数据生成器Bogus的使用以及基于声明的扩展

引言

最近在整理代码，发现以前写的一个数据填充器写了一半没实现，而偏偏这段时间就要用到类似的功能，所以正好实现下。

目标

这个工具的目标是能够在项目初期快速搭建一个“数据提供器”，快速的为前端提供数据支撑，从而方便项目定型；当然，或许这不是一个正确的开发流程。不过存在决定方法，这里不讨论理想情况。基于这个目标，目前有两种方式：

1. 基于“仓储”的“伪实现”。由于项目框架中进行了仓储隔离，所以可以考虑为仓储提供一个“数据池”，在忽略业务的情形下快速提供数据。基于IoC的思想，这种实现中，业务层必须不晓得“假数据”的存在。所以不能让和这个组件相关的任何信息、任何代码倾入业务。也就是说，不能使用声明式的方案，得使用类似于EF的Map的方案。
2. 基于“应用程序层”的“伪实现”。第一个方案的缺点是仍然不够快，需要编写一定量的代码。所以第二个方案的特点是，全部基于Attribute声明，快速确定前后端需要传输的数据类型。因为这些定义的数据类型属于DTO，也没有必要去清理这些定义好的Attribute——而且，如果设计得当的话，完全可以将这些Attribute作为数据验证的依据。

选择

总的来说就是两个选择，要么自己实现，要么站在前人的基础上调整。
在Nuget上搜索了下Data Generater，发现不少的匹配项。找了其中一个下载量比较大的：

Bogus https://github.com/bchavez/Bogus

细看了下文档，感叹群众的眼睛果然是雪亮的。

扩展

Bogus完全符合[目标]这一节的第一点要求，但是没有发现基于Attribute的使用方式。所以决定自己扩展下。Bogus的配置入口是一个泛型类：Faker<>，配置方法是RuleFor，这个方法包含了2个重载，而且都是两个参数的。第一个参数都是一个MemberAccess的Lambda Expression，这个参数指示了你希望针对哪个属性配置。第二个参数是一个委托，指示了你希望如何返回值。该组件的Faker（非泛型）类型提供了丰富的数据提供方式。这也是这个组件最大的价值所在。以下是摘自GitHub的几个例子：

var testUsers = new Faker<User>()
    //Optional: Call for objects that have complex initialization
    .CustomInstantiator(f => new User(userIds++, f.Random.Replace("###-##-####")))

    //Basic rules using built-in generators
    .RuleFor(u => u.FirstName, f => f.Name.FirstName())
    .RuleFor(u => u.LastName, f => f.Name.LastName())
    .RuleFor(u => u.Avatar, f => f.Internet.Avatar())
    .RuleFor(u => u.UserName, (f, u) => f.Internet.UserName(u.FirstName, u.LastName))
    .RuleFor(u => u.Email, (f, u) => f.Internet.Email(u.FirstName, u.LastName))
    .RuleFor(u => u.SomethingUnique, f => $"Value {f.UniqueIndex}")
    .RuleFor(u => u.SomeGuid, Guid.NewGuid)

    //Use an enum outside scope.
    .RuleFor(u => u.Gender, f => f.PickRandom<Gender>())
    //Use a method outside scope.
    .RuleFor(u => u.CartId, f => Guid.NewGuid())
    //Compound property with context, use the first/last name properties
    .RuleFor(u => u.FullName, (f, u) => u.FirstName + " " + u.LastName)
    //And composability of a complex collection.
    .RuleFor(u => u.Orders, f => testOrders.Generate(3).ToList())
    //After all rules are applied finish with the following action
    .FinishWith((f, u) =>
        {
            Console.WriteLine("User Created! Id={0}", u.Id);
        });

var user = testUsers.Generate();

