在 .NET 應用程序開發中，全局數據存儲是共享和訪問應用程序范圍內數據的常見需求。以下是幾種主要的全局數據存儲方式及其適用場景、實現方法和優缺點分析。

一、靜態類與靜態成員

實現方式

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;}
}

特點

• 生命周期：應用程序域生命周期
• 線程安全：需要手動實現（如使用 ConcurrentDictionary）
• 適用場景：小型應用、工具類、全局配置

優缺點

• ? 簡單易用
• ? 訪問速度快
• ? 缺乏持久化
• ? 測試困難（靜態依賴）

二、應用程序配置系統

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. 用戶設置 (WinForms/WPF)

// 保存設置
Properties.Settings.Default.Theme = "Dark";
Properties.Settings.Default.Save();// 讀取設置
var theme = Properties.Settings.Default.Theme;

特點

• 生命周期：持久化到配置文件
• 線程安全：內置線程安全
• 適用場景：應用程序配置、用戶偏好設置

三、依賴注入容器

ASP.NET Core 示例

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

特點

• 生命周期：
  • Singleton: 應用程序生命周期
  • Scoped: 請求生命周期
  • Transient: 每次請求新實例
• 線程安全：取決于實現
• 適用場景：ASP.NET Core 應用、服務共享

四、內存緩存 (IMemoryCache)

實現方式

// 注冊
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();});}
}

特點

• 生命周期：應用程序重啟后丟失
• 線程安全：內置線程安全
• 適用場景：頻繁訪問的臨時數據

五、分布式緩存 (IDistributedCache)

實現方式

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

特點

• 生命周期：持久化到外部存儲
• 線程安全：內置線程安全
• 適用場景：分布式應用、多實例共享數據

六、HttpContext.Items (ASP.NET Core)

實現方式

// 中間件中設置
app.Use(async (context, next) =>
{context.Items["RequestStartTime"] = DateTime.UtcNow;await next();
});// 控制器中訪問
var startTime = HttpContext.Items["RequestStartTime"] as DateTime?;

特點

• 生命周期：單個HTTP請求期間
• 線程安全：每個請求獨立
• 適用場景：請求級數據共享

七、環境變量

訪問方式

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

特點

• 生命周期：進程生命周期或系統級
• 線程安全：只讀操作安全
• 適用場景：部署配置、環境特定設置

八、數據庫存儲

實現方式

// 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");

特點

• 生命周期：持久化
• 線程安全：取決于數據庫訪問層
• 適用場景：需要持久化的全局配置

九、選擇指南

存儲方式	生命周期	持久化	分布式支持	典型使用場景
靜態成員	應用程序域	否	否	全局常量、簡單緩存
應用程序配置	持久化	是	部分	應用設置、用戶偏好
依賴注入容器	取決于注冊類型	否	否	服務共享、全局服務
內存緩存	應用程序	否	否	頻繁訪問的臨時數據
分布式緩存	持久化	是	是	多實例共享數據
HttpContext.Items	請求期間	否	否	請求級數據傳遞
環境變量	進程/系統	是	是	部署配置、環境特定設置
數據庫存儲	持久化	是	是	需要持久化的全局配置

十、最佳實踐建議

1. 按需選擇：根據數據特性（大小、訪問頻率、生命周期）選擇合適方式
2. 分層設計：
   • 高頻小數據：內存緩存
   • 配置數據：appsettings.json
   • 用戶數據：數據庫
3. 線程安全：
   • 多線程訪問時使用線程安全集合（如 ConcurrentDictionary）
   • 考慮使用 Immutable 集合避免意外修改
4. 性能考慮：
   • 大數據集避免使用靜態變量
   • 考慮使用緩存過期策略
5. 測試友好：
   • 避免過度使用靜態類
   • 優先使用依賴注入
6. 分布式場景：
   • 多服務器環境使用分布式緩存
   • 考慮使用消息隊列同步狀態

十一、高級模式示例

混合緩存策略

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;}
}

配置熱重載

// 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;});}
}

通過合理選擇和組合這些全局數據存儲方式，可以構建出既高效又易于維護的 .NET 應用程序架構。