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

Posted 2020-07-25 远方无风

    这篇随笔讲讲路由功能，主要内容在项目Microsoft.AspNetCore.Routing中，可以在GitHub上找到，Routing项目地址。

    路由功能是大家都很熟悉的功能，使用起来也十分简单，从使用的角度来说可讲的东西不多。不过阅读源码的过程的是个学习的过程，看看顶尖Coder怎么组织代码也是在提升自己。

    我们知道现在ASP.NET Core中所有用到的功能都是服务，那么Routing服务是什么时候被添加到依赖注入容器的呢？答案是在StartUp类的ConfigureServices方法中。如果我们随便新建的MVC 6的项目，在VS中模板会自动帮我们添加一些代码，在Startup类中的两个方法我们可以找到一下代码。

        public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
        {
            // Add framework services.
            // 省略其他框架服务
            services.AddMvc();//添加MVC服务
            // Add application services.
            //省略自定义应用服务
        }
        public void Configure(IApplicationBuilder app, IHostingEnvironment env, ILoggerFactory loggerFactory)
        {
            app.UseMvc(routes =>
            {
                routes.MapRoute(
                    name: "default",
                    template: "{controller=Home}/{action=Index}/{id?}");
            });
        }

     上面两个StartUp类里的方法，一个是注册服务，一个使用服务。从它们调用的方法名上应该能区别出来，AddXXX的是注册服务，UseXXX的是使用服务。这里面用到的方法都是扩展方法，有关路由需要用到的服务都会在AddMvc()中注册，当然这个方法还会注册一大堆其他MVC框架需要用的方法。如果想追踪相关服务的添加语句的话：AddMvc()->AddMvcCore()->ConfigureDefaultServices()->AddRouting()，另外一条线是AddMvc()->AddMvcCore()->AddMvcCoreServices()->TryAddSingleton<MvcDefaultHandler>()。前者是添加与路由模板解析存储相关的服务，后者是处理请求路由的服务，包括请求路由与模板的配对，以及触发相应的Action等等。

     我想分别从两条线来解释路由(Routing)的工作流程。

1. 一条是从开发者注册路由，框架进行解析存储的角度来解释，也就是从MapRoute()这个方法开始。
2. 另外一条是从解析路由的角度，一个请求的路由如何被处理，然后Invoke相应的Action。

     为了解释清楚相关概念，我想先解释一下三个词：Route, Routing, Router。三个词都可以模糊地翻译为路由，但是这样太容易混淆了，懂英语的人应该能一眼就看出其中的不同。

• Routing是统称，有关路由的总体概念，就可以以Routing来描述，比如我讲的这个项目就叫Routing，或者我们有个添加有关路由服务的方法，就会叫AddRouting()；
• Route是用来描述某一个特定路由的名词，它有具体的数据项，比如说上面的代码我们向框架中添加了一个name是default的Route；它还是一个类名，这个类就是干Route应该干的事情：存储、解析数据之类的；
• Router可以翻译为“路由者”带路党，是一种Handler的体现，用来处理请求的路由，比如MVC框架默认的MvcRouteHandler就是一个Router。

注册路由

     首先从MapRoute()方法说起。这个方法会在内部调用这些代码

1             routeBuilder.Routes.Add(new Route(
2                 routeBuilder.DefaultHandler,
3                 name,
4                 template,
5                 new RouteValueDictionary(defaults),
6                 new RouteValueDictionary(constraints),
7                 new RouteValueDictionary(dataTokens),
8                 inlineConstraintResolver));

     RouteBuilder会在内部维护一个Route(s)的容器，上面的代码在往容器里面添加新的Route，如果我们用VS默认的模板，那么这里面name="default", template="{controller=Home}/{action=Index}/{id?}"，其他参数诸如像defaults，constraints什么的都是没有的。需要说明的是此时routeBuilder.DefaultHandler已经被设置为MvcDefaultHandler，这是在UseMvc()方法中被设置的。在Route类的构造过程中（RouteBase的构造函数中），template字符串会被解析，包括是不是参数名(parameter)啊，是不是字面值(literal)啊，约束是什么，默认值是什么都可以被解析出来。MVC6的路由和MVC5有一点不一样，默认值以及约束可以写在template里，而MVC5的约束和默认值只能再传递一个匿名类型进去：defaults: new { controller = "Home", action = "Index", id = UrlParameter.Optional }。显然MVC6的路由简单的多，当然你也可以还用以前的方式传递默认值，没有问题。MVC6的这种方法内置默认值和约束的方式在之前的特性路由已经体现了，用来改进传统路由也在情理之中。MvcDefaultHandler会被赋给Route的_target字段，这个字段在未来请求来临时发挥功效。

