ASP.NET Core 源码阅读笔记(3) ---Microsoft.AspNetCore.Hosting
有关Hosting的基础知识
Hosting是一个非常重要，但又很难翻译成中文的概念。翻译成：寄宿，大概能勉强地传达它的意思。我们知道，有一些病毒离开了活体之后就会死亡，我们把那些活体称为病毒的宿主。把这种概念应用到托管程序上来，CLR不能单独存在，它必须依赖于某一个进程，我们把这种状况称之为：CLR必须寄宿于某一个进程中，而那个进程就是宿主。
ASP.NET Core的一个大的改变就是就是将Web应用程序改成了自寄宿。什么意思呢？我们知道，在之前的ASP.NET版本中，ASP.NET的Web应用程序都是深度依赖IIS和Windows Server，以至于ASP.NET只能在Windows Server上运行。之所以出现这种情况，就是应为我们开发的所有Web应用程序都是寄宿在IIS进程中的。一般来说，一个进程只能加载一个CLR（不同进程之间可以加载不同的版本的CLR），为了托管多个Web应用程序，IIS使用了应用程序池这种东西来模拟进程的行为，从而为不同的Web程序加载不同的运行时来托管它们。
有关CLR和寄宿的知识，如果有兴趣，可以参阅《CLR via C#》。
我们可以查看一下以前版本的ASP.NET程序，它是没有Main()函数的，也就是说它没有程序入口点，不是单独的进程。对于应用程序开发来说，这个问题并不大，因为开发者在意的Web程序的逻辑、数据安全等问题，而不是应用程序如何被加载。但对于一个Web框架来说，这个问题非常严重，因为它高度依赖IIS和Windows Server，减少了它的适用范围。如果我们查看ASP.NET Core的程序，你会发现它本质上就是一个控制台程序，如果我们把那些在Main()函数中自动生成的代码都删掉（VS2015的模板会自带一些代码），加上Console.WriteLine("Hello World!"); 它就会在控制台中打出Hello World！由于ASP.NET Core的程序自身有程序入口点，所以自身就是一个进程，它可以为自己加载合适的CLR来运行Web应用，这种情况就是自寄宿。这么做的最大的好处就是可以脱离IIS，从而脱离Windows Server的桎梏。只要对应操作系统上有符合CLR规范的运行时，那ASP.NET Core的应用就可以部署在那个操作系统上。.NET Core里包含了微软开发的跨平台CLR运行时，可以运行在Windows，Linux和OSX上，借助它ASP.NET Core的应用程序就可以部署在这些操作系统上。
说到这里，就只能下最后一个问题，IIS还扮演什么角色？当应用部署在Windows上时，微软推荐将IIS通过ASP.NET Core Module(之前的HttpPlatformHandler)模块作为Web应用的反向代理服务器(reverse-proxy server)。这个服务器的作用就是将请求转发到Web应用真正的服务器：
- WebListener （只能在Windows平台）
- Kestrel （跨平台服务器，比WebListener功能稍弱）
服务器的问题会在下一篇文章中说明。前面上了那么多开胃菜，终于可以上正菜了。以下出现的所有源码都可以在Microsoft.AspNetCore.Hosting项目中找到。
Main函数里发生了什么
如果新建一个ASP.NET Core应用，那么最先和我们打交道的就是Main函数中的WebHostBuilder，我们先来看看它的源码：
1 //所有方法删除了错误处理，只保留主逻辑
2 public class WebHostBuilder : IWebHostBuilder
3 {
4 private readonly IHostingEnvironment _hostingEnvironment;
5 private readonly List<Action<IServiceCollection>> _configureServicesDelegates;
6 private readonly List<Action<ILoggerFactory>> _configureLoggingDelegates;
7
8 private IConfiguration _config = new ConfigurationBuilder().AddInMemoryCollection().Build();
9 private ILoggerFactory _loggerFactory;
10 private WebHostOptions _options;
11
12 //_config里面存储的是每个应用都有的东西，比如根目录，StartUp类的程序集公钥等。
13 public IWebHostBuilder UseSetting(string key, string value)
14 {
15 _config[key] = value;
16 return this;
17 }
18 public IWebHostBuilder ConfigureServices(Action<IServiceCollection> configureServices)
19 {
20 _configureServicesDelegates.Add(configureServices);
21 return this;
22 }
23 public IWebHost Build()
24 {
25 var hostingServices = BuildHostingServices();//在字段中，服务是以委托的形式存在，这个方法将配置的服务放入ServiceCollection，同时加入很多其他服务。
26 var hostingContainer = hostingServices.BuildServiceProvider();
27
