AspNetCore7.0源码解读之UseMiddleware

Use?Middleware?Extensions

前言

本文编写时源码参考github仓库主分支。

aspnetcore提供了Use方法供开发者自定义中间件，该方法接收一个委托对象，该委托接收一个RequestDelegate对象，并返回一个RequestDelegate对象，方法定义如下：

IApplicationBuilder Use(Func<RequestDelegate, RequestDelegate> middleware);

委托RequestDelegate的定义

/// <summary>/// A function that can process an HTTP request./// </summary>/// <param name="context">The <see cref="HttpContext"/> for the request.</param>/// <returns>A task that represents the completion of request processing.</returns>public delegate Task RequestDelegate(HttpContext context);

如果我们直接使用IApplicationBuilder.Use来写中间件逻辑，可以使用lamda表达式来简化代码，如下：

app.Use((RequestDelegate next) =>{    return (HttpContext ctx) =>    {        // do your logic        return next(ctx);    };});

如果写一些简单的逻辑，这种方式最为方便，问题是如果需要写的中间件代码比较多，依然这样去写，会导致我们Program.cs文件代码非常多，如果有多个中间件，那么最后我们的的Program.cs文件包含多个中间件代码，看上去十分混乱。

将中间件逻辑独立出来

为了解决我们上面的代码不优雅，我们希望能将每个中间件业务独立成一个文件，多个中间件代码不混乱的搞到一起。我们需要这样做。

单独的中间件文件

// Middleware1.cspublic class Middleware1{    public static RequestDelegate Logic(RequestDelegate requestDelegate)    {        return (HttpContext ctx) =>        {            // do your logic            return requestDelegate(ctx);        };    }}

调用中间件

app.Use(Middleware1.Logic);// 以下是其他中间件示例app.Use(Middleware2.Logic);app.Use(Middleware3.Logic);app.Use(Middleware4.Logic);

这种方式可以很好的将各个中间件逻辑独立出来，Program.cs此时变得十分简洁，然而我们还不满足这样，因为我们的Logic方法中直接返回一个lamada表达式（RequestDelegate对象），代码层级深了一层，每个中间件都多写这一层壳似乎不太优雅，能不能去掉这层lamada表达式呢？

UseMiddlewareExtensions

为了解决上面提到的痛点，UseMiddlewareExtensions扩展类应运而生，它在Aspnetcore底层大量使用,它主要提供一个泛型UseMiddleware<T>方法用来方便我们注册中间件，下面是该方法的定义

public static IApplicationBuilder UseMiddleware<TMiddleware>(this IApplicationBuilder app, params object?[] args)

如果只看这个方法的声明，估计没人知道如何使用，因为该方法接收的泛型参数TMiddleware没有添加任何限制，而另一个args参数也是object类型，而且是可以不传的，也就是它只需要传任意一个类型都不会在编译时报错。
比如这样，完全不会报错：

当然，如果你这样就运行程序，一定会收到下面的异常

System.InvalidOperationException:“No public 'Invoke' or 'InvokeAsync' method found for middleware of type 'System.String'.”

提示我们传的类型没有Invoke或InvokeAsync公共方法，这里大概能猜到，底层应该是通过反射进行动态调用Invoke或InvokeAsync公共方法的。

源码分析

想要知道其本质，唯有查看源码,以下源码来自UseMiddlewareExtensions

如下，该扩展类一共提供两个并且是重载的公共方法UseMiddleware，一般都只会使用第一个UseMiddleware,第一个UseMiddleware方法内部再去调用第二个UseMiddleware方法，源码中对类型前面添加的[DynamicallyAccessedMembers(MiddlewareAccessibility)]属性可以忽略，它的作用是为了告诉编译器我们通过反射访问的范围，以防止对程序集对我们可能调用的方法或属性等进行裁剪。

