EF Core预编译模型Compiled Model

前言

最近还在和 npgsql 与 EF Core 斗争，由于 EF Core 暂时还不支持 AOT，因此在 AOT 应用程序中使用 EF Core 时，会提示问题：

听这个意思，似乎使用 Compiled Model 可以解决问题，于是就又研究了一下 EF Core 的这个功能。

在 EF Core 中，模型根据实体类和配置构建，默认情况下，每次创建一个新的 DbContext 实例时，EF Core 都会构建模型。对于需要频繁创建 DbContext 实例的应用程序，这可能会导致性能问题。

Entity Framework Core（EF Core）的预编译模型（Compiled Model）对应提供了一种优化，在 EF Core 6 preview 5 中首次增加了这个功能，可以让设计人员预编译模型，避免在后续执行查询时动态生成模型。

预编译模型的优势

1. 性能提升：通过预编译模型，可以减少应用程序启动时的开销，特别是对于大型模型。

此处的启动时间，指 DbContext 的首次启动时间，由于延迟查询的机制，一般 DbContext 并不会在新建对象时完成启动，而是在首次执行插入或者查询时完成这个过程。

参考下图（来自参考 1）：

显然，随着模型的规模增大，启动时间线性增长；但是使用预编译模型后，启动时间和模型大小基本无关，保持在一个极低的水平。

1. 一致性：确保每个 DbContext 实例使用相同的模型配置。

使用预编译模型

1. 生成编译模型：
   使用 EF Core 命令行工具，命令：

dotnet ef dbcontext optimize

这将生成 DbContext 的预编译模型。我只有一个 POCO 类，生成了 3 个文件，类名称就是文件名称。

[DbContext(typeof(DataContext))]
public partial class DataContextModel : RuntimeModel
{
    static DataContextModel()
    {
        var model = new DataContextModel();
        model.Initialize();
        model.Customize();
        _instance = model;
    }

    private static DataContextModel _instance;
    public static IModel Instance => _instance;

    partial void Initialize();

    partial void Customize();
}

public partial class DataContextModel
{
    partial void Initialize()
    {
        var deviceDatum = DeviceDatumEntityType.Create(this);

        DeviceDatumEntityType.CreateAnnotations(deviceDatum);

        AddAnnotation("Npgsql:ValueGenerationStrategy", NpgsqlValueGenerationStrategy.IdentityByDefaultColumn);
        AddAnnotation("ProductVersion", "8.0.0-rc.2.23480.1");
        AddAnnotation("Relational:MaxIdentifierLength", 63);
        AddRuntimeAnnotation("Relational:RelationalModel", CreateRelationalModel());
    }

    private IRelationalModel CreateRelationalModel()
    {
	    // 这里面非常多描述类型的代码，节约篇幅我就不写全了。
        var relationalModel = new RelationalModel(this);

        var deviceDatum = FindEntityType("AspireSample.DeviceDatum")!;

        var defaultTableMappings = new List<TableMappingBase<ColumnMappingBase>>();
        deviceDatum.SetRuntimeAnnotation("Relational:DefaultMappings", defaultTableMappings);
        
	    ....
	    
        return relationalModel.MakeReadOnly();
    }
}

internal partial class DeviceDatumEntityType
{
    public static RuntimeEntityType Create(RuntimeModel model, RuntimeEntityType baseEntityType = null)
    {
        var runtimeEntityType = model.AddEntityType(
            "AspireSample.DeviceDatum",
            typeof(DeviceDatum),
            baseEntityType);

        var id = runtimeEntityType.AddProperty(
            "Id",
            typeof(string),
            propertyInfo: typeof(DeviceDatum).GetProperty("Id", BindingFlags.Public | BindingFlags.Instance | BindingFlags.DeclaredOnly),
            fieldInfo: typeof(DeviceDatum).GetField("<Id>k__BackingField", BindingFlags.NonPublic | BindingFlags.Instance | BindingFlags.DeclaredOnly),
            afterSaveBehavior: PropertySaveBehavior.Throw);
        id.TypeMapping = StringTypeMapping.Default.Clone(
            comparer: new ValueComparer<string>(
                (string v1, string v2) => v1 == v2,
                (string v) => v.GetHashCode(),
                (string v) => v),
            keyComparer: new ValueComparer<string>(
                (string v1, string v2) => v1 == v2,
                (string v) => v.GetHashCode(),
                (string v) => v),
            providerValueComparer: new ValueComparer<string>(
                (string v1, string v2) => v1 == v2,
                (string v) => v.GetHashCode(),
                (string v) => v),
            mappingInfo: new RelationalTypeMappingInfo(
                dbType: System.Data.DbType.String));
                
        ......

        var key = runtimeEntityType.AddKey(
            new[] { id });
        runtimeEntityType.SetPrimaryKey(key);

        return runtimeEntityType;
    }

    public static void CreateAnnotations(RuntimeEntityType runtimeEntityType)
    {
        runtimeEntityType.AddAnnotation("Relational:FunctionName", null);
        runtimeEntityType.AddAnnotation("Relational:Schema", null);
        runtimeEntityType.AddAnnotation("Relational:SqlQuery", null);
        runtimeEntityType.AddAnnotation("Relational:TableName", "devicedata");
        runtimeEntityType.AddAnnotation("Relational:ViewName", null);
        runtimeEntityType.AddAnnotation("Relational:ViewSchema", null);

        Customize(runtimeEntityType);
    }

    static partial void Customize(RuntimeEntityType runtimeEntityType);
}

可以看到，优化工具帮我们生成了非常多的代码，尤其是与类型描述相关的代码，因此，如果我们修改模型，那么必须重新执行一遍对应的生成指令。

2. 修改 DbContext：
   修改你的 DbContext 类，让它使用这个预编译模型。

protected override void OnConfiguring(DbContextOptionsBuilder optionsBuilder)
{
    if (!optionsBuilder.IsConfigured)
    {
        // 指定编译模型的使用
        optionsBuilder.UseModel(CompiledModels.MyCompiledModel.Instance);
    }
}

权衡利弊

核心优点：

1. 提升启动速度，对实体类型较多的 DbContext 尤其显著。

缺点：

1. 不支持全局查询过滤、Lazy loading proxies、Change tracking proxies 和自定义 IModelCacheKeyFactory 。
2. 每次修改模型都必须重新生成优化代码。

不支持的东西很多，每次修改模型还需要重新生成就非常麻烦，因此，如果不是真的启动速度已经非常慢了不建议使用。

后记

我在使用 EF Core 的 Compiled Model 之后依然提示相同的错误，后来发现错误是从 Reflection 相关类爆出的，而不是 EF Core 的相关类。所以错误里说的 Compiled Model 和 EF Core 的 Compiled Model 概念不同，应该指 AOT 不支持反射中动态加载，需要提前编译。现在 EF Core 还没完全准备好，因此，重申一下，EF Core 8 暂时不支持 AOT。

参考

• Announcing Entity Framework Core 6.0 Preview 5: Compiled Models - .NET Blog (microsoft.com)
• Advanced Performance Topics | Microsoft Learn