深入了解三种针对文件（JSON、XML与INI）的配置源
深入了解三种针对文件（JSON、XML与INI）的配置源
物理文件是我们最常用到的原始配置的载体，最佳的配置文件格式主要由三种，它们分别是JSON、XML和INI，对应的配置源类型分别是JsonConfigurationSource、XmlConfigurationSource和IniConfigurationSource。 [ 本文已经同步到《ASP.NET Core框架揭秘》之中]
目录
一、FileConfigurationSource & FileConfigurationProvider
二、JsonConfigurationSource &JsonConfigurationProvider
三、XmlConfiguationSource & XmlConfiguationProvider
四、IniConfigurationSource & IniConfigurationSource
一、FileConfigurationSource & FileConfigurationProvider
上述这三个具体的ConfigurationSource类型具有如下一个相同的基类FileConfigurationSource。
1: public abstract class FileConfigurationSource : IConfigurationSource
2: {
3: public IFileProvider FileProvider { get; set; }
4: public bool Optional { get; set; }
5: public string Path { get; set; }
6: public bool ReloadOnChange { get; set; }
7:
8: public abstract IConfigurationProvider Build(IConfigurationBuilder builder);
9: }
如上面的代码片段所示，FileConfigurationSource是一个抽象类，它利用一个FileProvider对象来提供原始的配置文件，而Path属性自然代表配置文件的路径。Optional属性表示明当前的FileConfigurationSource是否是可选的配置源，其默认值为False。当某个FileConfigurationSource的Optional属性为True的时候，如果指定的配置文件路径不存在，将不会有任何异常被抛出来。由于FileProvider具有监控文件变化的能力，它的ReloadOnChange属性表示如果被监控的配置文件发生改变后是否需要重新加载配置。
由于FileConfigurationSource总是利用FileProvider来读取配置文件的内容，所以当我们创建一个具体的FileConfigurationSource对象的时候都需要采用显式或者隐式的方式指定一个FileProvider对象（关于FileProvider，可以参阅我的“文件系统”博文系列）。我们可以调用扩展方法SetFileProvider将一个默认的FileProvider注册到ConfigurationBuilder对象上，从相面的代码片段可以看出注册的FileProvider被保存到Properties属性表示的字典对象上，对应的Key为“FileProvider”。
1: public static class FileConfigurationExtensions
2: {
3: private static string FileProviderKey = "FileProvider";
4:
5: public static IFileProvider GetFileProvider(this IConfigurationBuilder builder)
6: {
7: object obj2;
8: if (builder.Properties.TryGetValue(FileProviderKey, out obj2))
9: {
10: return (builder.Properties[FileProviderKey] as IFileProvider);
11: }
12: return new PhysicalFileProvider(AppContext.BaseDirectory ?? string.Empty);
13: }
14:
15: public static IConfigurationBuilder SetBasePath(this IConfigurationBuilder builder, string basePath)
16: {
17: return builder.SetFileProvider(new PhysicalFileProvider(basePath));
18: }
19:
20: public static IConfigurationBuilder SetFileProvider(this IConfigurationBuilder builder, IFileProvider fileProvider)
21: {
22: builder.Properties[FileProviderKey] = fileProvider;
23: return builder;
24: }
25: }
通过隐式方式提供的FileProvider通过调用ConfigurationBuilder的另一个扩展方法GetFileProvider方法获取。从上面给出的代码片段我们可以看到，它会优先返回我们注册的FileProvider。如果这样的FileProvdier尚未注册，该方法会返回指向当前应用执行目录的PhysicalFileProvider对象。除了上述这两个方法，ConfigurationBuilder还具有另一个名为SetBasePath的方法，该方法采用指定的路径创建一个PhysicalFileProvider对象并对它进行注册。
虽然JsonConfigurationSource、XmlConfigurationSource和IniConfigurationSource这些针对通过文件类型的ConfigurationSource会提供不同类型的ConfigurationProvider来读取对应的配置文件并将读取的内容转换成一个配置字典，但是这些ConfigurationProvider都派生与如下一个FileConfigurationProvider类型。FileConfigurationSource和FileConfigurationProvider都定义在“Microsoft.Extensions.Configuration
