理解ASP.NET Core - [02] Middleware

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中间件

先借用微软官方文档的一张图：

可以看到，中间件实际上是一种配置在HTTP请求管道中，用来处理请求和响应的组件。它可以：

决定是否将请求传递到管道中的下一个中间件
可以在管道中的下一个中间件处理之前和之后进行操作

此外，中间件的注册是有顺序的，书写代码时一定要注意！

中间件管道

Run

该方法为HTTP请求管道添加一个中间件，并标识该中间件为管道终点，称为终端中间件。也就是说，该中间件就是管道的末尾，在该中间件之后注册的中间件将永远都不会被执行。所以，该方法一般只会书写在Configure方法末尾。

public class Startup
{
    public void Configure(IApplicationBuilder app)
    {
        app.Run(async context =>
        {
            await context.Response.WriteAsync("Hello, World!");
        });
    }
}

Use

通过该方法快捷的注册一个匿名的中间件

public class Startup
{
    public void Configure(IApplicationBuilder app)
    {
        app.Use(async (context, next) =>
        {
            // 下一个中间件处理之前的操作
            Console.WriteLine("Use Begin");
            await next();
            // 下一个中间件处理完成后的操作
            Console.WriteLine("Use End");
        });
    }
}

注意：

如果要将请求发送到管道中的下一个中间件，一定要记得调用next.Invoke / next()，否则会导致管道短路，后续的中间件将不会被执行
在中间件中，如果已经开始给客户端发送Response，请千万不要调用next.Invoke / next()，也不要对Response进行任何更改，否则，将抛出异常。
可以通过context.Response.HasStarted来判断响应是否已开始。

以下都是错误的代码写法

错误1：

public class Startup
{
    public void Configure(IApplicationBuilder app)
    {
        app.Use(async (context, next) =>
        {
            await context.Response.WriteAsync("Use");
            await next();
        });
        app.Run(context =>
        {
            // 由于上方的中间件已经开始 Response，此处更改 Response Header 会抛出异常
            context.Response.Headers.Add("test", "test");
            return Task.CompletedTask;
        });
    }
}

错误2：

public class Startup
{
    public void Configure(IApplicationBuilder app)
    {
        app.Use(async (context, next) =>
        {
            await context.Response.WriteAsync("Use");
            // 即使没有调用 next.Invoke / next()，也不能在 Response 开始后对 Response 进行更改
            context.Response.Headers.Add("test", "test");
        });
    }
}

UseWhen

通过该方法针对不同的逻辑条件创建管道分支。需要注意的是：

进入了管道分支后，如果管道分支不存在管道短路或终端中间件，则会再次返回到主管道。
当使用PathString时，路径必须以“/”开头，且允许只有一个'/'字符
支持嵌套，即UseWhen中嵌套UseWhen等
支持同时匹配多个段，如 /get/user

public class Startup
{
    public void Configure(IApplicationBuilder app)
    {
        // /get 或 /get/xxx 都会进入该管道分支
        app.UseWhen(context => context.Request.Path.StartsWithSegments("/get"), app =>
        {
            app.Use(async (context, next) =>
            {
                Console.WriteLine("UseWhen:Use");
                await next();
            });
        });
        app.Use(async (context, next) =>
        {
            Console.WriteLine("Use");
            await next();
        });
        app.Run(async context =>
        {
            Console.WriteLine("Run");
            await context.Response.WriteAsync("Hello World!");
        });
    }
}

当访问 /get 时，输出如下：

UseWhen:Use
Use
Run

如果你发现输出了两遍，别慌，看看是不是浏览器发送了两次请求，分别是 /get 和 /favicon.ico

Map

通过该方法针对不同的请求路径创建管道分支。需要注意的是：

一旦进入了管道分支，则不会再回到主管道。
使用该方法时，会将匹配的路径从HttpRequest.Path 中删除，并将其追加到HttpRequest.PathBase中。
路径必须以“/”开头，且不能只有一个'/'字符
支持嵌套，即Map中嵌套Map、MapWhen（接下来会讲）等
支持同时匹配多个段，如 /post/user

