[ASP.NET Core 3框架揭秘] 文件系统[3]：物理文件系统

ASP.NET Core应用中使用得最多的还是具体的物理文件，比如配置文件、View文件以及作为Web资源的静态文件。物理文件系统由定义在NuGet包“Microsoft.Extensions.FileProviders.Physical”中的PhysicalFileProvider来构建。我们知道System.IO命名空间下定义了一整套针操作物理目录和文件的API，实际上PhysicalFileProvider最终也是通过调用这些API来完成相关的IO操作。

public class PhysicalFileProvider : IFileProvider, IDisposable
{
    public PhysicalFileProvider(string root);   

    public IFileInfo GetFileInfo(string subpath);
    public IDirectoryContents GetDirectoryContents(string subpath);
    public IChangeToken Watch(string filter);

    public void Dispose();
}

一、PhysicalFileInfo

一个PhysicalFileProvider对象总是映射到某个具体的物理目录上，被映射的目录所在的路径通过构造函数的参数root来提供，该目录将作为PhysicalFileProvider的根目录。GetFileInfo方法返回的IFileInfo对象代表指定路径对应的文件，这是一个类型为PhysicalFileInfo的对象。一个物理文件可以通过一个System.IO.FileInfo对象来表示，一个PhysicalFileInfo对象实际上就是对该对象的封装，定义在PhysicalFileInfo的所有属性都来源于这个FileInfo对象。对于创建读取文件输出流的CreateReadStream方法来说，它返回的是一个根据物理文件绝对路径创建的FileStream对象。

public class PhysicalFileInfo : IFileInfo
{
    ...
    public PhysicalFileInfo(FileInfo info);
}

对于PhysicalFileProvider的GetFileInfo方法来说，即使我们指定的路径指向一个具体的物理文件，它并不总是会返回一个PhysicalFileInfo对象。PhysicalFileProvider会将一些场景视为“目标文件不存在”，并让GetFileInfo方法返回一个NotFoundFileInfo对象。具体来说，PhysicalFileProvider的GetFileInfo方法在如下的场景中会返回一个NotFoundFileInfo对象：

• 确实没有一个物理文件与指定的路径相匹配。
• 如果指定的是一个绝对路径（比如“c:\foobar”），即Path.IsPathRooted方法返回True。
• 如果指定的路径指向一个隐藏文件。

顾名思义，具有如下定义的NotFoundFileInfo类型表示一个“不存在”的文件。NotFoundFileInfo对象的Exists属性总是返回False，而其他的属性则变得没有任何意义。当我们调用它的CreateReadStream试图读取一个根本不存在的文件内容时，会抛出一个FileNotFoundException类型的异常。

public class NotFoundFileInfo : IFileInfo
{
    public bool Exists => false;
    public long Length => throw new NotImplementedException();
    public string PhysicalPath => null;
    public string Name { get; }
    public DateTimeOffset LastModified => DateTimeOffset.MinValue;
    public bool IsDirectory => false; 

    public NotFoundFileInfo(string name) => this.Name = name;
    public Stream CreateReadStream() => throw new FileNotFoundException($"The file {Name} does not exist.");
}

二、PhysicalDirectoryInfo

PhysicalFileProvider利用一个PhysicalFileInfo对象来描述某个具体的物理文件，而一个物理目录则通过一个PhysicalDirectoryInfo的对象来描述。既然PhysicalFileInfo是对一个FileInfo对象的封装，那么我们应该想得到PhysicalDirectoryInfo对象封装的就是表示目录的DirectoryInfo对象。如下面的代码片段所示，我们需要在创建一个PhysicalDirectoryInfo对象时提供这个DirectoryInfo对象，PhysicalDirectoryInfo实现的所有属性的返回值都来源于这个DirectoryInfo对象。由于CreateReadStream方法的目的总是读取文件的内容，所以PhysicalDirectoryInfo类型的这个方法会抛出一个InvalidOperationException类型的异常。

public class PhysicalDirectoryInfo : IFileInfo
{
    ...
    public PhysicalDirectoryInfo(DirectoryInfo info);
}

三、PhysicalDirectoryContents

当我们调用PhysicalFileProvider的GetDirectoryContents方法时，如果指定的路径指向一个具体的目录，那么该方法会返回一个类型为PhysicalDirectoryContents的对象。PhysicalDirectoryContents是一个IFileInfo对象的集合，该集合中包括所有描述子目录的PhysicalDirectoryInfo对象和描述文件的PhysicalFileInfo对象。PhysicalDirectoryContents的Exists属性取决于指定的目录是否存在。

public class PhysicalDirectoryContents : IDirectoryContents
{
    public bool Exists { get; }
    public PhysicalDirectoryContents(string directory);
    public IEnumerator<IFileInfo> GetEnumerator();
    IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator();
}