.FileExtensions”这个NuGet包中。
1: public abstract class FileConfigurationProvider : ConfigurationProvider
2: {
3:
4: public FileConfigurationSource Source { get; private set; }
5:
6: public FileConfigurationProvider(FileConfigurationSource source)
7: {
8: this.Source = source;
9: if (this.Source.ReloadOnChange)
10: {
11: ChangeToken.OnChange(
12: () => this.Source.FileProvider.Watch(this.Source.Path),
13: this.Load);
14: }
15: }
16:
17: public override void Load()
18: {
19: IFileInfo fileInfo = this.Source.FileProvider.GetFileInfo(this.Source.Path);
20:
21: if ((fileInfo == null) || !fileInfo.Exists)
22: {
23: if (!this.Source.Optional)
24: {
25: throw new FileNotFoundException();
26: }
27: base.Data = new Dictionary<string, string>(
28: StringComparer.OrdinalIgnoreCase);
29: }
30: else
31: {
32: using (Stream stream = fileInfo.CreateReadStream())
33: {
34: this.Load(stream);
35: }
36: }
37: base.OnReload();
38: }
39:
40: public abstract void Load(Stream stream);
41: }
我们通过如上所示的代码片段以简化的形式模拟了FileConfigurationProvider的实现逻辑。它定义了一个抽象方法Load来完成针对配置文件的读取和配置字典的生成，该参数代表读取文件的输出流。在重写的Load方法中，它直接利用FileProvider得到描述配置文件的FileInfo对象，并调用此FileInfo对象的CreateReadStream方法得到这个Stream对象。
上面的这个代码片段还体现了额外一些细节。首先，如果我们将FileConfigurationSource的ReloadOnChange属性设置为True，意味着我们希望当配置文件发生该表的时候重新加载该文件。FileConfigurationProvider直接利用FileProvider的Watch方法监视配置文件的变换，并将Load方法注册为回调从而到达配置数据同步的目的。其次，如果指定的配置文件不存在，并且FileConfigurationSource的Optional属性被设置为True，FileConfigurationProvider是不能抛出FileNotFoundException异常的。
二、JsonConfigurationSource&JsonConfigurationProvider
JsonConfigurationSource代表针对通过JSON文件定义的配置源，该类型定义在NuGet包“Microsoft.Extensions.Configuration.Json”中。如下面的代码片段所示，在重写的Build方法中，如果FileProvider属性没有被显式赋值，它会调用ConfigurationBuilder的扩展方法GetFileProvider得到一个FileProvdier并对该属性赋值。Build方法最终创建并返回的是一个根据自己创建的JsonConfigurationProvider对象。作为FileConfigurationProvider的继承者，JsonConfigurationProvider利用重写的Load方法读取配置文件的内容并将其转换成配置字典。
1: public class JsonConfigurationSource : FileConfigurationSource
2: {
3: public override IConfigurationProvider Build(IConfigurationBuilder builder)
4: {
5: base.FileProvider = base.FileProvider ?? builder.GetFileProvider();
6: return new JsonConfigurationProvider(this);
7: }
8: }
9:
10: public class JsonConfigurationProvider : FileConfigurationProvider
11: {
12: public JsonConfigurationProvider(JsonConfigurationSource source);
13: public override void Load(Stream stream);
14: }
“Microsoft.Extensions.Configuration.Json”这个NuGet包为我们定义了如下所示的一系列针对IConfigurationBuilder接口的扩展方法AddJsonFile来完成针对JsonConfigurationSource的注册。如果调用第一个AddJsonFile方法重载，我们可以利用指定的Action<JsonConfigurationSource>对象对创建的JsonConfigurationSource进行初始化。至于后续的AddJsonFile方法重载，实际上就是通过相应的参数初始化JsonConfigurationSource的Path、Optional和ReloadOnChange属性罢了。
1: public static class JsonConfigurationExtensions
