中间件

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管道与中间件

管道由中间件组成，可以想象成管道就是一个产品线的处理流程模板，中间件就是这个流程上需要对一件产品做的处理，而这个产品就是我们的请求，当我们的请求进入管道的时候，会按照中间件的顺序对于请求做处理，然后选择是否传至下一个中间件进行处理，直到到达管道末尾，然后返回结果。

中间件

中间件作用：

微软官网原话：

中间件是一种装配到应用管道以处理请求和响应的软件。 每个组件

  • 选择是否将请求传递到管道中的下一个组件。
  • 可在管道中的下一个组件前后执行工作。

请求委托用于生成请求管道。 请求委托处理每个 HTTP 请求。

使用RunMap或者Use拓展方法来配置请求委托，也可将一个单独的请求委托并行指定为匿名方法（称为并行中间件），或在可重用的类中对其进行定义。 这些可重用的类和并行匿名方法即为中间件，也叫中间件组件。 请求管道中的每个中间件组件负责调用管道中的下一个组件，或使管道短路。 当中间件短路时，它被称为“终端中间件”，因为它阻止中间件进一步处理请求。

简单来说，我们的请求处理管道其实是由一个个中间件组成的，每一个中间件都是一个处理请求和响应的组件（或者说委托，也就是RequestDelegate），每一个中间件处理完成后，会把HttpContext上下文（next）传递到下一个组件，直到到达终端中间件，终端中间件执行完成后，会原路返回。

中间件短路：

中间件短路是指在这个中间件处理中，不会把HttpContext上下文传递给下一个组件，比如app.Run()就是一个终端中间件，他不会收到next，无论你自己定义几个app.Run()，永远在到达第一个终端中间件后，立即短路，不会调用后续的中间件。

常见中间件及执行顺序

中间件一般摆放的顺序即完整请求处理管道：

  1. ExceptionHandler：异常处理
  2. UseHSTS：https
  3. UseHttpsRedirection：重定向
  4. UseStaticFiles：静态文件
  5. UseRouting：路由，因为6.0，应用继承了
  6. UseCORS：跨域
  7. UseAuthentication：身份认证
  8. UseAuthorization：鉴权
  9. 终端中间件

并非所有中间件都完全按照此顺序出现，但许多中间件都会遵循此顺序。 例如

  • UseCors、UseAuthentication 和 UseAuthorization 必须按显示的顺序出现。
  • UseCors 当前必须在 UseResponseCaching 之前出现。
  • UseRequestLocalization 必须在可能检查请求区域性的任何中间件（例如 app.UseMvcWithDefaultRoute()）之前出现。
  • 如果显示调用了UseRouting()，则后面必须紧跟UseEndpoint()中间件
  • 应尽早在管道中调用异常处理委托，这样它们就能捕获在管道的后期阶段发生的异常。

想要了解更多内置中间件，[官网](ASP.NET Core 中间件 | Microsoft Learn)

中间件的顺序对于安全性、性能和功能至关重要。

在我们的Program.cs文件中，中间件执行的顺序就是以app.UseXXX()拓展方法从上至下执行，即Request请求，在到达终端中间件后，按原路返回，即从下至上执行则是Respones响应。所以每个中间件摆放的位置和，会影响http请求执行的顺序。

举个例子，一般我们使用 app.UseStaticFiles()静态文件中间件会放在app服务器托管网.UseAuthentication()身份认证中间件前面，这样代表是公开访问。所以当请求需要在访问一些系统的一些静态文件的时候不会被拦截，比如系统的favicon图标、js文件等。

中间件运行原理

Fun委托

单纯看类型就知道这是一个委托，传入下一个RequestDelegate委托、返回当前RequestDelegate委托处理的结果。

RequestDelegate委托

微软的官方解释是

一个可以处理 HTTP 请求的函数。

在UseMiddleware()拓展方法中，我们自定义的中间件会被包装成为这个委托添加到管道中。

RequestDelegate源码

using System.Threading.Tasks;

namespace Microsoft.AspNetCore.Http
{
    /// 
    /// A一个可以处理 HTTP 请求的函数。
    /// 
    /// The  请求
    /// 表示请求处理完成的任务
    public delegate Task RequestDelegate(HttpContext context);
}

