如何在 ASP.NET Core 测试中操纵时间？

有时候，我们会遇到一些跟系统当前时间相关的需求，例如：

只有开学季才允许录入学生信息
只有到了晚上或者周六才允许备份博客
注册满 3 天的用户才允许进行一些操作
某用户在 24 小时内被禁止发言

很显然，要实现这些功能的代码多多少少要用到 DateTime.Now 这个静态属性，然而要使用单元测试或者集成测试对上述需求进行验证，往往需要采用一些曲线救国的方法甚至是直接跳过这些测试，这是因为在 .Net 中，DateTime.Now 通常难以被 Mock 。这时候我就要夸一夸 Angular 的测试工具了，较完美的提供了 Date 对象的 Mock 方法，所以在编写测试代码的时候可以很容易的操纵 “当前时间”。

在网上一番查阅过后，我发现 .Net FrameWork 中曾经是有这样的工具的，不仅仅是 Mock DateTime.Now，其他的很多来自于 mscorlib.dll 的方法、属性也可以被 Mock。这类工具根据工作原理大致分为三类，第一类是提供了一个生成假 mscorlib.dll 的方法，然后再把生成出来的假的 dll 添加到测试项目中，第二类则是在运行时创建一个独立的 AppDomain，然后在这个 AppDomain 中加载程序集的时候临时生成一个内存中的假程序集替换进去，还有一种则是直接在运行时修改目标函数/属性的引用地址。这三种解决方案中，我个人更倾向于第二种 —— 更加灵活，而且不会改变现有流程。不过，这些搜索到的结果基本上都是面向 .Net Framework 开发的，能支持 .Net Core 而且不收费的工具，我现在还没找到。现在我在关注的是 Smocks 这个项目，也尝试过把他迁移到 .Net Core 上，结果因为 netstandard 中缺少必要 API 而告终，看微软的开发进度，他们估计要到 .Net Core 3.0 才会补上这些 API，这个项目能等，但我手头上的项目等不起啊，没办法，只能先拙劣的替换 DateTime.Now 来实现类似的功能了。

用什么来代替 `DateTime.Now` ？

一个合格的 DateTime.Now 的替代品满足以下需求：

由于测试用例往往是多线程并行随机执行，所以替代品在线程间需要相互隔离
在集成测试中，ASP.NET Core 服务端代码与测试代码并不是运行在同一个线程中的，这时候，替代品需要能够在线程中共享
能够随时的设置当前时间
在生产环境中，必须与 DateTime.Now 功能一致
替代品的签名要与 DateTime.Now 一致

在爆栈网上的这个答案的基础上，我自己改造了一个在 ASP.NET Core 集成测试中可用的 SystemClock 类：

/// <summary>
/// Provides access to system time while allowing it to be set to a fixed <see cref="DateTime"/> value.
/// </summary>
/// <remarks>
/// This class is thread safe.
/// </remarks>
public static class SystemClock
{
    private static readonly Func<DateTime> Default = () => DateTime.Now;
    public static ThreadLocal<string> ClockId = new ThreadLocal<string>(() => "prod");
    public static Dictionary<string, Func<DateTime>> ClocksMap = new Dictionary<string, Func<DateTime>>()
    {
        ["prod"] = Default
    };
    private static DateTime GetTime()
    {
        var fn = ClocksMap[ClockId.Value] ?? Default;
        return fn();
    }
    /// <inheritdoc cref="DateTime.Today"/>
    public static DateTime Today => GetTime().Date;
    /// <inheritdoc cref="DateTime.Now"/>
    public static DateTime Now => GetTime();
    /// <inheritdoc cref="DateTime.UtcNow"/>
    public static DateTime UtcNow => GetTime().ToUniversalTime();
    /// <summary>
    /// Sets a fixed (deterministic) time for the current thread to return by <see cref="DateTime"/>.
    /// </summary>
    public static void Set(DateTime time)
    {
        if (time.Kind != DateTimeKind.Local)
            time = time.ToLocalTime();
        ClocksMap[ClockId.Value] = () => time;
    }
    /// <summary>
    /// Initialize clock with an id, so that you can share the clock across threads.
    /// </summary>
    /// <param name="clockId"></param>
    public static void Init(string clockId)
    {
        ClockId.Value = clockId;
        if (ClocksMap.ContainsKey(clockId) == false)
        {
            ClocksMap[clockId] = Default;
        }
    }
    /// <summary>
    /// Resets <see cref="SystemClock"/> to return the current <see cref="DateTime.Now"/>.
    /// </summary>
    public static void Reset()
    {
        ClocksMap[ClockId.Value] = Default;
    }
}

在产品代码中，需要手动的把所有的 DateTime.Now 替换成 SystemClock.Now。

在测试代码中，需要先手动调用 SystemClock.Init(clockId) 来进行初始化，它会把传入的 clockId 存储为一个当前线程中的一个静态变量，同时为这个 Id 设置一个单独的返回 DateTime 的委托。在使用 SystemClock.Now 的时候，它会寻找当前线程中 ClockId 对应的委托并返回执行结果。这样，只要多个线程中的 SystemClock.Init 是通过同样的 clockId 调用的，我们就可以在这些线程的任意一个中共享或者设置 SystemClock.Now 的返回结果，而不同的线程中，如果 ClockId，那么他们的 SystemClock.Now 相互不受影响。

举个例子，假设有一个 TestStartup.cs ，为了能够让我们在测试用例代码执行的线程中修改 Controller 执行线程中 SystemClock.Now 的执行结果，首先需要设置一下 Configure 方法：

public override void Configure(IApplicationBuilder app, IHostingEnvironment env, ILoggerFactory loggerFactory)
{
    // TestStartup.Configure 会在测试线程中调用
    var clockId = Guid.NewGuid().ToString();
    SystemClock.Init(clockId);
    app.Use(async (context, next) =>
    {
        // 中间件的执行线程与测试线程不同但与 Controller、Service 的执行线程相同
        SystemClock.Init(clockId);
        await next();
    });
}

由于每次处理我们请求的线程可能并不是同一个，所以我就在第一个中间件中添加了初始化 SystemClock 的代码。在测试用例中，我们就可以操纵时间了：

public async void SomeTest()
{
    var now = new DateTime(2022,1,1);
    SystemClock.Set(now);
    // 注册用户
    // Assert: 用户还不可以发言
    var threeDaysAfter = now.AddDays(3);
    SystemClock.Set(threeDaysAfter);
    // Assert: 用户可以发言了

一个想法

由于手动替换 DateTime.Now 对现有代码改动很大，所以上面提出的只是一个简单的临时应对方案。但要解决这个问题其实也不是很难，可以尝试在 dotnet build 之后把生成出来的所有 dll 通过工具处理一遍，在编译的结果中替换 DateTime.Now，但是最近并没有这么多时间，所以先在这里记着⛏（挖坑预定）。