2: {
3: public static IConfigurationBuilder AddJsonFile(this IConfigurationBuilder builder, Action<JsonConfigurationSource> configureSource);
4: public static IConfigurationBuilder AddJsonFile(this IConfigurationBuilder builder, string path);
5: public static IConfigurationBuilder AddJsonFile(this IConfigurationBuilder builder, string path, bool optional);
6: public static IConfigurationBuilder AddJsonFile(this IConfigurationBuilder builder, string path, bool optional,bool reloadOnChange);
7: }
当使用JSON文件来定义配置的时候，我们会发现不论对于何种数据结构（复杂对象、集合、数组和字典），我们都能通过JSON格式以一种简单而自然的方式来定义它们。同样以前面定义的Profile类型为例，我们可以利用如下所示的三个JSON文件分别定义一个完整的Profile对象、一个Profile对象的集合以及一个Key和Value类型分别为字符串和Profile的字典。
Profile类型
1: public class Profile
2: {
3: public Gender Gender { get; set; }
4: public int Age { get; set; }
5: public ContactInfo ContactInfo { get; set; }
6: }
7:
8: public class ContactInfo
9: {
10: public string EmailAddress { get; set; }
11: public string PhoneNo { get; set; }
12: }
13:
14: public enum Gender
15: {
16: Male,
17: Female
18: }
Profile对象：
1: {
2: "profile": {
3: "gender" : "Male",
4: "age" : "18",
5: "contactInfo": {
6: "email" : "foobar@outlook.com",
7: "phoneNo" : "123456789"
8: }
9: }
10: }
Profile集合或者数组
1: {
2: "profiles": [
3: {
4: "gender" : "Male",
5: "age" : "18",
6: "contactInfo": {
7: "email" : "foo@outlook.com",
8: "phoneNo" : "123"
9: }
10: },
11: {
12: "gender" : "Male",
13: "age" : "25",
14: "contactInfo": {
15: "email" : "bar@outlook.com",
16: "phoneNo" : "456"
17: }
18: },
19: {
20: "gender" : "Female",
21: "age" : "40",
22: "contactInfo": {
23: "email" : "baz@outlook.com",
24: "phoneNo" : "789"
25: }
26: }
27: ]
28: }
Profile字典
1: {
2: "profiles": {
3: "foo": {
4: "gender" : "Male",
5: "age" : "18",
6: "contactInfo": {
7: "email" : "foo@outlook.com",
8: "phoneNo" : "123"
9: }
10: },
11: "bar": {
12: "gender" : "Male",
13: "age" : "25",
14: "contactInfo": {
15: "email" : "bar@outlook.com",
16: "phoneNo" : "456"
17: }
18: },
19: "baz": {
20: "gender": "Female",
21: "age" : "40",
22: "contactInfo": {
23: "email" : "baz@outlook.com",
24: "phoneNo" : "789"
25: }
26: }
27: }
28: }
三、XmlConfiguationSource & XmlConfiguationProvider
XML也是一种常用的配置定义形式，它对数据的表达能力甚至强于JSON，基于所有类型的数据结构都可以通过XML表示出来。当我们通过一个XML元素表示一个复杂对象的时候，对象的数据成员定义成当前XML元素的子元素。如果数据成员是一个简单数据类型，我们还可以选择将其定义成当前XML元素的属性（Attribute）。针对一个Profile对象，我们可以采用如下两种不同的形式来定义。
1: <Profile>
2: <Gender>Male</Gender>
3: <Age>18</Age>
4: <ContactInfo>
5: <EmailAddress >foobar@outlook.com</Email>
6: <PhoneNo>123456789</PhoneNo>
7: </ContactInfo>
8: </Profile>
或者
1: <Profile Gender="Male" Age="18">
2: <ContactInfo EmailAddress ="foobar@outlook.com" PhoneNo="123456789"/>
3: </Profile>
虽然XML对数据结构的表达能力总体要强于JSON，但是作为配置模型的数据来源却有自己的局限性，比如它们对集合的表现形式有点不尽如人意。举个简单的例子，对于一个元素类型为Profile的集合，我们可以采用具有如下结构的XML来表现。
1: <Profiles>
2: <Profile Gender="Male" Age="18">