public class Startup
{
    public void Configure(IApplicationBuilder app)
    {
        // 访问 /get 时会进入该管道分支
        // 访问 /get/xxx 时会进入该管道分支
        app.Map("/get", app =>
        {
            app.Use(async (context, next) =>
            {
                Console.WriteLine("Map get: Use");
                Console.WriteLine($"Request Path: {context.Request.Path}");
                Console.WriteLine($"Request PathBase: {context.Request.PathBase}");
                await next();
            });
            app.Run(async context =>
            {
                Console.WriteLine("Map get: Run");
                await context.Response.WriteAsync("Hello World!");
            });
        });
        // 访问 /post/user 时会进入该管道分支
        // 访问 /post/user/xxx 时会进入该管道分支
        app.Map("/post/user", app =>
        {
            // 访问 /post/user/student 时会进入该管道分支
            // 访问 /post/user/student/1 时会进入该管道分支
            app.Map("/student", app =>
            {
                app.Run(async context =>
                {
                    Console.WriteLine("Map /post/user/student: Run");
                    Console.WriteLine($"Request Path: {context.Request.Path}");
                    Console.WriteLine($"Request PathBase: {context.Request.PathBase}");
                    await context.Response.WriteAsync("Hello World!");
                });
            });
            app.Use(async (context, next) =>
            {
                Console.WriteLine("Map post/user: Use");
                Console.WriteLine($"Request Path: {context.Request.Path}");
                Console.WriteLine($"Request PathBase: {context.Request.PathBase}");
                await next();
            });
            app.Run(async context =>
            {
                Console.WriteLine("Map post/user: Run");
                await context.Response.WriteAsync("Hello World!");
            });
        });
    }
}

当你访问 /get/user 时，输出如下：

Map get: Use
Request Path: /user
Request PathBase: /get
Map get: Run

当你访问 /post/user/student/1 时，输出如下：

Map /post/user/student: Run
Request Path: /1
Request PathBase: /post/user/student

其他情况交给你自己去尝试啦！

MapWhen

与Map类似，只不过MapWhen不是基于路径，而是基于逻辑条件创建管道分支。注意事项如下：

一旦进入了管道分支，则不会再回到主管道。
当使用PathString时，路径必须以“/”开头，且允许只有一个'/'字符
HttpRequest.Path和HttpRequest.PathBase不会像Map那样进行特别处理
支持嵌套，即MapWhen中嵌套MapWhen、Map等
支持同时匹配多个段，如 /get/user

public class Startup
{
    public void Configure(IApplicationBuilder app)
    {
        // /get 或 /get/xxx 都会进入该管道分支
        app.MapWhen(context => context.Request.Path.StartsWithSegments("/get"), app =>
        {
            app.MapWhen(context => context.Request.Path.ToString().Contains("user"), app =>
            {
                app.Use(async (context, next) =>
                {
                    Console.WriteLine("MapWhen get user: Use");
                    await next();
                });
            });
            app.Use(async (context, next) =>
            {
                Console.WriteLine("MapWhen get: Use");
                await next();
            });
            app.Run(async context =>
            {
                Console.WriteLine("MapWhen get: Run");
                await context.Response.WriteAsync("Hello World!");
            });
        });
    }
}

当你访问 /get/user 时，输出如下：

MapWhen get user: Use

可以看到，即使该管道分支没有终端中间件，也不会回到主管道。

Run & Use & UseWhen & Map & Map

一下子接触了4个命名相似的、与中间件管道有关的API，不知道你有没有晕倒，没关系，我来帮大家总结一下：

Run用于注册终端中间件，Use用来注册匿名中间件，UseWhen、Map、MapWhen用于创建管道分支。
UseWhen进入管道分支后，如果管道分支中不存在短路或终端中间件，则会返回到主管道。Map和MapWhen进入管道分支后，无论如何，都不会再返回到主管道。
UseWhen和MapWhen基于逻辑条件来创建管道分支，而Map基于请求路径来创建管道分支，且会对HttpRequest.Path和HttpRequest.PathBase进行处理。

编写中间件并激活

上面已经提到过的Run和Use就不再赘述了。

基于约定的中间件

“约定大于配置”，先来个约法三章：

拥有公共（public）构造函数，且该构造函数至少包含一个类型为RequestDelegate的参数
拥有名为Invoke或InvokeAsync的公共（public）方法，必须包含一个类型为HttpContext的方法参数，且该参数必须位于第一个参数的位置，另外该方法必须返回Task类型。
构造函数中的其他参数可以通过依赖注入（DI）填充，也可以通过UseMiddleware传参进行填充。
- 通过DI填充时，只能接收 Transient 和 Singleton 的DI参数。这是由于中间件是在应用启动时构造的（而不是按请求构造），所以当出现 Scoped 参数时，构造函数内的DI参数生命周期与其他不共享，如果想要共享，则必须将Scoped DI参数添加到Invoke/InvokeAsync来进行使用。
- 通过UseMiddleware传参时，构造函数内的DI参数和非DI参数顺序没有要求，传入UseMiddleware内的参数顺序也没有要求，但是我建议将非DI参数放到前面，DI参数放到后面。（这一块感觉微软做的好牛皮）
Invoke/InvokeAsync的其他参数也能够通过依赖注入（DI）填充，可以接收 Transient、Scoped 和 Singleton 的DI参数。

