ASP.NET Core 源码阅读笔记 ---Microsoft.AspNetCore.Hosting

Posted 2020-07-24 远方无风

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（当然在Windows上也还支持寄宿在IIS中）。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？如果还是寄宿在IIS中，那自然和以前的版本一样，如果Web应用是自寄宿的，那么微软推荐将IIS通过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，ASP.NET Core的程序可以继续托管在IIS中。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，

1. 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；
2. 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。
3. 构造一个ApplicationBuilder，并把注册的服务转移给它；
4. 用StartUp.Configure以及StartUpFilters.Configure构造一个服务委托链；
5. 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；
6. 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

1. 服务器把请求的信息放入一个IFeatureCollection的变量里面；
2. 利用上面的信息构造上下文；
3. 调用ProcessRequestAsync()方法处理请求，此时请求进入处理管道（Pipeline）。

总结

1. 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；
2. 在WebHost = WebHostBuildler.Build()过程中，添加大量基本服务+StartUp.ConfigureServices()方法中的服务；
3. 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；
4. 使用_application构造一个HostingApplication，并传入WebHost.Run()->WebHost.Start()->Server.Start()方法；
5. Server使用HostingApplication来构造HttpContext，并使用请求管线（Pipeline）处理它。