IApplicationBuilder接口

通过IApplicationBuilder接口，注册中间件，然后会在app.Run()的时候调用WebApplication.BuildRequestDelegation()方法（这个方法本质上就是调用的ApplicationBuilder.Builder()方法）把注册的中间件串联一起来作为请求管道。

这个接口有一个实现类ApplicationBuilder。

我们在应用的章节就知道了WebApplication类继承了这个接口，所以我们可以直接在应用上注册中间件。

关键的属性和方法

  • 有一个存储请求中间件的列表
  • 有一个Use()方法用于把中间件添加到列表中
  • 有一个New()方法用来创造ApplicationBuilder，也就是管道分支
  • 有一个Builder()方法用于执行添加的中间件，并返回处理好的结果

ApplicationBuilder实现类源码

public class ApplicationBuilder : IApplicationBuilder
{
    // 用于存储委托的列表
    private readonly List> _components = new();
    // 从ApplicationBuilder获取一组属性
    public IDictionary Properties { get; }
    // 添加委托到管道中
    public IApplicationBuilder Use(Func middleware)
    {
        _components.Add(middleware);
        return this;
    }
     // 创造当前的管道，也是管道分支。
     public IApplicationBuilder New()
     {
         return new ApplicationBuilder(this);
     }    
     // 用于执行添加的中间件，并返回处理好的结果，WebApplication.BuildRequestDelegation()本质上就是调用的这个方法来创建中间件委托
     public RequestDelegate Build()
        {
            // 注册一个中间件，默认请求上下文的结果是404
            RequestDelegate app = context =>
            {
               // 如果我们到达管道的尽头，但我们有一个端点，那么就会发生一些意想不到的事情。
               // 如果用户代码设置了终结点，但他们忘记添加 UseEndpoint 中间件，则可能会发生这种情况。
                var endpoint = context.GetEndpoint();
                var endpointRequestDelegate = endpoint?.RequestDelegate;
                // 判断有无设置终结点，如果没有设置终结点，则报错
                if (endpointRequestDelegate != null)
                {
                    var message =
                        $"The request reached the end of the pipeline without executing the endpoint: '{endpoint!.DisplayName}'. " +
                        $"Please register the EndpointMiddleware using '{nameof(IApplicationBuilder)}.UseEndpoints(...)' if using " +
                        $"routing.";
                    throw new InvalidOperationException(message);
                }
                // 默认先设置请求的上下文的状态是404
                context.Response.StatusCode = StatusCodes.Status404NotFound;
                return Task.CompletedTask;
            };
            // 这里循环需要注意的是。执行从列表索引的最后一个开始循环的，也就是默认把委托列表倒序执行，所以这里最先开始执行的是我们注册的最后一个中间件
            // 第一次的时候，先把最上面的定义的那个404中间件传入进去，获取最后一个中间件的结果。
            // 第二次的时候，把最后一个中间件的结果，放到倒数第二个中间件中，并获得执行的结果。
            // 第三次的时候，把倒数二个中间件的结果，放到倒数第三个中间件中，并获得结果。
            // 直到执行到第一个中间件。最终返回注册的第一个中间件的返回值。
            for (var c = _components.Count - 1; c >= 0; c--)
            {
                app = _components[c](app);
            }

            return app;
        }
}

自定义中间件

有2种方式：

  1. 继承IMiddleware接口需要满足的条件：

    注册实现的中间件类，必须通过依赖注入到容器中，否则会报错，原因是，在UseMiddleware()的时候，这种方式实现的中间件类，会调用内部的UseMiddlewareInterface()从依赖注入容器中获取服务实例。

  2. 自定义中间件需要满足的条件：

    必须是public修饰，含有一个参数为RequestDelegate类型的构造函数，

    必须包含一个public修饰的，名称为Invoke或者InvokeAsync的实例异步方法，且返回类型为Task，包含一个类型为HttpContext的参数。

    无需注入，会通过反射创造实例.