一个简单的中间件如下：

public class MyMiddleware
{
    // 用于调用管道中的下一个中间件
    private readonly RequestDelegate _next;
    public MyMiddleware(
        RequestDelegate next,
        ITransientService transientService,
        ISingletonService singletonService)
    {
        _next = next;
    }
    public async Task InvokeAsync(
        HttpContext context,
        ITransientService transientService,
        IScopedService scopedService,
        ISingletonService singletonService)
    {
        // 下一个中间件处理之前的操作
        Console.WriteLine("MyMiddleware Begin");
        await _next(context);
        // 下一个中间件处理完成后的操作
        Console.WriteLine("MyMiddleware End");
    }
}

然后，你可以通过UseMiddleware方法将其添加到管道中

public class Startup
{
    public void Configure(IApplicationBuilder app)
    {
        app.UseMiddleware<MyMiddleware>();
    }
}

不过，一般不推荐直接使用UseMiddleware，而是将其封装到扩展方法中

public static class AppMiddlewareApplicationBuilderExtensions
{
    public static IApplicationBuilder UseMy(this IApplicationBuilder app) => app.UseMiddleware<MyMiddleware>();
}
public class Startup
{
    public void Configure(IApplicationBuilder app)
    {
        app.UseMy();
    }
}

基于工厂的中间件

优势：

按照请求进行激活。这个就是说，上面基于约定的中间件实例是单例的，但是基于工厂的中间件，可以在依赖注入时设置中间件实例的生命周期。
使中间件强类型化（因为其实现了接口IMiddleware）

该方式的实现基于IMiddlewareFactory和IMiddleware。先来看一下接口定义：

public interface IMiddlewareFactory
{
    IMiddleware? Create(Type middlewareType);
    void Release(IMiddleware middleware);
}
public interface IMiddleware
{
    Task InvokeAsync(HttpContext context, RequestDelegate next);
}

你有没有想过当我们调用UseMiddleware时，它是如何工作的呢？事实上，UseMiddleware扩展方法会先检查中间件是否实现了IMiddleware接口。如果实现了，则使用容器中注册的IMiddlewareFactory实例来解析该IMiddleware的实例（这下你知道为什么称为“基于工厂的中间件”了吧）。如果没实现，那么就使用基于约定的中间件逻辑来激活中间件。

注意，基于工厂的中间件，在应用的服务容器中一般注册为 Scoped 或 Transient 服务。

这样的话，咱们就可以放心的将 Scoped 服务注入到中间件的构造函数中了。

接下来，咱们就来实现一个基于工厂的中间件：

public class YourMiddleware : IMiddleware
{
    public async Task InvokeAsync(HttpContext context, RequestDelegate next)
    {
        // 下一个中间件处理之前的操作
        Console.WriteLine("YourMiddleware Begin");
        await next(context);
        // 下一个中间件处理完成后的操作
        Console.WriteLine("YourMiddleware End");
    }
}
public static class AppMiddlewareApplicationBuilderExtensions
{
    public static IApplicationBuilder UseYour(this IApplicationBuilder app) => app.UseMiddleware<YourMiddleware>();
}

然后，在ConfigureServices中添加中间件依赖注入

public class Startup
{
    public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
    {
        services.AddTransient<YourMiddleware>();
    }
}

最后，在Configure中使用中间件

public class Startup
{
    public void Configure(IApplicationBuilder app)
    {
        app.UseYour();
    }
}

微软提供了IMiddlewareFactory的默认实现：

public class MiddlewareFactory : IMiddlewareFactory
{
    // The default middleware factory is just an IServiceProvider proxy.
    // This should be registered as a scoped service so that the middleware instances
    // don't end up being singletons.
    // 默认的中间件工厂仅仅是一个 IServiceProvider 的代理
    // 该工厂应该注册为 Scoped 服务，这样中间件实例就不会成为单例
    private readonly IServiceProvider _serviceProvider;
    public MiddlewareFactory(IServiceProvider serviceProvider)
    {
        _serviceProvider = serviceProvider;
    }
    public IMiddleware? Create(Type middlewareType)
    {
        return _serviceProvider.GetRequiredService(middlewareType) as IMiddleware;
    }
    public void Release(IMiddleware middleware)
    {
        // The container owns the lifetime of the service
        // DI容器来管理服务的生命周期
    }
}

可以看到，该工厂使用过DI容器来解析出服务实例的。因此，当使用基于工厂的中间件时，是无法通过UseMiddleware向中间件的构造函数传参的。

基于约定的中间件 VS 基于工厂的中间件

基于约定的中间件实例都是 Singleton；而基于工厂的中间件实例可以是 Singleton、Scoped 和 Transient（当然，不建议注册为 Singleton）
基于约定的中间件实例构造函数中可以通过依赖注入传参，也可以用过UseMiddleware传参；而基于工厂的中间件只能通过依赖注入传参
基于约定的中间件实例可以在Invoke/InvokeAsync中添加更多的依赖注入参数；而基于工厂的中间件只能按照IMiddleware的接口定义进行实现。