跟我一起学.NetCore之中间件(Middleware)简介和解析请求管道构建
前言
中间件(Middleware)对于Asp.NetCore项目来说，不能说重要，而是不能缺少，因为Asp.NetCore的请求管道就是通过一系列的中间件组成的；在服务器接收到请求之后，请求会经过请求管道进行相关的过滤或处理；
正文
那中间件是那路大神？
会经常听说，需要注册一下中间件，如图：
所以说，中间件是针对请求进行某种功能需求封装的组件，而这个组件可以控制是否继续执行下一个中间件；如上图中的app.UserStaticFiles()就是注册静态文件处理的中间件，在请求管道中就会处理对应的请求，如果没有静态文件中间件，那就处理不了静态文件(如html、css等)；这也是Asp.NetCore与Asp.Net不一样的地方，前者是根据需求添加对应的中间件，而后者是提前就全部准备好了，不管用不用，反正都要路过，这也是Asp.NetCore性能比较好的原因之一；
而对于中间件执行逻辑，官方有一个经典的图：
如图所示，请求管道由一个个中间件(Middleware)组成，每个中间件可以在请求和响应中进行相关的逻辑处理，在有需要的情况下，当前的中间件可以不传递到下一个中间件，从而实现断路；如果这个不太好理解，如下图：
每层外圈代表一个中间件，黑圈代表最终的Action方法，当请求过来时，会依次经过中间件，Action处理完成后，返回响应时也依次经过对应的中间件，而执行的顺序如箭头所示；(这里省去了一些其他逻辑，只说中间件)。
好了好了，理论说不好，担心把看到的小伙伴绕进去了，就先到这吧，接下来从代码中看看中间件及请求管道是如何实现的；老规矩，找不到下手的地方，就先找能"摸"的到的地方，这里就先扒静态文件的中间件：
namespace Microsoft.AspNetCore.Builder
{
public static class StaticFileExtensions
{
// 调用就是这个扩展方法
public static IApplicationBuilder UseStaticFiles(this IApplicationBuilder app)
{
if (app == null)
{
throw new ArgumentNullException(nameof(app));
}
// 这里调用了 IApplicationBuilder 的扩展方法
return app.UseMiddleware<StaticFileMiddleware>();
}
// 这里省略了两个重载方法，是可以指定参数的
}
}
UseMiddleware方法实现
// 看着调用的方法
public static IApplicationBuilder UseMiddleware<TMiddleware>(this IApplicationBuilder app, params object[] args)
{
// 内部调用了以下方法
return app.UseMiddleware(typeof(TMiddleware), args);
}
// 其实这里是对自定义中间件的注册，这里可以不用太深入了解
public static IApplicationBuilder UseMiddleware(this IApplicationBuilder app, Type middleware, params object[] args)
{
if (typeof(IMiddleware).GetTypeInfo().IsAssignableFrom(middleware.GetTypeInfo()))
{
// IMiddleware doesn't support passing args directly since it's
// activated from the container
if (args.Length > 0)
{
throw new NotSupportedException(Resources.FormatException_UseMiddlewareExplicitArgumentsNotSupported(typeof(IMiddleware)));
}
return UseMiddlewareInterface(app, middleware);
}
// 取得容器
var applicationServices = app.ApplicationServices;
// 反编译进行包装成注册中间件的样子(Func<ReuqestDelegate,RequestDelegate>)，但可以看到本质使用IApplicationBuilder中Use方法
return app.Use(next =>
{
// 获取指定类型中的方法列表
var methods = middleware.GetMethods(BindingFlags.Instance | BindingFlags.Public);
// 找出名字是Invoke或是InvokeAsync的方法
var invokeMethods = methods.Where(m =>
string.Equals(m.Name, InvokeMethodName, StringComparison.Ordinal)
|| string.Equals(m.Name, InvokeAsyncMethodName, StringComparison.Ordinal)
).ToArray();
// 如果有多个方法 ，就抛出异常，这里保证方法的唯一
if (invokeMethods.Length > 1)
{
throw new InvalidOperationException(Resources.FormatException_UseMiddleMutlipleInvokes(InvokeMethodName, InvokeAsyncMethodName));
}
// 如果没有找到，也就抛出异常
if (invokeMethods.Length == 0)
{
throw new InvalidOperationException(Resources.FormatException_UseMiddlewareNoInvokeMethod(InvokeMethodName, InvokeAsyncMethodName, middleware));
}
// 取得唯一的方法Invoke或是InvokeAsync方法
var methodInfo = invokeMethods[0];
// 判断类型是否返回Task,如果不是就抛出异常，要求返回Task的目的是为了后续包装RequestDelegate
if (!typeof(Task).IsAssignableFrom(methodInfo.ReturnType))
{
