【C# 8.0数据库操作技巧】：Entity Framework Core完全指南

# 摘要
Entity Framework Core (EF Core) 是一个轻量级、跨平台的.NET对象关系映射器，它允许开发者以.NET对象的形式操作数据库。本文从基础知识入手，详细介绍了EF Core的安装、核心概念、模型构建、数据库迁移、LINQ基础、高级特性和性能优化。接着，文中探讨了EF Core在Web应用中的集成、数据库初始化、单元测试和实际案例应用。最后，文章深入分析了EF Core的高级优化策略，如映射技巧、性能调优、监控和自定义扩展，以及多租户架构、高流量Web应用中的应用和系统迁移时的数据兼容性问题。通过这些内容，本文旨在为开发者提供全面的指导，帮助他们在各种应用场景中高效、可靠地使用EF Core。

# 关键字
Entity Framework Core；模型构建；数据库迁移；LINQ；性能优化；多租户架构；系统迁移

参考资源链接：[.NET Core 3.0与C# 8.0在DevOps中的组织架构影响](https://wenku.csdn.net/doc/281530kbv2?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. Entity Framework Core简介与安装

## 简介
Entity Framework Core（简称EF Core）是.NET的官方对象关系映射（ORM）框架，它允许开发者使用.NET语言编写数据访问代码，而不需要关心底层数据库的具体实现细节。EF Core支持多种数据库，包括SQL Server、PostgreSQL、MySQL等，并能够跨平台在Windows、Linux、macOS上运行。

## 安装
安装Entity Framework Core通常通过包管理器（NuGet）完成。在.NET Core项目中，你可以在`csproj`文件中添加对应的依赖项。例如，要添加支持SQL Server的EF Core包，你可以添加如下代码：

<ItemGroup>
  <PackageReference Include="Microsoft.EntityFrameworkCore.SqlServer" Version="3.1.0" />
</ItemGroup>

确保在添加了新的依赖项后，通过包管理器控制台执行`Update-Package`命令，以便下载并安装最新版本的包。

安装EF Core之后，你需要配置数据库上下文（DbContext），这是与数据库交互的主要类，用于定义数据模型和数据库操作。然后，可以使用EF Core提供的工具进行数据库迁移，以创建数据库并同步模型变更。

# 2. Entity Framework Core核心概念

## 2.1 模型构建基础

### 2.1.1 实体类与数据注解

在Entity Framework Core中，实体类是数据模型的基石。实体类表示数据库中的表，每个实体类的实例对应表中的一行数据。为了将实体类映射到数据库表，EF Core提供了一系列数据注解（Data Annotations）来指导代码优先（Code First）的设计模式。

数据注解主要应用于实体类的属性上，用于定义列的类型、是否允许为空、主键和索引等。例如，`[Required]`表示字段是必填的，`[StringLength]`限制字符串字段的长度，而`[Key]`用于标识主键。这些注解为开发者提供了快速而简洁的方式来定义数据模型，而无需编写额外的Fluent API代码。

#### 示例代码

public class Blog
{
    [Key]
    public int BlogId { get; set; } // 主键
    [Required]
    public string Url { get; set; } // 非空字段
    [StringLength(100)]
    public string Name { get; set; } // 字符串长度限制

    public List<Post> Posts { get; set; } // 导航属性
}

在这个例子中，`Blog`类通过数据注解被定义为一个实体类，其中`BlogId`属性被标记为表的主键，`Url`属性是必填字段，而`Name`属性的长度不能超过100个字符。使用数据注解简化了实体类的定义，使得模型构建更为直观和易于管理。

### 2.1.2 数据库上下文的作用与配置

数据库上下文（DbContext）是Entity Framework Core中用于处理数据操作的核心类。它负责管理实体对象的生命周期，为实体类与数据库之间的交互提供服务，并且作为查询数据库和保存更改的入口点。

在配置DbContext时，我们通常需要指定实体类集（DbSet Properties），这些类集对应数据库中的表。另外，DbContext还需要配置数据库连接字符串，以指定数据源。通过继承`DbContext`类并配置这些属性，我们可以构建出针对特定数据库的上下文类。

#### 示例代码

public class BloggingContext : DbContext
{
    public BloggingContext(DbContextOptions<BloggingContext> options)
        : base(options)
    {
    }

    public DbSet<Blog> Blogs { get; set; }
    public DbSet<Post> Posts { get; set; }

    protected override void OnModelCreating(ModelBuilder modelBuilder)
    {
        modelBuilder.Entity<Blog>().ToTable("Blog");
        modelBuilder.Entity<Post>().ToTable("Post");
    }
}

在这个例子中，`BloggingContext`类继承自`DbContext`，并在其构造函数中接受一个`DbContextOptions`对象，该对象包含数据库连接字符串等配置信息。`OnModelCreating`方法则用于进一步配置EF Core模型，此处通过Fluent API明确指定每个DbSet对应的数据库表。

