一张图理清ASP.NET Core启动流程

1. 引言

对于ASP.NET Core应用程序来说,我们要记住非常重要的一点是:其本质上是一个独立的控制台应用,它并不是必需在IIS内部托管且并不需要IIS来启动运行(而这正是ASP.NET Core跨平台的基石)。ASP.NET Core应用程序拥有一个内置的Self-Hosted(自托管)Web Server(Web服务器),用来处理外部请求。

不管是托管还是自托管,都离不开Host(宿主)。在ASP.NET Core应用中通过配置并启动一个Host来完成应用程序的启动和其生命周期的管理(如下图所示)。而Host的主要的职责就是Web Server的配置和Pilpeline(请求处理管道)的构建。

这张图描述了一个总体的启动流程,从上图中我们知道ASP.NET Core应用程序的启动主要包含三个步骤:

  1. CreateDefaultBuilder():创建IWebHostBuilder
  2. Build():IWebHostBuilder负责创建IWebHost
  3. Run():启动IWebHost

所以,ASP.NET Core应用的启动本质上是启动作为宿主的WebHost对象。 其主要涉及到两个关键对象IWebHostBuilderIWebHost,它们的内部实现是ASP.NET Core应用的核心所在。下面我们就结合源码并梳理调用堆栈来一探究竟!

2. 宿主构造器:IWebHostBuilder

在启动IWebHost宿主之前,我们需要完成对IWebHost的创建和配置。而这一项工作需要借助IWebHostBuilder对象来完成的,ASP.NET Core中提供了默认实现WebHostBuilder。而WebHostBuilder是由WebHost的同名工具类(Microsoft.AspNetCore命名空间下)中的CreateDefaultBuilder方法创建的。

从上图中我们可以看出CreateDefaultBuilder()方法主要干了六件大事:

  1. UseKestrel:使用Kestrel作为Web server。
  2. UseContentRoot:指定Web host使用的content root(内容根目录),比如Views。默认为当前应用程序根目录。
  3. ConfigureAppConfiguration:设置当前应用程序配置。主要是读取 appsettinggs.json 配置文件、开发环境中配置的UserSecrets、添加环境变量和命令行参数 。
  4. ConfigureLogging:读取配置文件中的Logging节点,配置日志系统。
  5. UseIISIntegration:使用IISIntegration 中间件。
  6. UseDefaultServiceProvider:设置默认的依赖注入容器。

创建完毕WebHostBuilder后,通过调用UseStartup()来指定启动类,来为后续服务的注册及中间件的注册提供入口。

3. 宿主:IWebHost

在ASP.Net Core中定义了IWebHost用来表示Web应用的宿主,并提供了一个默认实现WebHost。宿主的创建是通过调用IWebHostBuilderBuild()方法来完成的。那该方法主要做了哪些事情呢,我们来看下面这张【ASP.NET Core启动流程调用堆栈】中的黄色边框部分:

其核心主要在于WebHost的创建,又可以划分为三个部分:

  1. 构建依赖注入容器,初始通用服务的注册:BuildCommonService();
  2. 实例化WebHost:var host = new WebHost(...);
  3. 初始化WebHost,也就是构建由中间件组成的请求处理管道:host.Initialize();

3.1. 注册初始通用服务

BuildBuildCommonService方法主要做了两件事:

  1. 查找HostingStartupAttribute特性以应用其他程序集中的启动配置
  2. 注册通用服务
  3. 若配置了启动程序集,则发现并以IStartup类型注入到IOC容器中

3.2. 创建IWebHost

public IWebHost Build()
{
    //省略部分代码

    var host = new WebHost(
        applicationServices,
        hostingServiceProvider,
        _options,
        _config,
        hostingStartupErrors);
    }
    
    host.Initialize();

    return host;
}

3.3. 构建请求处理管道

请求管道的构建,主要是中间件之间的衔接处理。

而请求处理管道的构建,又包含三个主要部分:

  1. 注册Startup中绑定的服务;
  2. 配置IServer;
  3. 构建管道

请求管道的构建主要是借助于IApplicationBuilder,相关类图如下:

4. 启动WebHost

WebHost的启动主要分为两步:

  1. 再次确认请求管道正确创建
  2. 启动Server以监听请求
  3. 启动 HostedService

4.1. 确认请求管道的创建

从图中可以看出,第一步调用Initialize()方法主要是取保请求管道的正确创建。其内部主要是对BuildApplication()方法的调用,与我们上面所讲WebHost的构建环节具有相同的调用堆栈。而最终返回的正是由中间件衔接而成的RequestDelegate类型代表的请求管道。

4.2. 启动Server

我们先来看下类图:

从类图中我们可以看出IServer接口主要定义了一个只读的特性集合属性、一个启动和停止的方法声明。在创建宿主构造器IWebHostBuilder时我们通过调用UseKestrel()方法指定了使用KestrelServer作为默认的IServer实现。其方法申明中接收了一个IHttpApplication<TContext> application的参数,从命名来看,它代表一个Http应用程序,我们来看下具体的接口定义:

其主要定义了三个方法,第一个方法用来创建请求上下文;第二个方法用来处理请求;第三个方法用来释放上下文。而至于请求上下文,是用来携带请求和返回响应的核心参数,其贯穿与整个请求处理管道之中。ASP.NET Core中提供了默认的实现HostingApplication,其构造函数接收一个RequestDelegate _application(也就是链接中间件形成的处理管道)用来处理请求。

var httpContextFactory = _applicationServices.GetRequiredService<IHttpContextFactory>();
var hostingApp = new HostingApplication(_application, _logger, diagnosticSource, httpContextFactory);

4.3. 启动IHostedService

IHostedService接口用来定义后台任务,通过实现该接口并注册到Ioc容器中,它会随着ASP.NET Core 程序启动而启动,终止而终止。

5. 总结

结合源码,通过对ASP.NET Core运行调用堆栈的梳理,其启动流程的总体脉络一目了然,并且了解到主要的几个关键对象:

  1. 负责创建IWebHost的宿主构造器IWebHostBuilder
  2. 代表宿主的IWebHost接口
  3. 用于构建请求管道的IApplicationBuilder
  4. 中间件衔接而成的RequestDelegate
  5. 代表Web Server的IServer接口
  6. 贯穿请求处理管道的请求上下文HttpContext
  7. 可以用来注册后台服务的IHostedService接口

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