一、Transient（瞬時生命周期）

原理

使用方式

// 注冊服務
builder.Services.AddTransient<IMyService, MyService>();// 使用示例
public class ClientService
{private readonly IMyService _service1;private readonly IMyService _service2;public ClientService(IMyService service1, IMyService service2){// 兩個參數會收到不同的實例_service1 = service1;_service2 = service2;}
}

核心特性

1. 每次請求創建新實例
2. 不共享狀態
3. 自動釋放（當請求處理完成時）

適用場景

• 輕量級無狀態服務（如計算器、驗證器）
• 需要線程隔離的服務
• 每次操作需要全新狀態的場景

// 典型應用：數據轉換服務
public interface IDataTransformer
{string Transform(string input);
}public class ReverseTransformer : IDataTransformer
{public string Transform(string input) => new string(input.Reverse().ToArray());
}// 注冊
services.AddTransient<IDataTransformer, ReverseTransformer>();

優勢

1. 內存安全：不會意外共享狀態
2. 線程安全：每個線程使用獨立實例
3. 簡單可靠：無需考慮狀態管理

劣勢

1. 性能開銷：頻繁創建/銷毀對象
2. 內存碎片：大量短期對象增加GC壓力
3. 資源浪費：不適合初始化成本高的服務

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二、Scoped（作用域生命周期）

原理

使用方式

// 注冊服務
builder.Services.AddScoped<IUserRepository, UserRepository>();// ASP.NET Core 中間件中
app.Use(async (context, next) =>
{// 手動創建作用域using var scope = context.RequestServices.CreateScope();var repo = scope.ServiceProvider.GetService<IUserRepository>();await repo.LogRequestAsync(context.Request);await next();
});

核心特性

1. 作用域內單例（同一作用域內實例共享）
2. 跨請求隔離（不同請求不同實例）
3. 自動釋放（作用域結束時）

適用場景

• 數據庫上下文（如EF Core DbContext）
• 請求級狀態管理
• 事務處理單元

// 典型應用：EF Core DbContext
public class AppDbContext : DbContext
{public DbSet<User> Users { get; set; }
}// 注冊
services.AddScoped<AppDbContext>();// 在控制器中使用
public class UserController : Controller
{private readonly AppDbContext _context;public UserController(AppDbContext context){_context = context; // 同一請求內共享實例}
}

優勢

1. 狀態隔離：不同請求互不影響
2. 資源優化：重用初始化成本高的對象
3. 事務一致性：天然支持事務邊界（整個請求）

劣勢

1. 作用域泄漏：意外在單例中引用會導致內存泄漏

// 錯誤示例：單例中引用Scoped服務
public class SingletonService
{private readonly IUserRepository _repo; // 危險！public SingletonService(IUserRepository repo){_repo = repo; // 這會導致Scoped服務變成"偽單例"}
}

2. 異步風險：在async/await中可能跨越不同作用域
3. 測試復雜性：需模擬作用域環境

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三、Singleton（單例生命周期）

原理

使用方式

// 注冊服務
builder.Services.AddSingleton<ICacheService, CacheService>();// 預創建實例（立即初始化）
var cache = new CacheService();
builder.Services.AddSingleton<ICacheService>(cache);// 延遲初始化
builder.Services.AddSingleton<IBackgroundService>(provider => new BackgroundService(provider.GetRequiredService<ILogger>()));

核心特性

1. 全局唯一實例（整個應用生命周期）
2. 首次請求時創建（除非預注冊實例）
3. 應用關閉時釋放

適用場景

• 配置服務（如IOptions）
• 內存緩存
• 共享資源連接（如Redis連接池）

// 典型應用：內存緩存
public class MemoryCacheService : ICacheService, IDisposable
{private readonly ConcurrentDictionary<string, object> _cache = new();private Timer _cleanupTimer;public MemoryCacheService(){_cleanupTimer = new Timer(_ => Cleanup(), null, 0, 60_000);}public object Get(string key) => _cache.TryGetValue(key, out var value) ? value : null;public void Dispose() => _cleanupTimer?.Dispose();
}// 注冊
services.AddSingleton<ICacheService, MemoryCacheService>();

優勢

1. 性能最佳：單次初始化，零實例化開銷
2. 全局狀態共享：跨請求共享數據
3. 資源集中管理：如連接池、線程池

劣勢

1. 線程安全風險：需手動實現同步機制

public class CounterService
{private int _count = 0;// 危險：非線程安全public void Increment() => _count++;// 正確：線程安全版本public void SafeIncrement() => Interlocked.Increment(ref _count);
}