throw new InvalidOperationException(Resources.FormatException_UseMiddlewareNonTaskReturnType(InvokeMethodName, InvokeAsyncMethodName, nameof(Task)));
}
// 判断方法的参数，参数的第一个参数必须是HttpContext类型
var parameters = methodInfo.GetParameters();
if (parameters.Length == 0 || parameters[0].ParameterType != typeof(HttpContext))
{
throw new InvalidOperationException(Resources.FormatException_UseMiddlewareNoParameters(InvokeMethodName, InvokeAsyncMethodName, nameof(HttpContext)));
}
// 开始构造RequestDelegate对象
var ctorArgs = new object[args.Length + 1];
ctorArgs[0] = next;
Array.Copy(args, 0, ctorArgs, 1, args.Length);
var instance = ActivatorUtilities.CreateInstance(app.ApplicationServices, middleware, ctorArgs);
// 如果参数只有一个HttpContext 就包装成一个RequestDelegate返回
if (parameters.Length == 1)
{
return (RequestDelegate)methodInfo.CreateDelegate(typeof(RequestDelegate), instance);
}
// 如果参数有多个的情况就单独处理，这里不详细进去了
var factory = Compile<object>(methodInfo, parameters);
return context =>
{
var serviceProvider = context.RequestServices ?? applicationServices;
if (serviceProvider == null)
{
throw new InvalidOperationException(Resources.FormatException_UseMiddlewareIServiceProviderNotAvailable(nameof(IServiceProvider)));
}
return factory(instance, context, serviceProvider);
};
});
}
以上代码其实现在拿出来有点早了，以上是对自定义中间件的注册方式，为了扒代码的逻辑完整，拿出来了；这里可以不用深究里面内容，知道内部调用了IApplicationBuilder的Use方法即可；
由此可见，IApplicationBuilder就是构造请求管道的核心类型，如下：
namespace Microsoft.AspNetCore.Builder
{
public interface IApplicationBuilder
{
// 容器，用于依赖注入获取对象的
IServiceProvider ApplicationServices
{
get;
set;
}
// 属性集合，用于中间件共享数据
IDictionary<string, object> Properties
{
get;
}
// 针对服务器的特性
IFeatureCollection ServerFeatures
{
get;
}
// 构建请求管道
RequestDelegate Build();
// 克隆实例的
IApplicationBuilder New();
// 注册中间件
IApplicationBuilder Use(Func<RequestDelegate, RequestDelegate> middleware);
}
}
IApplicationBuilder的默认实现就是ApplicationBuilder，走起，一探究竟：
namespace Microsoft.AspNetCore.Builder
{ // 以下 删除一些属性和方法，具体可以私下看具体代码
public class ApplicationBuilder : IApplicationBuilder
{
// 存储注册中间件的链表
private readonly IList<Func<RequestDelegate, RequestDelegate>> _components = new List<Func<RequestDelegate, RequestDelegate>>();
// 注册中间件
public IApplicationBuilder Use(Func<RequestDelegate, RequestDelegate> middleware)
{
// 将中间件加入到链表
_components.Add(middleware);
return this;
}
// 构造请求管道
public RequestDelegate Build()
{
// 构造一个404的中间件，这就是为什么地址匹配不上时会报404的原因
RequestDelegate app = context =>
{
// 判断是否有Endpoint中间件
var endpoint = context.GetEndpoint();
var endpointRequestDelegate = endpoint?.RequestDelegate;
if (endpointRequestDelegate != null)
{
var message =
$"The request reached the end of the pipeline without executing the endpoint: '{endpoint.DisplayName}'. " +
$"Please register the EndpointMiddleware using '{nameof(IApplicationBuilder)}.UseEndpoints(...)' if using " +
$"routing.";
throw new InvalidOperationException(message);
}
// 返回404 Code
context.Response.StatusCode = 404;
return Task.CompletedTask;
};
// 构建管道，首先将注册的链表倒序一把，保证按照注册顺序执行
foreach (var component in _components.Reverse())
{
app = component(app);