四、NotFoundDirectoryContents

如果指定的路径并不指向一个存在的目录，或者指定的是一个绝对路径，GetDirectoryContents方法都会返回一个Exsits为False的NotFoundDirectoryContents对象。如下所示的代码片段展示了NotFoundDirectoryContents类型的定义，如果我们需要使用到这么一个类型，可以直接利用静态属性Singleton得到对应的单例对象。

public class NotFoundDirectoryContents : IDirectoryContents
{
    public static NotFoundDirectoryContents Singleton { get; }  = new NotFoundDirectoryContents();
    public bool Exists => false;
    public IEnumerator<IFileInfo> GetEnumerator()  => Enumerable.Empty<IFileInfo>().GetEnumerator();
    IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator() => GetEnumerator();
}

五、PhysicalFilesWatcher

我们接着来谈谈PhysicalFileProvider的Watch方法。当我们调用该方法的时候，PhysicalFileProvider会通过解析我们提供的Globbing Pattern表达式来确定我们期望监控的文件或者目录，并最终利用FileSystemWatcher对象来对这些文件实施监控。这些文件或者目录的变化（创建、修改、重命名和删除等）都会实时地反映到Watch方法返回的IChangeToken上。

PhysicalFileProvider的Watch方法中指定的Globbing Pattern表达式必须是针对当前根目录的相对路径，我们可以使用“/”或者“./”前缀，也可以不采用任何前缀。一旦我们使用了绝对路径（比如“c:\test\*.txt”）或者“../”前缀（比如“../test/*.txt”），不论解析出来的文件是否存在于PhysicalFileProvider的根目录下，这些文件都不会被监控。除此之外，如果我们没有指定Globbing Pattern表达式，PhysicalFileProvider也不会有任何的文件会被监控。

PhysicalFileProvider针对物理文件系统变化的监控是通过如下这个PhysicalFilesWatcher对象实现的，其Watch方法内部会直接调用PhysicalFileProvider的CreateFileChangeToken方法，并返回得到的IChangeToken对象。这是一个公共类型，如果我们具有监控物理文件系统变化的需要，可以直接使用这个类型。

public class PhysicalFilesWatcher: IDisposable
{
    public PhysicalFilesWatcher(string root, FileSystemWatcher fileSystemWatcher, bool pollForChanges);
    public IChangeToken CreateFileChangeToken(string filter);
    public void Dispose();
}

从PhysicalFilesWatcher构造函数的定义我们不难看出，它最终是利用一个FileSystemWatcher对象（对应于fileSystemWatcher参数）来完成针对指定根目录下（对应于root参数）所有子目录和文件的监控。FileSystemWatcher的CreateFileChangeToken方法返回的IChangeToken对象会帮助我们感知到子目录或者文件的添加、删除、修改和重命名，但是它会忽略隐藏的目录和文件。最后需要提醒的是，当我们不再需要对指定目录实施监控的时候，记得调用PhysicalFileProvider的Dispose方法，该方法会负责将FileSystemWatcher对象关闭。

六、小结

我们借助下图所示的UML来对由PhysicalFileProvider构建物理文件系统的整体设计做一个简单的总结。首先，该文件系统使用PhysicalDirectoryInfo和PhysicalFileInfo对类型来描述目录和文件，它们分别是对DirectoryInfo和FileInfo（System.IO.FileInfo）对象的封装。

PhysicalFileProvider的GetDirectoryContents方法返回一个PhysicalDirectoryContents 对象（如果指定的目录存在），组成该对象的分别是根据其所有子目录和文件创建的PhysicalDirectoryInfo和PhysicalFileInfo对象。当我们调用PhysicalFileProvider的GetFileInfo方法时，如果指定的文件存在，返回的是描述该文件的PhysicalFileInfo对象。至于PhysicalFileProvider的Watch方法，它最终利用了FileSystemWatcher来监控指定文件或者目录的变化。

[ASP.NET Core 3框架揭秘] 文件系统[1]：抽象的“文件系统”
[ASP.NET Core 3框架揭秘] 文件系统[2]：总体设计
[ASP.NET Core 3框架揭秘] 文件系统[3]：物理文件系统
[ASP.NET Core 3框架揭秘] 文件系统[4]：程序集内嵌文件系统