     解析路由的过程就是一个字符串处理的过程，比较复杂，如果要全部讲解篇幅太长。如果做过LeetCode上一些字符串处理的题目的话，看起来会轻松一些，有兴趣的童鞋可以去深究源码。

     UseMvc()这个方法和路由有很大的关系，下面来看一下它的源码

        public static IApplicationBuilder UseMvc(this IApplicationBuilder app, Action<IRouteBuilder> configureRoutes)
        {
            //省略了检查参数的代码...
            var routes = new RouteBuilder(app)
            {
                DefaultHandler = app.ApplicationServices.GetRequiredService<MvcRouteHandler>(),
            };

            configureRoutes(routes);
            routes.Routes.Insert(0, AttributeRouting.CreateAttributeMegaRoute(
                routes.DefaultHandler,
                app.ApplicationServices));

            return app.UseRouter(routes.Build());
        }

     configureRoutes(routes)就是上面解释的调用MapRoute()方法的一个Action委托。DefaultHandler在构造RouteBuilder时被设置为默认的MvcRouteHandler，如果我们想要使用其他Handler，可以模仿这个UseMvc()方法重新写一个拓展方法，传入你的Handler即可。注意下面那句代码：它向RouteBuilder.Routes中添加了用于处理特性路由的Route，并用Insert方法将其添加了到容器的起始位置，这说明特性路由要优先于传统路由。至于为什么要先添加传统路由，是因为开发者可以在传入的configureRoutes这个委托中指定自己的Handler，DefaultHandler有可能在configureRoutes(routes)这段代码中变了，所以特性路由的添加要晚于传统路由。

     RouteBuilder.Build()方法会生成一个包含当前Route的集合，这些Route携带了信息（包括传统路由被解析的参数，约束等以及特性路由的元数据等），在上面的例子中，这个容器就两个Route，一个特性路由，一个name="default"的传统路由。最后app.UseRouter会向ApplicationBuilder中添加一个类型为RouterMiddleware的中间件。此时整个有关路由的第一条工作流程就到此结束了。如果比较一下AddMvc()和UseMvc()会发现前一个方法关系到了非常多的服务，而后一个方法似乎只用到了有关路由的东西，这是因为服务的注册要一起完成，而使用服务可以即时拉取。当应用程序响应请求时，一开始只用到路由服务，假如请求匹配，才会用到有关Controller和Action的服务，到那时候再拉取即可。

     UseRouter()方法最终会调用ApplicationBuilder.Use()方法，RouterMiddleware的信息最终会以委托的方式存储在ApplicationBuilder中，有关这方面的流程可以参阅我之前的文章：Microsoft.AspNetCore.Hosting。

处理请求路由

    上面说到我们注册路由时，路由的信息在UseRouter()方法调用时是以Func<RequesetDelegate, RequestDelegate>方式存在。每一个中间件最初都是一种形态，利用这种方式，可以把在程序中用到的中间件构造成一种委托链，最后可以构造出一个跟使用顺序有关的RequestDelegate：即请求管道。Routing是请求管道中的一部分，假如请求到达routing区域，则相关的RequestDelegate就会被触发，利用反射构造出RouteMiddleware这个类，然后调用它的Invoke方法来处理有关路由的事务。

    先来看看RouteMiddleware的Invoke方法。

        public async Task Invoke(HttpContext httpContext)
        {
            var context = new RouteContext(httpContext);//构造一个路由上下文，三个属性：HttpContext，Handler（一个委托），RouteData
            context.RouteData.Routers.Add(_router);

            await _router.RouteAsync(context);//这里的_router默认是MvcRouteHandler

            if (context.Handler == null)
            {
                _logger.RequestDidNotMatchRoutes();
                await _next.Invoke(httpContext);
            }
            else
            {
                httpContext.Features[typeof(IRoutingFeature)] = new RoutingFeature()
                {
                    RouteData = context.RouteData,
                };
                await context.Handler(context.HttpContext);
            }
        }

