一步步完成“迷你版” 的ASP.NET Core框架
Posted qtqs
tags:
篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了一步步完成“迷你版” 的ASP.NET Core框架相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
一 前言
Artech 分享了 200行代码，7个对象——让你了解ASP.NET Core框架的本质 。 用一个极简的模拟框架阐述了ASP.NET Core框架最为核心的部分。
这里一步步来完成这个迷你框架。
二 先来一段简单的代码
这段代码非常简单，启动服务器并监听本地5000端口和处理请求。
static async Task Main(string[] args)
{
HttpListener httpListener = new HttpListener();
httpListener.Prefixes.Add("http://localhost:5000/");
httpListener.Start();
while (true)
{
var context = await httpListener.GetContextAsync();
await context.Response.OutputStream.WriteAsync(Encoding.UTF8.GetBytes("hello world"));
context.Response.Close();
}
}现在要分离服务器(Server) 和 请求处理(handle),那么一个简单设计架构就出来了 ：
Pipeline =Server + HttpHandler
三 处理器的抽象
处理器要从请求(Request)中获取数据，和定制响应(Response)的数据。
可以想到我们的处理器的处理方法应该是这样的：
Task Handle(/*HttpRequest HttpResponse*/);它可以处理请求和响应，由于处理可以是同步或者异步的，所以返回Task。
很容易想到要封装http请求和响应，封装成一个上下文(Context) 供处理器使用(这样的好处，处理器需要的其他数据也可以封装在这里，统一使用)，所以要开始封装HttpContext。
封装HttpContext
public class HttpRequest
{
public Uri Url { get; }
public NameValueCollection Headers { get; }
public Stream Body { get; }
}
public class HttpResponse
{
public NameValueCollection Headers { get; }
public Stream Body { get; }
public int StatusCode { get; set; }
}
public class HttpContext
{
public HttpRequest Request { get; set; }
public HttpResponse Response { get; set; }
}要支持不同的服务器，则不同的服务器都要提供HttpContext，这样有了新的难题：服务器和HttpContext之间的适配 。
现先阶段的HttpContext包含HttpRequest和HttpResponse,请求和响应的数据都是要服务器(Server)提供的。
可以定义接口，让不同的服务器提供实现接口的实例：
public interface IHttpRequestFeature
{
Uri Url { get; }
NameValueCollection Headers { get; }
Stream Body { get; }
}
public interface IHttpResponseFeature
{
int StatusCode { get; set; }
NameValueCollection Headers { get; }
Stream Body { get; }
}为了方便管理服务器和HttpContext之间的适配，定义一个功能的集合，通过类型可以找到服务器提供的实例
public interface IFeatureCollection:IDictionary<Type,object>
{
}
public static partial class Extensions
{
public static T Get<T>(this IFeatureCollection features)
{
return features.TryGetValue(typeof(T), out var value) ? (T)value : default;
}
public static IFeatureCollection Set<T>(this IFeatureCollection features,T feature)
{
features[typeof(T)] = feature;
return features;
}
}
public class FeatureCollection : Dictionary<Type, object>, IFeatureCollection { }接下来修改HttpContext，完成适配
public class HttpContext
{
public HttpContext(IFeatureCollection features)
{
Request = new HttpRequest(features);
Response = new HttpResponse(features);
}
public HttpRequest Request { get; set; }
public HttpResponse Response { get; set; }
}
public class HttpRequest
{
private readonly IHttpRequestFeature _httpRequestFeature;
public HttpRequest(IFeatureCollection features)
{
_httpRequestFeature = features.Get<IHttpRequestFeature>();
}
public Uri Url => _httpRequestFeature.Url;
public NameValueCollection Headers => _httpRequestFeature.Headers;
public Stream Body => _httpRequestFeature.Body;
}
public class HttpResponse
{
private readonly IHttpResponseFeature _httpResponseFeature;
public HttpResponse(IFeatureCollection features)
{
_httpResponseFeature = features.Get<IHttpResponseFeature>();
}
public int StatusCode
{
get => _httpResponseFeature.StatusCode;
set => _httpResponseFeature.StatusCode = value;
}
public NameValueCollection Headers => _httpResponseFeature.Headers;
public Stream Body => _httpResponseFeature.Body;
}
public static partial class Extensions
{
public static Task WriteAsync(this HttpResponse response,string content)
{
var buffer = Encoding.UTF8.GetBytes(content);
return response.Body.WriteAsync(buffer, 0, buffer.Length);
}
}定义处理器
封装好了，HttpContext,终于可以回过头来看看处理器。
处理器的处理方法现在应该是这样：
Task Handle(HttpContext context);接下来就是怎么定义这个处理器了。
起码有两种方式：
1、定义一个接口：
public interface IHttpHandler
{
Task Handle(HttpContext context);
}2、定义一个委托类型
public delegate Task RequestDelegate(HttpContext context);两种方式，本质上没啥区别，委托代码方式更灵活，不用实现一个接口，还符合鸭子模型。
