探究ASP.NET Core Middleware 实现

概念

ASP.NET Core Middleware是在应用程序处理管道pipeline中用于处理请求和操作响应的组件。
每个组件:
  • 在pipeline中判断是否将请求传递给下一个组件
  • 在处理管道的下个组件执行之前和之后执行一些工作, HttpContxt对象能跨域请求、响应的执行周期
 

特性和行为

ASP.NET Core处理管道由一系列请求委托组成,一环接一环的被调用, 下面给出自己绘制的Middleware pipeline流程图:
 
从上图可以看出,请求自进入处理管道,经历了四个中间件,每个中间件都包含后续紧邻中间件 执行委托(next)的引用,同时每个中间件在交棒之前和交棒之后可以自行决定参与一些Http请求和响应的逻辑处理。
每个中间件还可以决定不将请求转发给下一个委托,这称为请求管道的短路(短路是有必要的,某些专有中间件比如 StaticFileMiddleware 可以在完成功能之后,避免请求被转发到其他动态处理过程)。
 
源码实现
观察一个标准的中间件代码的写法和用法:
using System.Threading.Tasks;
using Alyio.AspNetCore.ApiMessages;
using Gridsum.WebDissector.Common;
using Microsoft.AspNetCore.Http;
 
namespace Gridsum.WebDissector
{
    sealed class AuthorizationMiddleware
    {
        private readonly RequestDelegate _next;      // 下一个中间件执行委托的引用
 
        public AuthorizationMiddleware(RequestDelegate next)
        {
            _next = next;
        }
 
        public Task Invoke(HttpContext context)      // 贯穿始终的HttpContext对象
        {
            if (context.Request.Path.Value.StartsWith("/api/"))
            {
                return _next(context);
            }
            if (context.User.Identity.IsAuthenticated && context.User().DisallowBrowseWebsite)
            {
                throw new ForbiddenMessage("You are not allow to browse the website.");
            }
            return _next(context);
        }
    }
}
 
 public static IApplicationBuilder UserAuthorization(this IApplicationBuilder app)
 {
      return app.UseMiddleware<AuthorizationMiddleware>();
 }
 // 启用该中间件,也就是注册该中间件
 app.UserAuthorization();

 

标准的中间件使用方式是如此简单明了,带着几个问题探究一下源码实现
(1).中间件传参是怎样完成的: app.UseMiddleware<Authorization>(AuthOption); 我们传参的时候,为什么能自动注入中间件构造函数非第1个参数
(2).编写中间件的时候,为什么必须要定义特定的 Invoke/InvokeAsync 函数?
(3).设定中间件的顺序很重要,中间件的嵌套顺序是怎么确定的 ?
 
思考以上标准中间件的行为: 输入下一个中间件的执行委托Next, 定义当前中间件的执行委托Invoke/InvokeAsync;每个中间件完成了 Func<RequestDelegate,RequestDelegate>这样的行为。
通过参数next与下一个中间件的执行委托Invoke/InvokeAsync 建立”链式”关系。
public delegate Task RequestDelegate(HttpContext context);
 
//---------------------------------------------节选自 Microsoft.AspNetCore.Builder.UseMiddlewareExtensions-----------------------------------------------       
        /// <summary>
        /// Adds a middleware type to the application's request pipeline.
        /// </summary>
        /// <typeparam name="TMiddleware">The middleware type.</typeparam>
        /// <param name="app">The <see cref="IApplicationBuilder"/> instance.</param>
        /// <param name="args">The arguments to pass to the middleware type instance's constructor.</param>
        /// <returns>The <see cref="IApplicationBuilder"/> instance.</returns>
        public static IApplicationBuilder UseMiddleware<TMiddleware>(this IApplicationBuilder app, params object[] args)
        {
            return app.UseMiddleware(typeof(TMiddleware), args);
        }
        /// <summary>
        /// Adds a middleware type to the application's request pipeline.
        /// </summary>
        /// <param name="app">The <see cref="IApplicationBuilder"/> instance.</param>
        /// <param name="middleware">The middleware type.</param>
        /// <param name="args">The arguments to pass to the middleware type instance's constructor.</param>
        /// <returns>The <see cref="IApplicationBuilder"/> instance.</returns>
        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);
            }
 