基于这个配置的例子，我们的思路也就清晰了。需要自定定义一个Attribute，声明某个属性需要填充数据。运行期间，我们需要分析这个类型的元素据，提取Attribute上的值，然后通过调用Bogus实现的Faker来为类型指定填充规则。而通过不同的Attribute（通常，会设计成继承于同一个基类）我们可以指定不同的数据填充方式。
首先，这里是我们定义的Attribute基类：

namespace DRapid.Utility.DataFaker.Core
{
    [AttributeUsage(AttributeTargets.Property)]
    public abstract class BogusAttribute : Attribute
    {
        /// <summary>
        /// 返回一个指定的值提供器
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        public abstract Func<Faker, object> GetValueProvider();

        public static Random Random = new Random();
    }
}

这是一个抽象类，因为我们必须要求所有的Attribute指明如何填充某个属性。抽象方法的返回值是一个委托，而且兼容Bogus的委托的定义——这样，我们就可以充分利用Bogus内建的大量功能。例如，下面就是一个随机填充一个姓名的实现：

    /// <summary>
    /// 指示数据填充器使用一个[全名]填充属性
    /// </summary>
    public class BogusFullNameAttribute : BogusAttribute
    {
        public Name.Gender Gender { get; set; }

        public override Func<Faker, object> GetValueProvider()
        {
            return f => f.Name.FindName(null, null, null, null, Gender);
        }
    }

接下来我们需要实现自己的调用入口。在这个实现中，有点麻烦的就是要在运行期间进行泛型相关的操作。否则就无法正确的转接到Bogus的基础实现中，所以会稍微用到一些运行时“编译”：

        /// <summary>
        /// 为指定的类型机型假数据配置
        /// </summary>
        /// <param name="type"></param>
        public static object Config(Type type)
        {
            var gType = typeof (Faker<>).MakeGenericType(type);
            dynamic dGenerator = Activator.CreateInstance(gType, "zh-cn", null);
            var properties = type.GetProperties(BindingFlags.Public
                                                | BindingFlags.Instance
                                                | BindingFlags.SetProperty);
            foreach (var propertyInfo in properties)
            {
                var attr = propertyInfo.GetCustomAttribute<BogusAttribute>();
                if (attr != null)
                {
                    var builderType = typeof (PropertyExpressionBuilder<,>)
                        .MakeGenericType(type, propertyInfo.PropertyType);
                    dynamic builder = Activator.CreateInstance(builderType);
                    var expression = builder.Build(propertyInfo);
                    var valueProvider = attr.GetValueProvider();
                    var paramExp = Expression.Parameter(typeof (Faker));
                    var invokeExp = Expression.Invoke(Expression.Constant(valueProvider), paramExp);
                    var nullCheckExp = Expression.Equal(Expression.Constant(null), invokeExp);
                    var convertExp = Expression.Convert(invokeExp, propertyInfo.PropertyType);
                    var conditionExp = Expression.Condition(nullCheckExp,
                        Expression.Default(propertyInfo.PropertyType),
                        convertExp);
                    dynamic providerExp = Expression.Lambda(conditionExp, paramExp);
                    dGenerator.RuleFor(expression, providerExp.Compile());
                }
            }
            object exConfigs;
            if (_externalConfigs.TryGetValue(type, out exConfigs))
            {
                dynamic dList = exConfigs;
                foreach (var dItem in dList)
                {
                    dGenerator.RuleFor(dItem.Item1, dItem.Item2);
                }
            }
            return dGenerator;
        }

这里使用了lambda表达式树来在运行期间生成一些代码，同时使用了若干个线程安全的字典来保证只对一个类型配置一次。这个Config方法所做的事情，正如上文所述，就是很明确的两件：1，分析类型的元数据；2，调用Faker<>的RuleFor方法。而大部分的代码是为了做第二件事做准备——构造调用RuleFor方法所需要的参数，仅此而已。以下是完整的实现：

public class BogusDataStore
    {
        private static ConcurrentDictionary<Type, object>
            _fakers = new ConcurrentDictionary<Type, object>();

        private static ConcurrentDictionary<string, object>
            _fakeLists = new ConcurrentDictionary<string, object>();

        private static ConcurrentDictionary<Type, object>
            _externalConfigs = new ConcurrentDictionary<Type, object>();

        private static ConcurrentDictionary<string, IList>
            _randomSource = new ConcurrentDictionary<string, IList>();