处理器就选用委托类型。
定义了处理器，接下来看看服务器
四 服务器的抽象
服务器应该有一个开始方法，传入处理器，并执行。
服务器抽象如下：
public interface IServer
{
Task StartAsync(RequestDelegate handler);
}定义一个HttpListener的服务器来实现IServer，由于HttpListener的服务器需要提供HttpContext所需的数据，所以先定义HttpListenerFeature
public class HttpListenerFeature : IHttpRequestFeature, IHttpResponseFeature
{
private readonly HttpListenerContext _context;
public HttpListenerFeature(HttpListenerContext context) => _context = context;
Uri IHttpRequestFeature.Url => _context.Request.Url;
NameValueCollection IHttpRequestFeature.Headers => _context.Request.Headers;
NameValueCollection IHttpResponseFeature.Headers => _context.Response.Headers;
Stream IHttpRequestFeature.Body => _context.Request.InputStream;
Stream IHttpResponseFeature.Body => _context.Response.OutputStream;
int IHttpResponseFeature.StatusCode
{
get => _context.Response.StatusCode;
set => _context.Response.StatusCode = value;
}
}定义HttpListener服务器
public class HttpListenerServer : IServer
{
private readonly HttpListener _httpListener;
private readonly string[] _urls;
public HttpListenerServer(params string[] urls)
{
_httpListener = new HttpListener();
_urls = urls.Any() ? urls : new string[] { "http://localhost:5000/" };
}
public async Task StartAsync(RequestDelegate handler)
{
Array.ForEach(_urls, url => _httpListener.Prefixes.Add(url));
_httpListener.Start();
Console.WriteLine($"服务器{typeof(HttpListenerServer).Name} 开启，开始监听：{string.Join(";", _urls)}");
while (true)
{
var listtenerContext = await _httpListener.GetContextAsync();
var feature = new HttpListenerFeature(listtenerContext);
var features = new FeatureCollection()
.Set<IHttpRequestFeature>(feature)
.Set<IHttpResponseFeature>(feature);
var httpContext = new HttpContext(features);
await handler(httpContext);
listtenerContext.Response.Close();
}
}
}
修改Main方法运行测试
static async Task Main(string[] args)
{
IServer server = new HttpListenerServer();
async Task fooBar(HttpContext httpContext)
{
await httpContext.Response.WriteAsync("fooBar");
}
await server.StartAsync(fooBar);
}运行结果如下：
至此，完成了服务器和处理器的抽象。接下来单看处理器，所有的处理逻辑都集合在一个方法中，理想的方式是有多个处理器进行处理，比如处理器A处理完，则接着B处理器进行处理……
那么就要管理多个处理器之间的连接方式。
五 中间件
中间件的定义
假设有三个处理器A,B,C
框架要实现：A处理器开始处理，A处理完成之后，B处理器开始处理，B处理完成之后，C处理器开始处理。
引入中间件来完成处理器的连接。
中间件的要实现的功能很简单：
- 传入下一个要执行的处理器；
- 在中间件中的处理器里，记住下一个要执行的处理器；
- 返回中间件中的处理器，供其他中间件使用。
所以中间件应该是这样的：
//伪代码
处理器 Middleware(传入下一个要执行的处理器)
{
return 处理器
{
//处理器的逻辑
下一个要执行的处理器在这里执行
}
}
举个例子，现在有三个中间件FooMiddleware,BarMiddleware,BazMiddleware,分别对应的处理器为A,B,C
要保证 处理器的处理顺序为 A->B->C
则先要执行 最后一个BazMiddleware，传入“完成处理器” 返回 处理器C
然后把处理器C 传入 BarMiddleware ，返回处理器B,依次类推。
伪代码
var middlewares=new []{FooMiddleware,BarMiddleware,BazMiddleware};
middlewares.Reverse();
var next=完成的处理器;
foreach(var middleware in middlewares)
{
next= middleware(next);
}
//最后的next，就是最终要传入IServer 中的处理器模拟运行时的伪代码：
//传入完成处理器，返回处理器C
处理器 BazMiddleware(完成处理器)
{
return 处理器C
{
//处理器C的处理代码
完成处理器
};
}
//传入处理器C，返回处理器B
处理器 BarMiddleware(处理器C)
{
return 处理器B
{
//处理器B的处理代码
执行处理器C
};
}
//传入处理器B，返回处理器A
处理器 FooMiddleware(处理器B)
{
return 处理器A
{
//处理器A的处理代码
执行处理器B
};
}
这样当处理器A执行的时候，会先执行自身的代码，然后执行处理器B,处理器B执行的时候，先执行自身的代码，然后执行处理器C,依次类推。
所以，中间件的方法应该是下面这样的：
RequestDelegate DoMiddleware(RequestDelegate next);中间件的管理
要管理中间件，就要提供注册中间件的方法和最终构建出RequestDelegate的方法。
定义管理中间件和构建处理器的接口： IApplicationBuilder
public interface IApplicationBuilder
{
IApplicationBuilder Use(Func<RequestDelegate, RequestDelegate> middleware);
RequestDelegate Build();
}实现：
public class ApplicationBuilder : IApplicationBuilder
{
private readonly List<Func<RequestDelegate, RequestDelegate>> _middlewares = new List<Func<RequestDelegate, RequestDelegate>>();
public IApplicationBuilder Use(Func<RequestDelegate, RequestDelegate> middleware)
{
_middlewares.Add(middleware);
return this;
}
public RequestDelegate Build()
{
_middlewares.Reverse();
RequestDelegate next = context => { context.Response.StatusCode = 404; return Task.CompletedTask; };