            var applicationServices = app.ApplicationServices;
            return app.Use(next =>
            {
                var methods = middleware.GetMethods(BindingFlags.Instance | BindingFlags.Public);
                var invokeMethods = methods.Where(m =>                       //  执行委托被限制为Invoke/InvokeAsync
                    string.Equals(m.Name, InvokeMethodName, StringComparison.Ordinal)
                    || string.Equals(m.Name, InvokeAsyncMethodName, StringComparison.Ordinal)
                    ).ToArray();
 
                if (invokeMethods.Length > 1)
                {
                    throw new InvalidOperationException(Resources.FormatException_UseMiddleMutlipleInvokes(InvokeMethodName, InvokeAsyncMethodName));
                }
 
                if (invokeMethods.Length == 0)
                {
                    throw new InvalidOperationException(Resources.FormatException_UseMiddlewareNoInvokeMethod(InvokeMethodName, InvokeAsyncMethodName, middleware));
                }
 
                var methodInfo = invokeMethods[0];
                if (!typeof(Task).IsAssignableFrom(methodInfo.ReturnType))
                {
                    throw new InvalidOperationException(Resources.FormatException_UseMiddlewareNonTaskReturnType(InvokeMethodName, InvokeAsyncMethodName, nameof(Task)));
                }
 
                var parameters = methodInfo.GetParameters();
                if (parameters.Length == 0 || parameters[0].ParameterType != typeof(HttpContext))
                {
                    throw new InvalidOperationException(Resources.FormatException_UseMiddlewareNoParameters(InvokeMethodName, InvokeAsyncMethodName, nameof(HttpContext)));
                }
 
                var ctorArgs = new object[args.Length + 1];
                ctorArgs[0] = next;
                Array.Copy(args, 0, ctorArgs, 1, args.Length);     // 通过反射形成中间件实例的时候,构造函数第一个参数被指定为 下一个中间件的执行委托                 var instance = ActivatorUtilities.CreateInstance(app.ApplicationServices, middleware, ctorArgs);
                if (parameters.Length == 1)
                {
                    return (RequestDelegate)methodInfo.CreateDelegate(typeof(RequestDelegate), instance);
                }
               
// 当前执行委托除了可指定HttpContext参数以外, 还可以注入更多的依赖参数
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); }; }); } // -----------------------------------节选自 Microsoft.AspNetCore.Builder.Internal.ApplicationBuilder----------------------------------------------------- private readonly IList<Func<RequestDelegate, RequestDelegate>> _components = new List<Func<RequestDelegate, RequestDelegate>>(); publicIApplicationBuilder Use(Func<RequestDelegate,RequestDelegate>middleware) { this._components.Add(middleware); return this; } public RequestDelegate Build() { RequestDelegate app = context => { context.Response.StatusCode = 404; return Task.CompletedTask; }; foreach (var component in _components.Reverse()) { app = component(app); } return app; }

 

通过以上代码我们可以看出:
  • 注册中间件的过程实际上,是给一个 Type= List<Func<RequestDelegate, RequestDelegate>> 的容器依次添加元素的过程;
  • 容器中每个元素对应每个中间件的行为委托Func<RequestDelegate, RequestDelegate>, 这个行为委托包含2个关键行为:输入下一个中间件的执行委托next:RequestDelegate, 完成当前中间件的Invoke函数: RequestDelegate;
  • 通过build方法完成前后中间件的链式传值关系
 

 

 
分析源码:回答上面的问题:
  1. 使用反射构造中间件的时候,第一个参数Array[0] 是下一个中间件的执行委托
  2. 当前中间件执行委托 函数签名被限制为: Invoke/InvokeAsync
  3. 按照代码顺序添加进入 _components容器, 通过后一个中间件的执行委托 —–(指向)—-> 前一个中间件的输入执行委托建立链式关系。
 

附:非标准中间件的用法

短路中间件、 分叉中间件
 
整个处理管道的形成,存在一些管道分叉或者临时插入中间件的行为,一些重要方法可供使用
  • Use方法是一个注册中间件的简便写法
  • Run方法是一个约定,一些中间件使用Run方法来完成管道的结尾
  • Map扩展方法:请求满足指定路径,将会执行分叉管道,强调满足 path
  • MapWhen方法:HttpContext满足条件,将会执行分叉管道:
  • UseWhen方法:选择性的注入中间件