        /// <summary>
        /// 为指定的类型机型假数据配置
        /// </summary>
        /// <param name="type"></param>
        public static object Config(Type type)
        {
            var gType = typeof (Faker<>).MakeGenericType(type);
            dynamic dGenerator = Activator.CreateInstance(gType, "zh-cn", null);
            var properties = type.GetProperties(BindingFlags.Public
                                                | BindingFlags.Instance
                                                | BindingFlags.SetProperty);
            foreach (var propertyInfo in properties)
            {
                var attr = propertyInfo.GetCustomAttribute<BogusAttribute>();
                if (attr != null)
                {
                    var builderType = typeof (PropertyExpressionBuilder<,>)
                        .MakeGenericType(type, propertyInfo.PropertyType);
                    dynamic builder = Activator.CreateInstance(builderType);
                    var expression = builder.Build(propertyInfo);
                    var valueProvider = attr.GetValueProvider();
                    var paramExp = Expression.Parameter(typeof (Faker));
                    var invokeExp = Expression.Invoke(Expression.Constant(valueProvider), paramExp);
                    var nullCheckExp = Expression.Equal(Expression.Constant(null), invokeExp);
                    var convertExp = Expression.Convert(invokeExp, propertyInfo.PropertyType);
                    var conditionExp = Expression.Condition(nullCheckExp,
                        Expression.Default(propertyInfo.PropertyType),
                        convertExp);
                    dynamic providerExp = Expression.Lambda(conditionExp, paramExp);
                    dGenerator.RuleFor(expression, providerExp.Compile());
                }
            }
            object exConfigs;
            if (_externalConfigs.TryGetValue(type, out exConfigs))
            {
                dynamic dList = exConfigs;
                foreach (var dItem in dList)
                {
                    dGenerator.RuleFor(dItem.Item1, dItem.Item2);
                }
            }
            return dGenerator;
        }

        /// <summary>
        /// 为指定的类型生成一个对象并填充数据
        /// </summary>
        /// <typeparam name="T"></typeparam>
        /// <returns></returns>
        public static T Generate<T>() where T : class
        {
            var faker = _fakers.GetOrAdd(typeof (T), Config);
            return (faker as Faker<T>).IfNotNull(i => i.Generate());
        }

        /// <summary>
        /// 为指定的类型生成一个集合并填充数据
        /// </summary>
        /// <typeparam name="T"></typeparam>
        /// <param name="count"></param>
        /// <returns></returns>
        public static IList<T> Generate<T>(int count) where T : class
        {
            var faker = _fakers.GetOrAdd(typeof (T), Config);
            return (faker as Faker<T>).IfNotNull(i => i.Generate(count).ToList());
        }

        /// <summary>
        /// 为指定的数据生成一个集合，并填充数据，使用指定的key在内存中存储
        /// </summary>
        /// <typeparam name="T"></typeparam>
        /// <param name="count"></param>
        /// <param name="key"></param>
        /// <param name="refreshAll"></param>
        /// <returns></returns>
        public static IList<T> GenerateOrGet<T>(int count, string key = null,
            bool refreshAll = false) where T : class
        {
            key = key.IsNullOrWhiteSpace() ? typeof (T).FullName : key;
            // ReSharper disable once AssignNullToNotNullAttribute
            var list = (List<T>) _fakeLists.GetOrAdd(key, i => new List<T>());
            lock (list)
            {
                if (refreshAll)
                {
                    list.Clear();
                }
                var countToFill = count - list.Count;
                if (countToFill > 0)
                {
                    var items = Generate<T>(countToFill);
                    list.AddRange(items);
                }
            }
            return list;
        }