28 var host = new WebHost(hostingServices, hostingContainer, _options, _config);//构造一个WebHost
29
30 host.Initialize();//这个方法很重要，后面讲
31
32 return host;
33 }
34 //在这个方法中，_options会根据_config字段生成，StartUp类会以IStartUp->StartUp的形式注册到依赖注入容器中，即使StartUp不实现接口
35 //注意这个方法只在Build()方法中被调用，所以UseStartUp()方法应该在Build()方法之前被调用
36 private IServiceCollection BuildHostingServices(){...}
在每个ASP.NET Core程序的Main函数里面，都有很多UseXXX()的扩展方法，这些方法最终会调用WebHostBuilder.UseSetting()或者ConfigureService()方法。这两个东西的区别在于，_config里面存的东西是每个Web程序都有的部分，比如应用的根目录，StartUp类的程序集信息等等；而Service是Web应用的可选部分，比如UseKestrel()最终调用的是ConfigureServices，因为服务器并不是必须的，可以开发符合Owin规范的程序使应用部分和服务器部分分开来。还有一个区别在于_config中的内容比较简单，比如存储的应用根目录这些东西不必以服务的形式存在，当然有关StartUp的信息还是会以服务的形式注册到依赖注入容器。
WebHostBuilder的这些信息最终会传给WebHost，注意构造WebHost之后，还调用了它的Initialize()方法。我们来看看WebHost类的源码。
1 public class WebHost : IWebHost
2 {
3 private readonly IServiceCollection _applicationServiceCollection;//UseStartUp等服务
4 private IStartup _startup;//StartUp
5
6 private readonly IServiceProvider _hostingServiceProvider;//上面那个服务集合生成的Provider
7 private readonly ApplicationLifetime _applicationLifetime;//为了异步能取消
8 private readonly WebHostOptions _options;
9 private readonly IConfiguration _config;
10
11 private IServiceProvider _applicationServices; //StartUp ConfigureService方法生成的服务+原本applicationService
12 private RequestDelegate _application;
13 private IServer Server { get; set; } //服务器字段，包含了处理的请求的信息
14 //下面是相关方法
15 public void Initialize()//转发给BuildApplication()方法
16 {
17 if (_application == null)
18 {
19 _application = BuildApplication();
20 }
21 }
22 private void EnsureApplicationServices()//把在StartUp.ConfigureServices()方法中注册的服务加到集合中
23 {
24 if (_applicationServices == null)
25 {
26 EnsureStartup();
27 _applicationServices = _startup.ConfigureServices(_applicationServiceCollection);
28 }
29 }
30 private void EnsureStartup()//构造StartUp服务类
31 {
32 _startup = _hostingServiceProvider.GetRequiredService<IStartup>();
33 }
34
35 //构造委托链_application ，ApplicationService存储现在注册的服务
36 private RequestDelegate BuildApplication()
37 {
38 try
39 {
40 EnsureApplicationServices();
41 EnsureServer();
42
43 var builderFactory = _applicationServices.GetRequiredService<IApplicationBuilderFactory>();
44 var builder = builderFactory.CreateBuilder(Server.Features);
45 builder.ApplicationServices = _applicationServices;
46
47 var startupFilters = _applicationServices.GetService<IEnumerable<IStartupFilter>>();
48 Action<IApplicationBuilder> configure = _startup.Configure;
49 foreach (var filter in startupFilters.Reverse())
50 {
51 configure = filter.Configure(configure);//委托链
52 }