自定义容错中间件demo

// 这个自定义中间件的作用是，当我们的程序在请求过程中抛出了一些内部异常，提示500，则可以捕捉并进行友好捕捉返回。
public class ErrorMiddleware
{
  public readonly RequestDelegate _next；
  // 构造函数会尝试从依赖注入容器中获取服务
  public ErrorMiddleware (RequestDelegate next)
  {
     _next = next;
  }
    
  public async Task InvokeAsync(HttpContext context)
  {
      try
      {
          // 把请求传递给下一个中间件
          awite _next.Invoke(context);         
      }
      catch(Exception ex)
      {
          // 这里可以执行记录日志等操作
          // 日志记录方法。。。。。
          
          // 友好包装
          // 调用ConfigureAwait，可以在异步执行的时候不捕获上下文，意思是如果你的异步方法后不涉及上下文操作，调用这个可以减少性能开销
             await WriteExceptionAsync(context, ex).ConfigureAwait(false);
          
      }      
  }
      /// 
        /// 友好返回处理
        /// 
        /// 
        /// 
        /// 
    private async Task WriteExceptionAsync((HttpContext context, Exception exception)
    {
        if (exception.IsNull()) return;
        // 自定义友好返回类
        ServiceResult result = new ServiceResult();
         // 返回友好的提示
            HttpResponse response = context.Response;
            response.ContentType = context.Request.Headers["Accept"];
            response.ContentType = "application/json";
            result.IsFailure(exception.Message);   
        // 写入返回信息中
            await response.WriteAsync(result.ToJson()).ConfigureAwait(false);
    }
}

注册自定义中间件

因为定义的中间件有2种方式，一个是通过继承IMiddlewar接口实现，一个是按照约定格式实现的。他们都是通过使用的ApplicationBuilder的拓展方法UseMiddleware()方法来把中间件注册到管道中。

不过在UseMiddleware()方法内部实现其实是2种：

  • 通过接口实现的，会调用私有的UseMiddlewareInterface()方法。
  • 按照约定格式实现的，调用UseMiddleware()方法。

他们的区别就在

  • UseMiddlewareInterface()方法会从依赖注入容器中获取服务实例（毕竟是通过接口实现的）然后调用InvokeAsync()方法，
  • UseMiddleware()则是通过反射创造中间件委托表达式，然后调用执行返回。不过无论是接口实现还是约定实现，都可以调用UseMiddleware()方法来把中间件注册到管道中。

注意！！！！！

  • 如果是手写中间件，则Invoke()方法的参数不要带requestdelegation。否则会产生依赖注入容器报错，
  • 如果继承IMiddleware，内部会调用UseMiddlewareInterface()从依赖注入容器中获取实例，如果使用了AutoFac替换掉了依赖注入容器，那么就需要手动注册，

UseMiddleware

调用中间件

 app.UseMiddleware();

UseMiddleware源码

public static class UseMiddlewareExtensions
{
    // 这里就是为什么即使没有继承IMiddleware接口，方法可以定义为Invoke的原因。
    internal const string InvokeMethodName = "Invoke";
    internal const string InvokeAsyncMethodName = "InvokeAsync";

    private static readonly MethodInfo GetServiceInfo = typeof(UseMiddlewareExtensions).GetMethod(nameof(GetService), BindingFlags.NonPublic | BindingFlags.Static)!;                                                                
    // 我们将把所有公共构造函数和公共方法保留在中间件上
    private const DynamicallyAccessedMemberTypes MiddlewareAccessibility = DynamicallyAccessedMemberTypes.PublicConstructors | DynamicallyAccessedMemberTypes.PublicMethods;