3: <ContactInfo EmailAddress ="foobar@outlook.com" PhoneNo="123"/>
4: </Profile>
5: <Profile Gender="Male" Age="25">
6: <ContactInfo EmailAddress ="bar@outlook.com" PhoneNo="456"/>
7: </Profile>
8: <Profile Gender="Male" Age="40">
9: <ContactInfo EmailAddress ="baz@outlook.com" PhoneNo="789"/>
10: </Profile>
11: </Profiles>
但是这段XML却不能正确地转换成配置字典，原因很简单，因为字典的Key必须是唯一的，这必然要求最终构成配置树的每个节点必须具有不同的路径。上面这段XML很明显不满足这个基本的要求，因为表示一个Profile对象的三个XML元素（<Profile>...</Profile>）是“同质”的，对于由它们表示的三个Profile对象来说，分别表示性别、年龄、电子邮箱地址和电话号码的四个叶子节点的路径是完全一样的，所以根据无法作为配置字典的Key。通过前面针对配置绑定的介绍我们知道，如果需要通过配置字典来表示一个Profile对象的集合，我们需要按照如下的方式为每个集合元素加上相应的索引（“foo”、“bar”和“baz”）。
1: foo:Gender
2: foo:Age
3: foo:ContactInfo:EmailAddress
4: foo:ContactInfo:PhoneNo
5:
6: bar:Gender
7: bar:Age
8: bar:ContactInfo:EmailAddress
9: bar:ContactInfo:PhoneNo
10:
11: baz:Gender
12: baz:Age
13: baz:ContactInfo:EmailAddress
14: baz:ContactInfo:PhoneNo
按照这样的结构，如果我们需要以XML的方式来表示一个Profile对象的集合，就不得不采用如下的结构，即采用索引来命名集合元素对应的XML元素。当时这样的定义方式从语义的角度来讲是不合理的，因为同一个集合的所有元素应该是“同质”的，同质的XML元素采用不同的名称有点说不过去。根据配置绑定的规则，这样的结构同样可以表示一个由三个元素组成的Dictionary<string, Profile>对象，Key分别是“Foo”、“Bar”和“Baz”。如果用这样的XML来表示一个字典对象，语义上就完全没有问题了。
1: <Profiles>
2: <Foo Gender="Male" Age="18">
3: <ContactInfo EmailAddress ="foobar@outlook.com" PhoneNo="123"/>
4: </Foo>
5: <Bar Gender="Male" Age="25">
6: <ContactInfo EmailAddress ="foobar@outlook.com" PhoneNo="123"/>
7: </Bar>
8: <Baz Gender="Male" Age="18">
9: <ContactInfo EmailAddress ="baz@outlook.com" PhoneNo="789"/>
10: </Baz>
11: </Profiles>
针对XML文件的配置源类型为XmlConfigurationSource，该类型定义在“Microsoft.Extensions.Configuration.Xml”这个NuGet包中。如下面的代码片段所示，XmlConfigurationSource通过重写的Build方法创建了一个XmlConfigurationProvider对象。作为抽象类型FileConfigurationProvider的继承者，XmlConfigurationProvider通过重写的Load方法完成了针对XML文件的读取和配置字典的初始化。
1: public class XmlConfigurationSource : FileConfigurationSource
2: {
3: public override IConfigurationProvider Build(IConfigurationBuilder builder)
4: {
5: base.FileProvider = base.FileProvider ?? builder.GetFileProvider();
6: return new XmlConfigurationProvider(this);
7: }
8: }
9:
10: public class XmlConfigurationProvider : FileConfigurationProvider
11: {
12: public XmlConfigurationProvider(XmlConfigurationSource source);
13: public override void Load(Stream stream);
14: }
JsonConfigurationSource的注册可以通过调用针对IConfigurationBuilder的扩展方法AddJsonFile来完成。与之类似，“Microsoft.Extensions.Configuration.Xml”这个NuGet包中同样提供了如下一系列名为AddXmlFile的扩展方法重载来根据指定的XML文件创建相应的XmlConfigurationSource并注册到指定的ConfigurationBuilder对象上。AddXmlFile和AddJsonFile方法具有完全一样的声明。
1: public static class XmlConfigurationExtensions
2: {
3: public static IConfigurationBuilder AddXmlFile(this IConfigurationBuilder builder, string path);
4: public static IConfigurationBuilder AddXmlFile(this IConfigurationBuilder builder, string path, bool optional);