53
54 configure(builder);
55
56 return builder.Build();//Use方法最终都会ApplicationBuilder.Use()方法，以Fun<RequestDelegate, RequestDelegate>的形式存在List中
57 //Build的时候利用上面的List，会生成一个委托链。
58 //在每一个RequestDelegate中，会用反射生成对应的Middleware类，然后调用Invoke()方法
59 }
60 catch (Exception ex) when (_options.CaptureStartupErrors)
61 {//省略出错的处理，返回HTTP500状态码}
62 }
直接看BuildApplication()方法，
- 调用EnsureApplicationServices()方法，实际上就是调用StartUp.ConfigureServices()这个方法，这个方法大家肯定很熟，就是把那些在ConfigureServices()注册的服务放到_applicationServices字段里；
- 调用EnsureServer()方法，确保Server存在，并监听正确的端口，默认是 http://localhost:5000 ，这个方法这里没有列出。
- 构造一个ApplicationBuilder，并把注册的服务转移给它；
- 用StartUp.Configure以及StartUpFilters.Configure构造一个服务委托链；
- 引发服务委托链，相当于调用里面的UseXXX()方法，注意看我注释的解释，此时所有服务都以使用顺序、以Func<RequestDelegate, RequestDelegate>形式存储在一个ApplicationBuilder的List字段中；
- Invoke List字段中的所有对象，生成一个委托链，就是我们所说的请求管道（Pipeline）。
请求管道已经生成完毕，剩下的就是请HttpContext进入这个管道了，我们看看WebHost.Run()发生了什么
Host.Run()方法中发生了什么？
Host.Run()内部会调用Host.Start()方法，然后再在控制台输出一些信息，并且传入一个CancellationToken 允许随时中断程序。那么看来得去瞧瞧Host.Start()方法了。
1 public virtual void Start()
2 {
3 //省略一些参数构造，以及有关logger的代码
4 Server.Start(new HostingApplication(_application, _logger, diagnosticSource, httpContextFactory)); //只有这句是关键
5 }
它调用了Server.Start()方法，从方法名上大概能猜出来是干嘛，具体细节留在有关Server的文章里面讲。去看看HostingApplication这个类：
1 public class HostingApplication : IHttpApplication<HostingApplication.Context>
2 {
3 private readonly RequestDelegate _application;
4 private readonly ILogger _logger;
5 private readonly DiagnosticSource _diagnosticSource;
6 private readonly IHttpContextFactory _httpContextFactory;
7
8 public Context CreateContext(IFeatureCollection contextFeatures){...}//创建一个上下文
9
10 public void DisposeContext(Context context, Exception exception){...}
11
12 public Task ProcessRequestAsync(Context context)
13 {
14 return _application(context.HttpContext);
15 }
16
17 public struct Context
18 {
19 public HttpContext HttpContext { get; set; }
20 public IDisposable Scope { get; set; }
21 public long StartTimestamp { get; set; }
22 }
显然它的作用就是配合Server去创建上下文，大概的过程就是
- 服务器把请求的信息放入一个IFeatureCollection的变量里面；
- 利用上面的信息构造上下文；
- 调用ProcessRequestAsync()方法处理请求，此时请求进入处理管道（Pipeline）。
总结
- 首先使用WebHostBuildler注册基本信息，比如用哪个服务器？根目录是哪个？StartUp的元数据等等；
- 在WebHost = WebHostBuildler.Build()过程中，添加大量基本服务+StartUp.ConfigureServices()方法中的服务；
- 在WebHost.Initialize()方法中，利用StartUp.Configure()方法中使用的服务+一些默认使用的服务组建请求管道，并存储在_application字段中；
- 使用_application构造一个HostingApplication，并传入WebHost.Run()->WebHost.Start()->Server.Start()方法；
- Server使用HostingApplication来构造HttpContext，并使用请求管线（Pipeline）处理它。