       /// 
       /// 添加中间件到管道里面
       /// 
       /// The  instance.
       /// 中间件
       /// 要传递给中间件类型实例的构造函数的参数。
    public static IApplicationBuilder UseMiddleware(this IApplicationBuilder app, params object?[] args)
    {
        return app.UseMiddleware(typeof(TMiddleware), args);
    }
       /// 
       /// 自定义中间件类，添加中间件到管道里面
       /// 
       /// The  instance.
       /// 中间件
       /// 要传递给中间件类型实例的构造函数的参数。    
    public static IApplicationBuilder UseMiddleware(this IApplicationBuilder app, [DynamicallyAccessedMembers(MiddlewareAccessibility)] Type middleware, params object?[] args)
    {
        // 如果是继承IMiddleware实现的。
        if (typeof(IMiddleware).IsAssignableFrom(middleware))
        {
            // 如果继承的IMiddleware，不允许从构造函数中传递参数
            if (args.Length > 0)
            {
                throw new NotSupportedException(Resources.FormatException_UseMiddlewareExplicitArgumentsNotSupported(typeof(IMiddleware)));
            }
            // 从下方的UseMiddlewareInterface工厂来生成委托
            return UseMiddlewareInterface(app, middleware);
        }
        // 否则进入自定义中间件的解析流程
        // 获取依赖注入容器
        var applicationServices = app.ApplicationServices;
        // 添加到委托链表中
        return app.Use(next =>
                       {
                           // 对自定义的中间件进行解析判断。                           
                           // 获取定义的中间件里面的方法
                           var methods = middleware.GetMethods(BindingFlags.Instance | BindingFlags.Public);
                           // 判断方法列表里面有无定义Invoke或者InvokeAsync的方法
                           var invokeMethods = methods.Where(m =>
                                                             string.Equals(m.Name, InvokeMethodName, StringComparison.Ordinal)
                                                             || string.Equals(m.Name, InvokeAsyncMethodName, StringComparison.Ordinal)
                                                            ).ToArray();
                           // 如果定义Invoke或者InvokeAsync超过1个则抛出异常
                           if (invokeMethods.Length > 1)
                           {
                               throw new InvalidOperationException(Resources.FormatException_UseMiddleMutlipleInvokes(InvokeMethodName, InvokeAsyncMethodName));
                           }
                            // 如果没有定义Invoke或者InvokeAsync方法则抛出异常
                           if (invokeMethods.Length == 0)
                           {
                               throw new InvalidOperationException(Resources.FormatException_UseMiddlewareNoInvokeMethod(InvokeMethodName, InvokeAsyncMethodName, middleware));
                           }
                           // 获取定义好的第一个Invoke或者InvokeAsync方法
                           var methodInfo = invokeMethods[0];
                           // 如果这个方法的返回值不是Task则抛出异常
                           if (!typeof(Task).IsAssignableFrom(methodInfo.ReturnType))
                           {
                               throw new InvalidOperationException(Resources.FormatException_UseMiddlewareNonTaskReturnType(InvokeMethodName, InvokeAsyncMethodName, nameof(Task)));
                           }
                           // 获取方法的参数列表
                           var parameters = methodInfo.GetParameters();
                           // 如果没有定义参数，或者第一个参数不是HttpContext则抛出异常
                           if (parameters.Length == 0 || parameters[0].ParameterType != typeof(HttpContext))
                           {
                               throw new InvalidOperationException(Resources.FormatException_UseMiddlewareNoParameters(InvokeMethodName, InvokeAsyncMethodName, nameof(HttpContext)));
                           }
                           // 获取构造函数中传递的参数
                           var ctorArgs = new object[args.Length + 1];
                           // 默认第一个参数是
                           ctorArgs[0] = next;
                           Array.Copy(args, 0, ctorArgs, 1, args.Length);
                           // 创造这个中间件的实例
                           var instance = ActivatorUtilities.CreateInstance(app.ApplicationServices, middleware, ctorArgs);
                           // 如果参数只有一个，（invoker默认的参数必须有一个HttpContext）