foreach (var middleware in _middlewares)
{
next = middleware(next);
}
return next;
}
}定义中间件测试
在Program 类里定义三个中间件：
static RequestDelegate FooMiddleware(RequestDelegate next)
{
return async context =>
{
await context.Response.WriteAsync("foo=>");
await next(context);
};
}
static RequestDelegate BarMiddleware(RequestDelegate next)
{
return async context =>
{
await context.Response.WriteAsync("bar=>");
await next(context);
};
}
static RequestDelegate BazMiddleware(RequestDelegate next)
{
return async context =>
{
await context.Response.WriteAsync("baz=>");
await next(context);
};
}修改Main方法测试运行
static async Task Main(string[] args)
{
IServer server = new HttpListenerServer();
var handler = new ApplicationBuilder()
.Use(FooMiddleware)
.Use(BarMiddleware)
.Use(BazMiddleware)
.Build();
await server.StartAsync(handler);
}运行结果如下：
六 管理服务器和处理器
为了管理服务器和处理器之间的关系 抽象出web宿主
如下：
public interface IWebHost
{
Task StartAsync();
}
public class WebHost : IWebHost
{
private readonly IServer _server;
private readonly RequestDelegate _handler;
public WebHost(IServer server,RequestDelegate handler)
{
_server = server;
_handler = handler;
}
public Task StartAsync()
{
return _server.StartAsync(_handler);
}
}Main方法可以改一下测试
static async Task Main(string[] args)
{
IServer server = new HttpListenerServer();
var handler = new ApplicationBuilder()
.Use(FooMiddleware)
.Use(BarMiddleware)
.Use(BazMiddleware)
.Build();
IWebHost webHost = new WebHost(server, handler);
await webHost.StartAsync();
}要构建WebHost，需要知道用哪个服务器，和配置了哪些中间件，最后可以构建出WebHost
代码如下：
public interface IWebHostBuilder
{
IWebHostBuilder UseServer(IServer server);
IWebHostBuilder Configure(Action<IApplicationBuilder> configure);
IWebHost Build();
}
public class WebHostBuilder : IWebHostBuilder
{
private readonly List<Action<IApplicationBuilder>> _configures = new List<Action<IApplicationBuilder>>();
private IServer _server;
public IWebHost Build()
{
//所有的中间件都注册在builder上
var builder = new ApplicationBuilder();
foreach (var config in _configures)
{
config(builder);
}
return new WebHost(_server, builder.Build());
}
public IWebHostBuilder Configure(Action<IApplicationBuilder> configure)
{
_configures.Add(configure);
return this;
}
public IWebHostBuilder UseServer(IServer server)
{
_server = server;
return this;
}
}给IWebHostBuilder加一个扩展方法,用来使用HttpListenerServer 服务器
public static partial class Extensions
{
public static IWebHostBuilder UseHttpListener(this IWebHostBuilder builder, params string[] urls)
{
return builder.UseServer(new HttpListenerServer(urls));
}
}修改Mian方法
static async Task Main(string[] args)
{
await new WebHostBuilder()
.UseHttpListener()
.Configure(app=>
app.Use(FooMiddleware)
.Use(BarMiddleware)
.Use(BazMiddleware))
.Build()
.StartAsync();
}完成。
七 添加一个UseMiddleware 扩展 玩玩
public static IApplicationBuilder UseMiddleware(this IApplicationBuilder application, Type type)
{
//省略实现
}
public static IApplicationBuilder UseMiddleware<T>(this IApplicationBuilder application) where T : class
{
return application.UseMiddleware(typeof(T));
}添加一个中间件
public class QuxMiddleware
{
private readonly RequestDelegate _next;
public QuxMiddleware(RequestDelegate next)
{
_next = next;
}
public async Task InvokeAsync(HttpContext context)
{
await context.Response.WriteAsync("qux=>");
await _next(context);
}
}
public static partial class Extensions
{
public static IApplicationBuilder UseQux(this IApplicationBuilder builder)
{
return builder.UseMiddleware<QuxMiddleware>();
}
}使用中间件
class Program
{
static async Task Main(string[] args)
{
await new WebHostBuilder()
.UseHttpListener()
.Configure(app=>
app.Use(FooMiddleware)
.Use(BarMiddleware)
.Use(BazMiddleware)
.UseQux())
.Build()
.StartAsync();
}运行结果
最后，期待Artech 新书。
以上是关于一步步完成“迷你版” 的ASP.NET Core框架的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
ASP.NET Core 一步步搭建个人网站_Linux系统移植
ASP.NET 6.0 Core 迁移 ASP.NET Core 7.0