        /// <summary>
        /// 为指定的类型指定特定的值提供器
        /// </summary>
        /// <typeparam name="TInstance"></typeparam>
        /// <typeparam name="TProperty"></typeparam>
        /// <param name="exp"></param>
        /// <param name="valueProvider"></param>
        public static void RuleFor<TInstance, TProperty>(Expression<Func<TInstance, TProperty>> exp,
            Func<Faker, TInstance, TProperty> valueProvider) where TInstance : class
        {
            var exConfigs = _externalConfigs.GetOrAdd(typeof (TInstance),
                k => new List<Tuple<Expression<Func<TInstance, TProperty>>, Func<Faker, TInstance, TProperty>>>());
            var configList = (List<Tuple<Expression<Func<TInstance, TProperty>>,
                Func<Faker, TInstance, TProperty>>>) exConfigs;
            var item = new Tuple<Expression<Func<TInstance, TProperty>>,
                Func<Faker, TInstance, TProperty>>(exp, valueProvider);
            configList.Add(item);
        }

        /// <summary>
        /// 使用指定的键和值配置随机生成器的数据源
        /// </summary>
        /// <param name="key"></param>
        /// <param name="randomSet"></param>
        public static void ConfigRandomSet(string key, IList randomSet)
        {
            _randomSource.TryAdd(key, randomSet);
        }

        /// <summary>
        /// 尝试使用指定的键获取一个随机数据源
        /// </summary>
        /// <param name="key"></param>
        public static IList TryGetRandomSet(string key)
        {
            IList result;
            _randomSource.TryGetValue(key, out result);
            return result;
        }
    }

public class PropertyExpressionBuilder<TInstance, TProperty>
    {
        public Expression<Func<TInstance, TProperty>> Build(PropertyInfo propertyInfo)
        {
            var param = Expression.Parameter(typeof (TInstance));
            var memberAccess = Expression.MakeMemberAccess(param, propertyInfo);
            return Expression.Lambda<Func<TInstance, TProperty>>(memberAccess, param);
        }
    }

在这个实现中，额外做了以下事情：

• 兼容Bogus默认的配置方式，从而解决一些无法使用特性配置的问题
• 实现一个基于内存的存储方式，方便使用
• 实现一个“随机数据池”，使得可以随机从这个池中提取一个项，作为假数据的一个值

测试

1. 对于声明的类型：

public class Person
        {
            [BogusFullName]
            public string FakeName { get; set; }

            public string Name
            {
                get { return LastName + FirstName; }
            }

            [BogusFirstName]
            public string FirstName { get; set; }

            [BogusLastName]
            public string LastName { get; set; }

            [BogusRandomCodeText("###-???-***")]
            public string JobCode { get; set; }

            [BogusJobType]
            public string JobType { get; set; }

            [BogusJobTitle]
            public string JobTitle { get; set; }

            [BogusRandomInt(MaxValue = 100, MinValue = 0)]
            public int Age { get; set; }

            [BogusRandomItem("genders")]
            public Name.Gender Gender { get; set; }

            [BogusRandomBool]
            public bool HasWife { get; set; }

            [BogusRandomDouble]
            public double Score { get; set; }
        }

将生成如下结果：

{"FakeName":"Mack Hackett MD","Name":"HoegerTiana","FirstName":"Tiana","LastName":"Hoeger","JobCode":"666-QTX-YUC","JobType":"Architect","JobTitle":"Central Interactions Supervisor","Age":36,"Gender":1,"HasWife":false,"Score":-9.2717476334228441E+307}

2. 对于生成10w个1中所述的类型的对象，将耗时：

4556ms

更多

总的来说，这只是个demo。如果要做的更完善的话，还需要考虑以下几个问题：

1. 更丰富的内容支持
2. 本地化支持
   ...