    整个方法的逻辑就是：

1. 构造一个路由上下文，此时context.Handler=null；
2. 由MvcRouteHandler.RouteAsync()方法来处理请求（注意此时请求的路由信息在HttpContext中，而现在它又是RouteContext的一个属性）；
3. 第二步的工作就是筛选最合适的Action，并把相应的委托赋给RouteContext.Handler；
4. 如果RouteContext.Handler为null，说明匹配失败，路由工作到此结束，直接Invoke下一个Middleware；
5. 如果到这一步，说明路由匹配成功，先把路由信息记录到HttpContext，然后调用RouteContext.Handler，触发有关Action的相关操作，那就是另一个主题了；
6. RouteContext只在这个方法出现，到第五步时，上下文又变回了HttpContext，注意这个方法传入的时候就是HttpContext。就像帅哥HttpContext到了一个叫路由的地方，撩了一个叫RouteContext的妹子，等它离开时就把它抛弃了。

    接下来看一下MvcRouteHandler.RouteAsync()方法

 1         public Task RouteAsync(RouteContext context)
 2         {
 3             //省略null检查
 4             var actionDescriptor = _actionSelector.Select(context);//关键！！找到最优的Action，并返回一个携带相关信息的数据类
 5             if (actionDescriptor == null)
 6             {
 7                 _logger.NoActionsMatched();
 8                 return TaskCache.CompletedTask;
 9             }
10             //省略action有默认值情况的处理
11             context.Handler = (c) => InvokeActionAsync(c, actionDescriptor);//关键！！将RouteContext的Handler属性置为相应的处理方法
12             return TaskCache.CompletedTask;
13         }
14 
15         private async Task InvokeActionAsync(HttpContext httpContext, ActionDescriptor actionDescriptor)
16         {
17             var routeData = httpContext.GetRouteData();//在RouteMiddleWare.Invoke()时候留下来的RouteData
18             try
19             {
20                 _diagnosticSource.BeforeAction(actionDescriptor, httpContext, routeData);
21 
22                 using (_logger.ActionScope(actionDescriptor))//日志记录
23                 {
24                     _logger.ExecutingAction(actionDescriptor);
25 
26                     var startTimestamp = _logger.IsEnabled(LogLevel.Information) ? Stopwatch.GetTimestamp() : 0;
27 
28                     var actionContext = new ActionContext(httpContext, routeData, actionDescriptor);//根据相应的数据构造ActionContext上下文
29 
30                     //省略部分非主要逻辑代码
31 
32                     var invoker = _actionInvokerFactory.CreateInvoker(actionContext);//构建一个有关Action处理的类型
33 
34                     await invoker.InvokeAsync();//触发Action处理
35 
36                     _logger.ExecutedAction(actionDescriptor, startTimestamp);
37                 }
38             }
39             finally
40             {
41                 _diagnosticSource.AfterAction(actionDescriptor, httpContext, routeData);
42             }
43         }

    注释已经解释的比较详细了。通过RouteContext选出最优的ActionDescriptor，我一笔带过了，不过这个过程与注册路由时候的解析一下，比较复杂。涉及到决策树之类的内容，感兴趣的同学可以深究。如果确实有Action匹配的话，RouteContext.Handler会被设置为相应的匿名方法。接着控制权交回给RouteMiddleware，然后触发InvokeActionAsync()方法，RouteContext的使命就此结束。

    从InvokeActionAsync()方法中可以看出，框架根据相应的ActionDescriptor生成相应的ActionContext，之后进行有关Controller和Action的动作。撩完RouteContext就该轮到ActionContextle。

总结

1. 注册路由时，我们传入的路由模板(TemplateString)会在构造Route的时候被解析，参数名字、默认值以及约束都能在模板中被解析出来；
2. MVC框架默认的路由Handler是MvcRouteHandler，它会在UseMvc()方法中自动添加；
3. 注册路由的这些信息最终和其他服务一样，会变成Application委托链（中间件）的一部分；
4. 解析请求路由时，路由的信息由HttpContext携带着；
5. 假如MvcRouteHandler能解析请求的路由，就会触发有关Action的处理；否则路由过程结束，控制权交给下一个Middleware；也就是说，路由的RouterMiddleware会负责有关Action处理的部分。
6. HttpContext是渣男，撩了一个又一个XXXContext。