.NET 开发中全局数据存储的几种方式

在 .NET 应用程序开发中，全局数据存储是共享和访问应用程序范围内数据的常见需求。以下是几种主要的全局数据存储方式及其适用场景、实现方法和优缺点分析。

一、静态类与静态成员

实现方式

public static class GlobalData
{public static string ApplicationName { get; set; } = "MyApp";public static int MaxConnections { get; } = 100;private static readonly ConcurrentDictionary<string, object> _cache = new ConcurrentDictionary<string, object>();public static void SetCache(string key, object value){_cache[key] = value;}public static T GetCache<T>(string key){return _cache.TryGetValue(key, out var value) ? (T)value : default;}
}

特点

• 生命周期：应用程序域生命周期
• 线程安全：需要手动实现（如使用 ConcurrentDictionary）
• 适用场景：小型应用、工具类、全局配置

优缺点

• ✅ 简单易用
• ✅ 访问速度快
• ❌ 缺乏持久化
• ❌ 测试困难（静态依赖）

二、应用程序配置系统

1. appsettings.json (ASP.NET Core)

{"AppConfig": {"Theme": "Dark","Timeout": 30}
}

使用方式

// 在Startup中配置
services.Configure<AppConfig>(Configuration.GetSection("AppConfig"));// 注入使用
public class MyService
{private readonly AppConfig _config;public MyService(IOptions<AppConfig> config){_config = config.Value;}
}

2. 用户设置 (WinForms/WPF)

// 保存设置
Properties.Settings.Default.Theme = "Dark";
Properties.Settings.Default.Save();// 读取设置
var theme = Properties.Settings.Default.Theme;

特点

• 生命周期：持久化到配置文件
• 线程安全：内置线程安全
• 适用场景：应用程序配置、用户偏好设置

三、依赖注入容器

ASP.NET Core 示例

// 注册服务
services.AddSingleton<IGlobalCache, MemoryCache>();
services.AddScoped<IUserSession, UserSession>();// 使用
public class MyController : Controller
{private readonly IGlobalCache _cache;public MyController(IGlobalCache cache){_cache = cache;}
}

特点

• 生命周期：
  • Singleton: 应用程序生命周期
  • Scoped: 请求生命周期
  • Transient: 每次请求新实例
• 线程安全：取决于实现
• 适用场景：ASP.NET Core 应用、服务共享

四、内存缓存 (IMemoryCache)

实现方式

// 注册
services.AddMemoryCache();// 使用
public class DataService
{private readonly IMemoryCache _cache;public DataService(IMemoryCache cache){_cache = cache;}public string GetCachedData(string key){return _cache.GetOrCreate(key, entry => {entry.AbsoluteExpirationRelativeToNow = TimeSpan.FromMinutes(30);return ExpensiveDatabaseCall();});}
}

特点

• 生命周期：应用程序重启后丢失
• 线程安全：内置线程安全
• 适用场景：频繁访问的临时数据

五、分布式缓存 (IDistributedCache)

实现方式

// 使用Redis
services.AddStackExchangeRedisCache(options =>
{options.Configuration = "localhost:6379";
});// 使用
public async Task<byte[]> GetCachedDataAsync(string key)
{return await _distributedCache.GetAsync(key);
}

特点

• 生命周期：持久化到外部存储
• 线程安全：内置线程安全
• 适用场景：分布式应用、多实例共享数据

六、HttpContext.Items (ASP.NET Core)

实现方式

// 中间件中设置
app.Use(async (context, next) =>
{context.Items["RequestStartTime"] = DateTime.UtcNow;await next();
});// 控制器中访问
var startTime = HttpContext.Items["RequestStartTime"] as DateTime?;

特点

• 生命周期：单个HTTP请求期间
• 线程安全：每个请求独立
• 适用场景：请求级数据共享

七、环境变量

访问方式

var envVar = Environment.GetEnvironmentVariable("ASPNETCORE_ENVIRONMENT");

特点

• 生命周期：进程生命周期或系统级
• 线程安全：只读操作安全
• 适用场景：部署配置、环境特定设置

八、数据库存储

实现方式

// 使用EF Core
public class AppDbContext : DbContext
{public DbSet<GlobalSetting> GlobalSettings { get; set; }
}// 使用
var setting = await _dbContext.GlobalSettings.FirstOrDefaultAsync(s => s.Key == "MaintenanceMode");

特点

• 生命周期：持久化
• 线程安全：取决于数据库访问层
• 适用场景：需要持久化的全局配置

九、选择指南

存储方式	生命周期	持久化	分布式支持	典型使用场景
静态成员	应用程序域	否	否	全局常量、简单缓存
应用程序配置	持久化	是	部分	应用设置、用户偏好
依赖注入容器	取决于注册类型	否	否	服务共享、全局服务
内存缓存	应用程序	否	否	频繁访问的临时数据
分布式缓存	持久化	是	是	多实例共享数据
HttpContext.Items	请求期间	否	否	请求级数据传递
环境变量	进程/系统	是	是	部署配置、环境特定设置
数据库存储	持久化	是	是	需要持久化的全局配置

十、最佳实践建议

1. 按需选择：根据数据特性（大小、访问频率、生命周期）选择合适方式
2. 分层设计：
   • 高频小数据：内存缓存
   • 配置数据：appsettings.json
   • 用户数据：数据库
3. 线程安全：
   • 多线程访问时使用线程安全集合（如 ConcurrentDictionary）
   • 考虑使用 Immutable 集合避免意外修改
4. 性能考虑：
   • 大数据集避免使用静态变量
   • 考虑使用缓存过期策略
5. 测试友好：
   • 避免过度使用静态类
   • 优先使用依赖注入
6. 分布式场景：
   • 多服务器环境使用分布式缓存
   • 考虑使用消息队列同步状态

十一、高级模式示例

混合缓存策略

public class HybridCache
{private readonly IMemoryCache _memoryCache;private readonly IDistributedCache _distributedCache;public HybridCache(IMemoryCache memoryCache, IDistributedCache distributedCache){_memoryCache = memoryCache;_distributedCache = distributedCache;}public async Task<T> GetOrCreateAsync<T>(string key, Func<Task<T>> factory, TimeSpan expiration){if (_memoryCache.TryGetValue(key, out T memoryValue)){return memoryValue;}var distributedValue = await _distributedCache.GetStringAsync(key);if (distributedValue != null){var value = JsonSerializer.Deserialize<T>(distributedValue);_memoryCache.Set(key, value, expiration);return value;}var newValue = await factory();_memoryCache.Set(key, newValue, expiration);await _distributedCache.SetStringAsync(key, JsonSerializer.Serialize(newValue), new DistributedCacheEntryOptions { AbsoluteExpirationRelativeToNow = expiration });return newValue;}
}

配置热重载

// Program.cs
builder.Services.Configure<AppConfig>(builder.Configuration.GetSection("AppConfig"));
builder.Services.AddSingleton<IOptionsMonitor<AppConfig>>(provider => provider.GetRequiredService<IOptionsMonitor<AppConfig>>());// 使用
public class ConfigService
{private readonly AppConfig _config;public ConfigService(IOptionsMonitor<AppConfig> configMonitor){_config = configMonitor.CurrentValue;configMonitor.OnChange(newConfig => {_config = newConfig;});}
}

通过合理选择和组合这些全局数据存储方式，可以构建出既高效又易于维护的 .NET 应用程序架构。