}
// 最终返回
return app;
}
}
}
在注册的代码中，可以看到所谓的中间件就是Func<RequestDelegate, RequestDelegate>，其中RequestDelegate就是一个委托，用于处理请求的，如下：
public delegate Task RequestDelegate(HttpContext context);
之所以用Func<RequestDelegate, RequestDelegate>的形式表示中间件，应该就是为了中间件间驱动方便，毕竟中间件不是单独存在的，是需要多个中间件结合使用的；
那请求管道构造完成了，那请求是如何到管道中呢？
应该都知道，Asp.NetCore内置了IServer(如Kestrel)，负责监听对应的请求，当请求过来时，会将请求给IHttpApplication
namespace Microsoft.AspNetCore.Hosting.Server
{
public interface IHttpApplication<TContext>
{
// 执行上下文创建
TContext CreateContext(IFeatureCollection contextFeatures);
// 执行上下文释放
void DisposeContext(TContext context, Exception exception);
// 处理请求，这里就使用了请求管道处理
Task ProcessRequestAsync(TContext context);
}
}
而对于IHttpApplication
namespace Microsoft.AspNetCore.Hosting
{
internal class HostingApplication : IHttpApplication<HostingApplication.Context>
{
// 构建出来的请求管道
private readonly RequestDelegate _application;
// 用于创建请求上下文的
private readonly IHttpContextFactory _httpContextFactory;
private readonly DefaultHttpContextFactory _defaultHttpContextFactory;
private HostingApplicationDiagnostics _diagnostics;
// 构造函数初始化变量
public HostingApplication(
RequestDelegate application,
ILogger logger,
DiagnosticListener diagnosticSource,
IHttpContextFactory httpContextFactory)
{
_application = application;
_diagnostics = new HostingApplicationDiagnostics(logger, diagnosticSource);
if (httpContextFactory is DefaultHttpContextFactory factory)
{
_defaultHttpContextFactory = factory;
}
else
{
_httpContextFactory = httpContextFactory;
}
}
// 创建对应的请求的上下文
public Context CreateContext(IFeatureCollection contextFeatures)
{
Context hostContext;
if (contextFeatures is IHostContextContainer<Context> container)
{
hostContext = container.HostContext;
if (hostContext is null)
{
hostContext = new Context();
container.HostContext = hostContext;
}
}
else
{
// Server doesn't support pooling, so create a new Context
hostContext = new Context();
}
HttpContext httpContext;
if (_defaultHttpContextFactory != null)
{
var defaultHttpContext = (DefaultHttpContext)hostContext.HttpContext;
if (defaultHttpContext is null)
{
httpContext = _defaultHttpContextFactory.Create(contextFeatures);
hostContext.HttpContext = httpContext;
}
else
{
_defaultHttpContextFactory.Initialize(defaultHttpContext, contextFeatures);
httpContext = defaultHttpContext;
}
}
else
{
httpContext = _httpContextFactory.Create(contextFeatures);
hostContext.HttpContext = httpContext;
}
_diagnostics.BeginRequest(httpContext, hostContext);
return hostContext;
}
// 将创建出来的请求上下文交给请求管道处理
public Task ProcessRequestAsync(Context context)
{
// 请求管道处理
return _application(context.HttpContext);
}
// 以下删除了一些代码，具体可下面查看....
}
}
这里关于Server监听到请求及将请求交给中间处理的具体过程没有具体描述，可以结合启动流程和以上内容在细扒一下流程吧(大家私下搞吧)，这里就简单说说中间件及请求管道构建的过程；(后续有时间将整体流程走一遍)；
总结
这节又是纯代码来“忽悠”小伙伴了，对于理论概念可能表达的不够清楚，欢迎交流沟通；其实这里只是根据流程走了一遍源码，并没有一行行解读，所以小伙伴看此篇文章代码部分的时候，以调试的思路去看，从注册中间件那块开始，到最后请求交给请求管道处理，注重这个流程即可；
下一节说说中间件的具体应用；
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一个被程序搞丑的帅小伙，关注"Code综艺圈"，识别关注跟我一起学~~~