## 2.2 数据库迁移操作

### 2.2.1 迁移的基本使用

数据库迁移是Entity Framework Core用来同步数据模型和数据库结构的机制。当数据模型发生变更时，开发者可以通过迁移来更新数据库的结构，而不是直接手动修改数据库。

使用迁移的基本流程如下：

1. 在实体类中添加或修改属性。
2. 使用EF Core的命令行工具或NuGet包管理器控制台创建迁移脚本。
3. 更新数据库以反映模型的变化。

EF Core支持两种迁移方式：代码优先和数据库优先。在代码优先方法中，实体类首先被定义，然后EF Core的迁移功能生成数据库脚本。而在数据库优先方法中，数据库已经存在，并且EF Core会根据数据库结构生成模型代码。

#### 迁移命令示例

Add-Migration InitialCreate -Context BloggingContext
Update-Database -Context BloggingContext

使用`Add-Migration`命令创建一个新的迁移，名为`InitialCreate`。这个命令会检查模型和数据库之间的差异，然后生成一个包含所需变更的迁移类。`Update-Database`命令则将这些变更应用到数据库中。

### 2.2.2 迁移的高级技巧与故障排除

尽管迁移为模型变更提供了一种结构化的方式，但在实际操作过程中，开发者可能会遇到一些常见问题。一些高级技巧可以帮助开发者更有效地使用迁移，如创建空迁移、回滚迁移、迁移依赖等。

例如，创建空迁移允许开发者手动编写迁移脚本而不通过EF Core自动生成，这在复杂的变更场景中非常有用。回滚迁移可以撤销上一次对数据库的更新，这在测试或修复迁移错误时非常方便。

#### 空迁移创建示例

Add-Migration MyEmptyMigration -OutputDir Migrations/Empty -Context BloggingContext

此命令创建一个空的迁移，并将迁移类放置在指定的输出目录中。开发者可以在该迁移类中添加自定义的SQL命令。

## 2.3 查询与LINQ基础

### 2.3.1 查询数据的常用方法

在Entity Framework Core中，LINQ（语言集成查询）是查询数据的首选方法。它允许开发者使用.NET语言特性来编写查询，而不是使用SQL语法。EF Core支持查询表达式和方法链两种风格的LINQ查询。

#### 查询示例

var blogs = _context.Blogs
    .Where(b => b.Rating > 3)
    .OrderByDescending(b => b.Rating)
    .Take(10)
    .ToList();

在上述代码示例中，`Where`方法用于筛选评分大于3的博客，`OrderByDescending`用于按评分降序排列结果，`Take`用于选择前10个博客，最后`ToList`执行查询并返回结果。

### 2.3.2 LINQ to Entities核心用法

LINQ to Entities是LINQ的一个核心扩展，专门用于Entity Framework Core。它可以将.NET方法转换为数据库查询，并在数据库中执行，从而提高性能和可维护性。

在使用LINQ to Entities时，开发者可以利用表达式树来表达查询条件，EF Core可以解析这些表达式并生成相应的SQL语句。这使得开发者可以编写类型安全的查询，同时保持与数据库的灵活性和交互性。

#### LINQ to Entities示例

var blogWithHighRating = _context.Blogs
    .FirstOrDefault(b => b.Rating > 5 && b.Active);

在这个查询中，`FirstOrDefault`方法用于获取满足特定条件的第一个博客，这里条件是评分大于5且博客是活跃的。这个查询利用了表达式树进行条件筛选，并通过EF Core转换为数据库可执行的SQL语句。

以上内容展示了Entity Framework Core中模型构建的基础，包括实体类的定义和数据注解的使用，以及DbContext类的作用和配置。同时，深入探讨了迁移操作的高级技巧，包括空迁移和回滚迁移的使用。最后，对LINQ查询的常用方法和LINQ to Entities的使用进行了详细说明，为使用Entity Framework Core进行数据查询打下了坚实的基础。

# 3. Entity Framework Core高级特性

## 3.1 依赖注入与仓储模式

### 3.1.1 实现依赖注入

在现代的ASP.NET Core应用程序中，依赖注入（DI）是一个核心概念。依赖注入是一种设计模式，允许我们实现控制反转（IoC），即代码不必依赖于它如何创建或获取依赖对象，而是在运行时由外部提供。

Entity Framework Core自然地支持依赖注入，通过注册它为作用域服务，可以在请求时自动解析上下文。这意味着我们不需要手动创建和管理`DbContext`实例，因为它们会由DI容器在需要时创建。

下面是如何在ASP.NET Core中注册`DbContext`到DI容器的示例代码：

public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
{
    // 注册数据库上下文类到服务容器
    services.AddDbContext<MyDbContext>(
        // 使用配置文件中指定的连接字符串
        options => options.UseSqlServer(Configuration.GetConnectionString("DefaultConnection"))
    );
}

在上述代码块中，`AddDbContext`方法用于将数据库上下文注册到服务容器中。`UseSqlServer`方法配置了EF Core使用SQL Server提供者，并通过`GetConnectionString