5: public static IConfigurationBuilder AddXmlFile(this IConfigurationBuilder builder, string path, bool optional, bool reloadOnChange);
6: public static IConfigurationBuilder AddXmlFile(this IConfigurationBuilder builder, IFileProvider provider, string path, bool optional, bool reloadOnChange);
7: }
四、IniConfigurationSource & IniConfigurationSource
“INI”是“Initialization”的缩写，INI文件又被称为初始化文件，它是Windows系统普遍使用的配置文件，同时也被一些Linux和Unix系统所支持。INI文件直接以键值对的形式定义配置项，如下所示的代码片段体现了INI文件的基本格式。总的来说，INI文件以单纯的“{Key}={Value}”的形式定义配置项，{Value}可以定义在可选的双引号中（如果值的前后包括空白字符，必须使用双引号，否则会被忽略）。
1: [Section]
2: key1=value1
3: key2 = " value2 "
4: ; comment
5: # comment
6: / comment
除了以“{Key}={Value}”的定义的原子配置项外，我们还可以采用“[{SectionName}]”的形式定义配置节对它们进行分组。中括号（“[]”）同时作为下一个的配置节开始的标志，同时也作为上一个配置结束的标志，所以采用INI文件定义的配置节并不存在层次化的结构，即没有“子配置节”的概念。除此之外，我们可以在INI中定义相应的注释，注释行前置的字符可以采用“;”、“#”或者“/”。
由于INI文件自身就体现为一个数据字典，所以我们可以采用“路径化”的Key来定义最终绑定为复杂对象、集合或者字典的配置数据。如果采用INI文件来定义一个Profile对象的基本信息，我们就可以采用如下定义形式。
1: Gender = "Male"
2: Age = "18"
3: ContactInfo:EmailAddress = "foobar@outlook.com"
4: ContactInfo:PhoneNo = "123456789"
由于Profile的配置信息具有两个层次（Profile>ContactInfo），我们可以按照如下的形式将EmailAddress和PhoneNo定义在配置节“ContactInfo”中，这个INI文件和上面是完全等效的。
1: Gender = "Male"
2: Age = "18"
3:
4: [ContactInfo]
5: EmailAddress = "foobar@outlook.com"
6: PhoneNo = "123456789"
针对INI文件类型的配置源类型通过如下所示的IniConfigurationSource来表示，该类型定义在“Microsoft.Extensions.Configuration.Ini”这个NuGet包中。IniConfigurationSource在重写的Build方法中会创建的ConfigurationProvdier类型为IniConfigurationProvider。作为抽象类FileConfigurationProvider的继承者，IniConfigurationProvider利用重写的Load方法完成INI文件内容的读取和配置字典的初始化。
1: public class IniConfigurationSource : FileConfigurationSource
2: {
3: public override IConfigurationProvider Build(IConfigurationBuilder builder)
4: {
5: base.FileProvider = base.FileProvider ?? builder.GetFileProvider();
6: return new IniConfigurationProvider(this);
7: }
8: }
9:
10: public class IniConfigurationProvider : FileConfigurationProvider
11: {
12: public IniConfigurationProvider(IniConfigurationSource source);
13: public override void Load(Stream stream);
14: }
既然JsonConfigurationSource和XmlConfigurationSource的注册可以通过调用IConfigurationBuilder接口的扩展方法AddJsonFile和AddXmlFile来完成，“Microsoft.Extensions.Configuration.Ini”这个NuGet包自然会也会为IniConfigurationSource定义如下所示的AddIniFile扩展方法。
1: public static class IniConfigurationExtensions
2: {
3: public static IConfigurationBuilder AddIniFile(this IConfigurationBuilder builder, string path);
4: public static IConfigurationBuilder AddIniFile(this IConfigurationBuilder builder, string path, bool optional);
5: public static IConfigurationBuilder AddIniFile(this IConfigurationBuilder builder, string path, bool optional, bool reloadOnChange);
6: public static IConfigurationBuilder AddIniFile(this IConfigurationBuilder builder, IFileProvider provider, string path, bool optional, bool reloadOnChange);
7: }
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