远程应用程序域进行方法调用时使用的 CallContext 类的一个版本。CallContext 是类似于方法调用的线程本地存储的专用集合对象，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。当对另一个 AppDomain 中的对象进行远程方法调用时，CallContext 类将生成一个与该远程调用一起传播的 LogicalCallContext。只有公开 ILogicalThreadAffinative 接口并存储在 CallContext 中的对象被在 LogicalCallContext 中传播到 AppDomain 外部。不支持此接口的对象不在 LogicalCallContext 实例中与远程方法调用一起传输。
• IllogicalCallContext：IllogicalCallContext和LogicalCallContext 相反，仅仅是存储与当前线程的TLS中，并不能随着跨线程的操作执行实现跨线程传播。

HttpContext本质上也通过CallContext存储的，不过HttpContext本身是作为IllogicalCallContext的形式保存在CallContext，这也正是为何基于HttpSessionState的ApplicationContext也不能解决多线程的问题的真正原因。

四、让CallContext实现跨线程传播

也就是说，如果想让CallContext的数据被自动传递当目标线程，只能将其作为LogicalCallContext。我们有两种当时将相应的数据存储为LogicalCallContext：调用CallContext的静态方法LogicalSetData，或者放上下文类型实现ILogicalThreadAffinative接口。

也就说，在ApplicationContext的Current方法中，我们只需要将CallContext.SetData(ContextKey, new ApplicationContext());替换成CallContext.LogicalSetData(ContextKey, new ApplicationContext());即可：

[Serializable]
public class ApplicationContext : Dictionary<string, object>
{
    //其他成员
    public static ApplicationContext Current
    {
        get
        {
            //...
            if (null == CallContext.GetData(ContextKey))
            {
                CallContext.LogicalSetData(ContextKey, new ApplicationContext());
            }
            return CallContext.GetData(ContextKey) as ApplicationContext;
        }
    }
}

或者说，我们直接让ApplicationContext实现ILogicalThreadAffinative接口。由于该ILogicalThreadAffinative没有定义任何成员，所有我们不需要添加任何多余的代码：

[Serializable]
public class ApplicationContext : Dictionary<string, object>, ILogicalThreadAffinative
{
    //...
}

现在再次运行我们上面的Windows Form应用，点击“Get [Async]”按钮后将会得到正确的Profile显示，有兴趣的读者不妨下载实例代码试试。但是当运行Web应用的时候，依然有问题，为此我们需要进行一些额外工作。

五、通过ASP.NET扩展解决Web应用的异步调用问题

在上面我们已经提过，ASP.NET管道将当前的HttpContext的存储与基于当前线程的CallContext中，而存贮的形式是IllogicalCallContext而非LogicalCallContext，说在非请求处理线程是获取不到当前HttpContext的。针对我们ApplicationContext就意味着：在Web应用中，主线程实际上操作的是当前HttpContext的Session，而另外一个线程中则是直接使用CallConext。

那么如果我们们能够将存储与当前HttpContext的Session中的ApplicationContext作为LogicalCallContext拷贝到CallContext中，那么在进行异步调用的时候，就能自动传递到另外一个线程之中了。此外，由于ASP.NET采用线程池的机制处理HTTP请求，我们需要将当前CallContext的数据进行及时清理，以免被另外一个请求复用。我们可以有很多方式实现这样的功能，比如在Global.asax中定义响应的事件处理方法，自定义HttpApplication或者自定义HttpModule。

如果自定义HttpModule，我们可以注册HttpApplication的两个事件：PostAcquireRequestState和PreSendRequestContent，分别实现对当前ApplicationContext的拷贝和清理。具体定义如下：

using System.Runtime.Remoting.Messaging;
using System.Web;
namespace Artech.ApplicationContexts
{
    public class ContextHttpModule:IHttpModule
    {

        public void Dispose(){}
        public void Init(HttpApplication context)
        {
            context.PostAcquireRequestState += (sender, args) =>
                {
                    CallContext.SetData(ApplicationContext.ContextKey, ApplicationContext.Current);
                };
            context.PreSendRequestContent += (sender, args) =>
            {
                CallContext.SetData(ApplicationContext.ContextKey, null);
            };
        }
    }
}

我们只需要通过如下的配置将其应用到我们的程序之中即可：

xml version="1.0"?>
<configuration>
  <system.web>
    <httpModules>
      <add name="ContextHttpModule" type="Artech.ApplicationContexts.ContextHttpModule,Artech.ApplicationContexts.Lib"/>
    httpModules>
  system.web>
configuration>

作者：Artech
出处：http://artech.cnblogs.com
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