4.9 后台任务、缓存与健康检查

后台任务负责处理不适合卡在 HTTP 请求里的工作，缓存负责减少重复计算和重复访问外部依赖，健康检查负责告诉平台“应用现在能不能接流量”。三者都属于生产应用的基础能力，但都需要明确边界，不能用来掩盖业务流程设计问题。

学习目标

能使用 BackgroundService 编写周期性后台任务。
能区分内存缓存和分布式缓存的适用场景。
能为 API 配置存活检查和就绪检查。
能识别后台任务、缓存和健康检查中的常见生产风险。

应用场景

定时扫描逾期任务并发送提醒。
缓存首页统计、权限字典或外部配置，降低数据库压力。
部署后让负载均衡器判断实例是否可以接收请求。
后台同步第三方系统状态，避免用户请求长时间等待。

核心概念

概念	说明
`IHostedService`	ASP.NET Core 宿主启动和停止时管理的后台服务接口
`BackgroundService`	基于 `IHostedService` 的常用基类，适合长期运行任务
`IMemoryCache`	单进程内存缓存，简单快速，但多实例之间不共享
`IDistributedCache`	分布式缓存抽象，可接 Redis、SQL Server 等后端
Liveness	存活检查，回答进程是否还活着
Readiness	就绪检查，回答实例是否可以接收真实流量

案例：逾期任务提醒后台服务

后台服务应通过 DI 创建作用域，再解析 Scoped 服务，例如 DbContext 或应用服务。不要把 Scoped 服务直接注入长期存活的 Singleton 后台服务中。

public sealed class OverdueTodoReminderWorker(
    IServiceScopeFactory scopeFactory,
    ILogger<OverdueTodoReminderWorker> logger) : BackgroundService
{
    protected override async Task ExecuteAsync(CancellationToken stoppingToken)
    {
        using var timer = new PeriodicTimer(TimeSpan.FromMinutes(5));

        while (await timer.WaitForNextTickAsync(stoppingToken))
        {
            try
            {
                await SendRemindersAsync(stoppingToken);
            }
            catch (OperationCanceledException) when (stoppingToken.IsCancellationRequested)
            {
                break;
            }
            catch (Exception ex)
            {
                logger.LogError(ex, "Failed to send overdue todo reminders");
            }
        }
    }

    private async Task SendRemindersAsync(CancellationToken cancellationToken)
    {
        await using var scope = scopeFactory.CreateAsyncScope();
        var reminderService = scope.ServiceProvider.GetRequiredService<TodoReminderService>();

        var count = await reminderService.SendOverdueRemindersAsync(cancellationToken);
        logger.LogInformation("Sent {ReminderCount} overdue todo reminders", count);
    }
}

注册后台服务和业务服务：

builder.Services.AddScoped<TodoReminderService>();
builder.Services.AddHostedService<OverdueTodoReminderWorker>();

后台任务要支持取消令牌，应用停止时才能优雅退出。生产环境还要考虑任务幂等、失败重试、并发实例重复执行和任务执行时间超过间隔的问题。

示例：内存缓存

IMemoryCache 适合缓存成本较低、允许短暂不一致、单实例可接受的数据，例如首页统计摘要。

public sealed class TodoSummaryService(
    AppDbContext dbContext,
    IMemoryCache cache)
{
    public async Task<TodoSummaryDto> GetSummaryAsync(CancellationToken cancellationToken)
    {
        return await cache.GetOrCreateAsync("todo-summary", async entry =>
        {
            entry.AbsoluteExpirationRelativeToNow = TimeSpan.FromMinutes(1);
            entry.SlidingExpiration = TimeSpan.FromSeconds(20);

            var total = await dbContext.Todos.CountAsync(cancellationToken);
            var completed = await dbContext.Todos.CountAsync(
                todo => todo.IsCompleted,
                cancellationToken);

            return new TodoSummaryDto(total, completed);
        }) ?? new TodoSummaryDto(0, 0);
    }
}

注册缓存：

builder.Services.AddMemoryCache();
builder.Services.AddScoped<TodoSummaryService>();

缓存不是数据库。写操作完成后，要么删除相关缓存，要么接受短暂过期窗口。不要缓存包含用户敏感信息的大对象，也不要给无限增长的 Key 空间无上限缓存。

示例：分布式缓存

多实例部署时，内存缓存只在当前进程有效。需要跨实例共享缓存、会话或限流状态时，可以使用 IDistributedCache。

public sealed class PermissionCache(IDistributedCache cache)
{
    public async Task CachePermissionsAsync(
        string userId,
        IReadOnlyCollection<string> permissions,
        CancellationToken cancellationToken)
    {
        var json = JsonSerializer.Serialize(permissions);

        await cache.SetStringAsync(
            $"permissions:{userId}",
            json,
            new DistributedCacheEntryOptions
            {
                AbsoluteExpirationRelativeToNow = TimeSpan.FromMinutes(10),
            },
            cancellationToken);
    }
}

分布式缓存带来网络 IO 和序列化成本。只有当共享状态、跨实例一致性或缓存容量明显需要它时，再引入 Redis 等外部依赖。

示例：健康检查

存活检查通常只确认进程可响应；就绪检查应检查关键依赖，例如数据库或消息队列。

builder.Services
    .AddHealthChecks()
    .AddDbContextCheck<AppDbContext>("database", tags: ["ready"]);

var app = builder.Build();

app.MapHealthChecks("/health/live", new HealthCheckOptions
{
    Predicate = _ => false,
});

app.MapHealthChecks("/health/ready", new HealthCheckOptions
{
    Predicate = check => check.Tags.Contains("ready"),
});

/health/live 不应检查太多外部依赖，否则数据库短暂抖动可能导致平台误杀健康进程；/health/ready 可以更严格，用来控制是否接收流量。

重点难点

后台任务默认和 Web 应用运行在同一个进程中，长时间 CPU 密集任务会影响 API 响应。
多实例部署时，同一个 BackgroundService 可能在每个实例都运行，需要分布式锁、队列或单独 Worker 进程来控制重复执行。
缓存必须有过期策略和失效策略，不能只会写入不会删除。
健康检查端点不要泄露连接字符串、异常堆栈和内部拓扑。
对关键任务来说，消息队列通常比“定时扫库”更可靠。

常见误区

误区	推荐做法
在 HTTP 请求里同步等待长任务完成	接收请求后入队或记录任务，再由后台处理
后台服务直接注入 `DbContext`	注入 `IServiceScopeFactory`，每轮任务创建作用域
给所有查询都加缓存	只缓存热点、可过期、可接受短暂不一致的数据
健康检查越多越好	区分 live 和 ready，避免依赖抖动导致错误重启
缓存命中后不再考虑权限	权限仍要按当前用户和资源重新校验

练习

写一个每 10 分钟清理过期 Todo 草稿的 BackgroundService。
给任务统计接口增加 60 秒内存缓存，并在创建任务后删除缓存。
为数据库连接配置 /health/ready，为进程存活配置 /health/live。
思考多实例部署时，后台提醒任务如何避免重复发送。

学习目标​

应用场景​

核心概念​

案例：逾期任务提醒后台服务​

示例：内存缓存​

示例：分布式缓存​

示例：健康检查​

重点难点​

常见误区​

练习​

延伸阅读​