internal const string InvokeMethodName = "Invoke";internal const string InvokeAsyncMethodName = "InvokeAsync";/// <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<[DynamicallyAccessedMembers(MiddlewareAccessibility)] 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,    [DynamicallyAccessedMembers(MiddlewareAccessibility)] Type middleware,    params object?[] args){    if (typeof(IMiddleware).IsAssignableFrom(middleware))    {        // 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;    var methods = middleware.GetMethods(BindingFlags.Instance | BindingFlags.Public);    MethodInfo? invokeMethod = null;    foreach (var method in methods)    {        if (string.Equals(method.Name, InvokeMethodName, StringComparison.Ordinal) || string.Equals(method.Name, InvokeAsyncMethodName, StringComparison.Ordinal))        {            if (invokeMethod is not null)            {                throw new InvalidOperationException(Resources.FormatException_UseMiddleMutlipleInvokes(InvokeMethodName, InvokeAsyncMethodName));            }             invokeMethod = method;        }    }     if (invokeMethod is null)    {        throw new InvalidOperationException(Resources.FormatException_UseMiddlewareNoInvokeMethod(InvokeMethodName, InvokeAsyncMethodName, middleware));    }     if (!typeof(Task).IsAssignableFrom(invokeMethod.ReturnType))    {        throw new InvalidOperationException(Resources.FormatException_UseMiddlewareNonTaskReturnType(InvokeMethodName, InvokeAsyncMethodName, nameof(Task)));    }     var parameters = invokeMethod.GetParameters();    if (parameters.Length == 0 || parameters[0].ParameterType != typeof(HttpContext))    {        throw new InvalidOperationException(Resources.FormatException_UseMiddlewareNoParameters(InvokeMethodName, InvokeAsyncMethodName, nameof(HttpContext)));    }     var state = new InvokeMiddlewareState(middleware);     return app.Use(next =>    {        var middleware = state.Middleware;         var ctorArgs = new object[args.Length + 1];        ctorArgs[0] = next;        Array.Copy(args, 0, ctorArgs, 1, args.Length);        var instance = ActivatorUtilities.CreateInstance(app.ApplicationServices, middleware, ctorArgs);        if (parameters.Length == 1)        {            return (RequestDelegate)invokeMethod.CreateDelegate(typeof(RequestDelegate), instance);        }         var factory = Compile<object>(invokeMethod, parameters);         return context =>        {            var serviceProvider = context.RequestServices ?? applicationServices;            if (serviceProvider == null)            {                throw new InvalidOperationException(Resources.FormatException_UseMiddlewareIServiceProviderNotAvailable(nameof(IServiceProvider)));            }             return factory(instance, context, serviceProvider);        };    });}

第一个UseMiddleware可以直接跳过，看第二个UseMiddleware方法，该方法一上来就先判断我们传的泛型类型是不是IMiddleware接口的派生类，如果是，直接交给UseMiddlewareInterface方法。

if (typeof(IMiddleware).IsAssignableFrom(middleware)) {     // 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); }

这里总算看到应该有的东西了，如果声明UseMiddleware<T>方法时，对泛型T添加IMiddleware限制,我们不看源码就知道如何编写我们的中间件逻辑了，只需要写一个类，继承IMiddleware并实现InvokeAsync方法即可， UseMiddlewareInterface方法的实现比较简单，因为我们继承了接口，逻辑相对会简单点。

private static IApplicationBuilder UseMiddlewareInterface(    IApplicationBuilder app,    Type middlewareType){    return app.Use(next =>    {        return async context =>        {            var middlewareFactory = (IMiddlewareFactory?)context.RequestServices.GetService(typeof(IMiddlewareFactory));            if (middlewareFactory == null)            {                // No middleware factory                throw new InvalidOperationException(Resources.FormatException_UseMiddlewareNoMiddlewareFactory(typeof(IMiddlewareFactory)));            }             var middleware = middlewareFactory.Create(middlewareType);            if (middleware == null)            {                // The factory returned null, it's a broken implementation                throw new InvalidOperationException(Resources.FormatException_UseMiddlewareUnableToCreateMiddleware(middlewareFactory.GetType(), middlewareType));            }             try            {                await middleware.InvokeAsync(context, next);            }            finally            {                middlewareFactory.Release(middleware);            }        };    });}

public interface IMiddleware{    /// <summary>    /// Request handling method.    /// </summary>    /// <param name="context">The <see cref="HttpContext"/> for the current request.</param>    /// <param name="next">The delegate representing the remaining middleware in the request pipeline.</param>    /// <returns>A <see cref="Task"/> that represents the execution of this middleware.</returns>    Task InvokeAsync(HttpContext context, RequestDelegate next);}