2. 內存泄漏：意外持有引用導致GC無法回收
3. 啟動延遲：復雜單例初始化影響應用啟動時間

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三、生命周期對比分析

功能對比表

特性	Transient	Scoped	Singleton
實例創建時機	每次請求	作用域首次請求	全局首次請求
實例數量	多個	每作用域一個	全局一個
狀態共享范圍	無共享	作用域內共享	全局共享
線程安全要求	低	中等	高
適用場景	無狀態服務	請求級狀態	全局共享資源
內存管理	自動回收	作用域結束時回收	應用結束時回收
性能開銷	高（頻繁創建）	中等	低（單次創建）

性能基準測試

BenchmarkDotNet=v0.13.1, OS=Windows 10
Intel Core i7-11800H 2.30GHz, 1 CPU, 16 cores| 方法                | 調用次數 | 平均耗時 | 內存分配 |
|---------------------|---------|----------|----------|
| TransientResolve    | 10000   | 158 ns   | 32 B     |
| ScopedResolve       | 10000   | 76 ns    | 0 B      |
| SingletonResolve    | 10000   | 38 ns    | 0 B      |

典型錯誤案例

案例1：作用域泄漏

// 錯誤：單例中注入Scoped服務
builder.Services.AddSingleton<ReportService>();
builder.Services.AddScoped<DatabaseContext>();// 解決方案1：使用工廠方法
builder.Services.AddSingleton<ReportService>(provider => new ReportService(provider.GetRequiredService<DatabaseContext>));// 解決方案2：改為作用域服務
builder.Services.AddScoped<ReportService>();

案例2：線程競爭

public class CacheService
{private Dictionary<string, object> _cache = new();// 錯誤：非線程安全public void Add(string key, object value){_cache[key] = value;}// 正確：使用并發集合private ConcurrentDictionary<string, object> _safeCache = new();public void SafeAdd(string key, object value){_safeCache[key] = value;}
}

案例3：資源未釋放

public class FileService : IDisposable
{private FileStream _fileStream;public FileService(){_fileStream = File.Open("data.bin", FileMode.Open);}// 必須實現Disposepublic void Dispose(){_fileStream?.Dispose();}
}// 注冊（Singleton需顯式釋放）
builder.Services.AddSingleton<FileService>();

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四、生命周期決策樹

graph TDA[新服務注冊] --> B{是否有狀態？}B -->|無狀態| C[優先Transient]B -->|有狀態| D{狀態共享范圍？}D -->|請求級| E[選擇Scoped]D -->|應用級| F{是否線程安全？}F -->|是| G[選擇Singleton]F -->|否| H[重構為線程安全或選Scoped]C --> I{創建成本高？}I -->|是| J[考慮Scoped]I -->|否| K[保持Transient]G --> L{需要立即初始化？}L -->|是| M[預注冊實例]L -->|否| N[延遲初始化]E --> O[確保作用域邊界]G --> P[實現IDisposable]

五、最佳實踐指南

1. 默認選擇Transient

   • 除非有明確需求，否則優先無狀態服務

   // 好：無狀態服務使用Transient
   services.AddTransient<IValidator, EmailValidator>();
   

2. Scoped生命周期黃金法則

   • 一個請求對應一個工作單元

   services.AddScoped<OrderProcessingService>();
   

3. Singleton安全準則

   • 實現線程安全
   • 實現IDisposable
   • 避免依賴非Singleton服務

   public class SafeCache : ICache, IDisposable
   {private readonly ConcurrentDictionary<string, object> _store;private readonly Timer _timer;private readonly ReaderWriterLockSlim _lock = new();public void Dispose(){_timer?.Dispose();_lock?.Dispose();}
   }
   

4. 生命周期驗證

   // 啟用容器驗證
   var provider = services.BuildServiceProvider(validateScopes: true);
   

5. 混合生命周期策略

   public class HybridService
   {// 長周期依賴Singletonprivate readonly ICache _cache;// 短周期依賴Transient工廠private readonly Func<ITransientService> _factory;public HybridService(ICache cache,Func<ITransientService> factory){_cache = cache;_factory = factory;}public void Process(){// 按需創建Transient實例using var service = _factory();service.DoWork(_cache.GetData());}
   }
   

六、總結

1. Transient：輕量級無狀態服務的首選，但需警惕高頻創建的性能開銷
2. Scoped：請求敏感資源（如數據庫連接）的黃金標準，注意作用域邊界
3. Singleton：全局共享資源的最佳載體，但必須確保線程安全和資源釋放

架構師建議：在大型系統中采用分層生命周期策略：

• 基礎設施層（緩存、配置）：Singleton
• 領域服務層：Scoped
• 工具類/輔助服務：Transient

定期使用 .BuildServiceProvider(validateScopes: true) 檢測生命周期錯誤，
這對預防生產環境的內存泄漏和狀態污染至關重要。