                           if (parameters.Length == 1)
                           {  
                               // 则根据该中间件实例创造一个委托
                               return (RequestDelegate)methodInfo.CreateDelegate(typeof(RequestDelegate), instance);
                           }
                           // 如果方法参数超过1个，则代表有自己依赖注入的方法。
                           // 把这个Invoke或者InvokeAsync方法编译成一个可以执行的Lambda表达式委托
                           var factory = Compile(methodInfo, parameters);         
                           return context =>
                           {
                               // 获取依赖注入容器
                               var serviceProvider = context.RequestServices ?? applicationServices;
                               // 如果依赖注入容器为空，抛出异常
                               if (serviceProvider == null)
                               {
                                   throw new InvalidOperationException(Resources.FormatException_UseMiddlewareIServiceProviderNotAvailable(nameof(IServiceProvider)));
                               }
                               // 调用并返回这个委托结果
                               return factory(instance, context, serviceProvider);
                           };
                       });
    }
       /// 
       /// 如果继承的是IMiddleware的中间件，则调用的此方法添加中间件到管道里面
       /// 
       /// The  instance.
       /// 中间件类型
    private static IApplicationBuilder UseMiddlewareInterface(IApplicationBuilder app, [DynamicallyAccessedMembers(DynamicallyAccessedMemberTypes.PublicConstructors)] Type middlewareType)
    {
        // 往中间件列表中添加一个委托
        return app.Use(next =>
                       {
                           // 解析
                           return async context =>
                           {
                               // 从依赖注入容器中获取IMiddlewareFactory工厂
                               // context.RequestServices.GetService，我们之前在依赖注入章节讲过，调用这个方法其实就是向WebApplication.ServiceProvi服务器托管网der获取服务。
                               var middlewareFactory = (IMiddlewareFactory?)context.RequestServices.GetService(typeof(IMiddlewareFactory));
                               // 如果没有实现这个工厂，则报错
                               if (middlewareFactory == null)
                               {
                                   // No middleware factory
                                   throw new InvalidOperationException(Resources.FormatException_UseMiddlewareNoMiddlewareFactory(typeof(IMiddlewareFactory)));
                               }
                               // 根据这个工厂创造中间件的实例
                               var middleware = middlewareFactory.Create(middlewareType);
                               // 创造失败
                               if (middleware == null)
                               {
                                   // 抛出异常
                                   // The factory returned null, it's a broken implementation
                                   throw new InvalidOperationException(Resources.FormatException_UseMiddlewareUnableToCreateMiddleware(middlewareFactory.GetType(), middlewareType));
                               }
                               try
                               {
                                   // 调用实现的InvokeAsync方法
                                   await middleware.InvokeAsync(context, next);
                               }
                               finally
                               {
                                   // 释放中间件
                                   middlewareFactory.Release(middleware);
                               }
                           };
                       });
    }
}

管道分支

什么是管道分支，按照正常的请求，我们每个请求都是走的同一个管道，同一个模板的处理方式，那么如果我们需要对一个请求，比如有一个关于处理用户信息请求，在到了主管道的特定中间件，我需要对于这个请求做一些特殊处理，就可以用到管道分支这个操作。

Map

特点：使用拓展方法app.Map("匹配的路由",处理方法)：根据请求路径HttpRequest.Path中的值匹配项来创建请求管道分支。 如果请求路径以给定路径开头，则执行分支。分支内还可以嵌套分支。当请求进入到管道分支后，执行完成不会再回到主管道！！！！，所以必须在处理方法中，调用App.Run()来终结请求。

MapWhen

特点：使用拓展方法app.MapWhen(context => 表达式，处理方法)：根据表达式的值来判断是否需要创建管道分支，当请求进入到管道分支后，执行完成不会再回到主管道！！！！，所以必须在处理方法中，调用App.Run()来终结请求。

UseWhen

特点：会回到主管道

请求是如何进入管道、中间件什么时候被执行

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