如果我们的类不满足IMiddleware，继续往下看

通过反射查找泛型类中Invoke或InvokeAsync方法

var applicationServices = app.ApplicationServices;var methods = middleware.GetMethods(BindingFlags.Instance | BindingFlags.Public);MethodInfo? invokeMethod = null;foreach (var method in methods){    if (string.Equals(method.Name, InvokeMethodName, StringComparison.Ordinal) || string.Equals(method.Name, InvokeAsyncMethodName, StringComparison.Ordinal))    {        // 如果Invoke和InvokeAsync同时存在，则抛出异常，也就是，我们只能二选一        if (invokeMethod is not null)        {            throw new InvalidOperationException(Resources.FormatException_UseMiddleMutlipleInvokes(InvokeMethodName, InvokeAsyncMethodName));        }         invokeMethod = method;    }}// 如果找不到Invoke和InvokeAsync则抛出异常，上文提到的那个异常。if (invokeMethod is null){    throw new InvalidOperationException(Resources.FormatException_UseMiddlewareNoInvokeMethod(InvokeMethodName, InvokeAsyncMethodName, middleware));}// 如果Invoke和InvokeAsync方法的返回值不是Task或Task的派生类，则抛出异常if (!typeof(Task).IsAssignableFrom(invokeMethod.ReturnType)){    throw new InvalidOperationException(Resources.FormatException_UseMiddlewareNonTaskReturnType(InvokeMethodName, InvokeAsyncMethodName, nameof(Task)));}Snippet// 如果Invoke和InvokeAsync方法没有参数，或第一个参数不是HttpContext，抛异常var parameters = invokeMethod.GetParameters();if (parameters.Length == 0 || parameters[0].ParameterType != typeof(HttpContext)){    throw new InvalidOperationException(Resources.FormatException_UseMiddlewareNoParameters(InvokeMethodName, InvokeAsyncMethodName, nameof(HttpContext)));}

上面一堆逻辑主要就是检查我们的Invoke和InvokeAsync方法是否符合要求,即：必须是接收HttpContext参数，返回Task对象，这恰好就是委托RequestDelegate的定义。

构造RequestDelegate
这部分源码的解读都注释到相应的位置了，如下

var state = new InvokeMiddlewareState(middleware);// 调用Use函数，向管道中注册中间件return app.Use(next =>{    var middleware = state.Middleware;    var ctorArgs = new object[args.Length + 1];    // next是RequestDelegate对象，作为构造函数的第一个参数传入    ctorArgs[0] = next;    Array.Copy(args, 0, ctorArgs, 1, args.Length);    // 反射实例化我们传入的泛型类，并把next和args作为构造函数的参数传入    var instance = ActivatorUtilities.CreateInstance(app.ApplicationServices, middleware, ctorArgs);    // 如果我们的Invoke方法只有一个参数，则直接创建该方法的委托    if (parameters.Length == 1)    {        return (RequestDelegate)invokeMethod.CreateDelegate(typeof(RequestDelegate), instance);    }        // 当Invoke方法不止一个参数HttpContext，通过Compile函数创建动态表达式目录树，    // 表达式目录树的构造此处略过，其目的是实现将除第一个参数的其他参数通过IOC注入    var factory = Compile<object>(invokeMethod, parameters);    return context =>    {        // 获取serviceProvider用于在上面构造的表达式目录树中实现依赖注入        var serviceProvider = context.RequestServices ?? applicationServices;        if (serviceProvider == null)        {            throw new InvalidOperationException(Resources.FormatException_UseMiddlewareIServiceProviderNotAvailable(nameof(IServiceProvider)));        }        // 将所需的参数传入构造的表达式目录树工厂        return factory(instance, context, serviceProvider);    };});

至此，整个扩展类的源码就解读完了。

通过UseMiddleware注入自定义中间件

通过上面的源码解读，我们知道了其实我们传入的泛型类型是有严格的要求的，主要有两种

通过继承IMiddleware

继承IMiddleware并实现该接口的InvokeAsync函数

public class Middleware1 : IMiddleware{    public async Task InvokeAsync(HttpContext context, RequestDelegate next)    {        // do your logic        await next(context);    }}

通过反射

我们知道，在不继承IMiddleware的情况下，底层会通过反射实例化泛型类型，并通过构造函数传入RequestDelegate,而且要有一个公共函数Invoke或InvokeAsync，并且接收的第一个参数是HttpContext，返回Task,根据要求我们将Middleware1.cs改造如下

public class Middleware1{    RequestDelegate next;     public Middleware1(RequestDelegate next)    {        this.next = next;    }     public async Task Invoke(HttpContext httpContext)    {        // do your logic        await this.next(httpContext);    }}

总结

通过源码的学习，我们弄清楚底层注册中间件的来龙去脉，两种方式根据自己习惯进行使用，笔者认为通过接口的方式更加简洁直观简单，并且省去了反射带来的性能损失，推荐使用。既然通过继承接口那么爽，为啥还费那么大劲实现反射的方式呢？由源码可知，如果继承接口的话，就不能进行动态传参了。

if (typeof(IMiddleware).IsAssignableFrom(middleware))        {            // 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);        }

所以在需要传参的场景，则必须使用反射的方式，所以两种方式都有其存在的必要。

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