探究ASP.NET Core Middleware实现方法

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);
        // 执行委托名称被限制为Invoke/InvokeAsync
        var invokeMethods = methods.Where(m =>
          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 函数名称被限制为： Invoke/InvokeAsync， 函数支持传入除HttpContext之外的参数
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、条件中间件

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：HttpContext满足条件 则插入中间件

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