【.Net技术栈梳理】10-.NET Core 程序的执行

文章目录

[1. .NET Core 程序的执行顺序与运行过程](#1. .NET Core 程序的执行顺序与运行过程)
- [1.1 阶段 1：构建主机（配置和服务的准备）](#1.1 阶段 1：构建主机（配置和服务的准备）)
- [1.2 阶段 2：运行主机（中间件管道的构建与请求处理）](#1.2 阶段 2：运行主机（中间件管道的构建与请求处理）)
[2. 中间件的加载与运作机制](#2. 中间件的加载与运作机制)
- [2.1 什么是中间件?](#2.1 什么是中间件?)
- [2.2 如何添加和配置中间件？](#2.2 如何添加和配置中间件？)
- [2.3 中间件的标准顺序（"官方配方"）](#2.3 中间件的标准顺序（“官方配方”）)
- [2.4 中间件的运作模式：Request Delegate 和 next](#2.4 中间件的运作模式：Request Delegate 和 next)
- [2.5 短路（Short-Circuiting）](#2.5 短路（Short-Circuiting）)
- [2.6 创建自定义中间件](#2.6 创建自定义中间件)

理解 .NET Core 程序的执行顺序和中间件模型，是构建高效、可定制 Web 应用程序的关键。

这里将从程序的启动入口开始，详细讲解整个执行过程，并深入剖析中间件的加载和运作机制。

1. .NET Core 程序的执行顺序与运行过程

整个过程可以清晰地分为构建（Build） 和运行（Run） 两大阶段。

自 .NET 6 引入的"最小托管模型"使得这一过程更加简洁明了。

1.1 阶段 1：构建主机（配置和服务的准备）

一切始于 Program.cs 中的 WebApplication.CreateBuilder(args) 方法。

csharp 复制代码

// Program.cs (.NET 6+)
var builder = WebApplication.CreateBuilder(args);

这行代码在背后做了大量工作：

初始化配置（Configuration）：
- 创建了一个 ConfigurationManager 对象。
- 按照预定的顺序（后添加的源会覆盖先添加的）从各种配置源加载配置：
  - appsettings.json 和 appsettings.{Environment}.json（如 appsettings.Development.json）
  - 环境变量
  - 命令行参数
  - 用户机密（仅在开发环境）
- 最终形成一个统一的配置根，可以通过 builder.Configuration 访问。
配置依赖注入（Dependency Injection, DI）容器：
- 创建了一个 IServiceCollection 的实例。
- 自动添加框架基础服务：如日志（ILogging）、配置（IConfiguration）、WebHost 环境（IWebHostEnvironment）等最核心的服务。
- 此时，我们可以通过 builder.Services 来注册我们应用自己的服务（如 AddControllers, AddDbContext, AddScoped, AddSingleton 等）。
创建主机基础结构：
- 配置 Kestrel Web 服务器（默认的、跨平台的高性能服务器）。
- 配置日志记录提供程序。

此阶段的总结：WebApplicationBuilder 就像一个"总工程师"，它按照蓝图（各种配置源）准备好了所有原材料（配置）和工具（服务），并搭建好了工厂（主机）的基础设施。

1.2 阶段 2：运行主机（中间件管道的构建与请求处理）

接下来是 var app = builder.Build(); 和后续的配置。

csharp 复制代码

var app = builder.Build();

构建服务容器：
- builder.Build() 方法使用之前注册的所有服务（builder.Services）来构建最终的 IServiceProvider（即依赖注入容器）。
- 此后，无法再注册新的服务。
配置中间件管道（Middleware Pipeline）：
- 这是最核心、最能体现执行顺序的部分。app 对象（WebApplication 类型）提供了配置请求管道的方法。
- 管道是一个请求委托（Request Delegate） 的链表，每个委托都可以对传入的 HTTP 请求进行操作，然后选择将其传递给下一个委托，或者直接终止管道（短路）。
- 中间件的添加顺序决定了它们的执行顺序。
运行应用程序：
- app.Run(); 启动应用程序，开始监听配置的 URL（如 http://localhost:5000 或 https://localhost:7001）。
- Kestrel 开始接收传入的 HTTP 请求。
- 对于每个请求，Kestrel 会将其包装成一个 HttpContext 对象（包含了 HttpRequest 和 HttpResponse），然后将这个上下文对象送入中间件管道进行处理。

2. 中间件的加载与运作机制

2.1 什么是中间件?

中间件是组装成应用程序管道来处理请求和响应的软件组件。每个中间件组件：

选择是否将请求传递给管道中的下一个组件。
可以在调用下一个组件之前和之后执行工作。

2.2 如何添加和配置中间件？

在 app.Build() 之后，我们使用 WebApplication 上的方法来配置管道：

UseMiddleware< T >() / Use(...): 添加一个自定义的中间件类或内联中间件。
UseRouting(): 添加路由中间件，负责将请求匹配到端点（Endpoint）。
UseAuthentication(): 添加认证中间件。
UseAuthorization(): 添加授权中间件。
UseEndpoints(...): 添加端点中间件，用于执行匹配到的端点（如 MapControllers, MapRazorPages）。
Run(...): 添加一个终止中间件（管道末端，不会调用 next）。
Map(...): 创建管道分支（基于路径匹配）。

2.3 中间件的标准顺序（"官方配方"）

一个典型的、功能完整的中间件管道顺序如下，其结构可以通过以下流程图清晰展示：
HTTP Request 进入异常/错误处理中间件
(UseExceptionHandler/UseDeveloperExceptionPage) HTTPS 重定向中间件
(UseHttpsRedirection) 静态文件中间件
(UseStaticFiles) 路由中间件
(UseRouting) 认证中间件
(UseAuthentication) 授权中间件
(UseAuthorization) 端点中间件
(UseEndpoints) 终端中间件
(Run) 返回响应

为什么顺序如此重要？

异常处理必须在最外层，以捕获管道中后续任何地方抛出的异常。
静态文件放在路由之前，因为对于像 css、js、image 这样的文件请求，不需要经过认证、授权等复杂逻辑，直接返回即可，性能最高。如果先进了路由，就找不到对应的 Controller 和 Action 了。
认证/授权 必须在路由之后、端点之前。因为路由中间件已经确定了请求要访问哪个端点（Endpoint），而授权策略（[Authorize] 特性）是附加在端点（Controller/Action）上的。授权中间件需要知道目标端点是什么，才能决定应用哪种授权策略。

2.4 中间件的运作模式：Request Delegate 和 next

每个中间件本质上都是一个委托，其签名是 Task RequestDelegate(HttpContext context)。

管道中的每个中间件都可以通过调用 next(context) 将请求传递给下一个中间件。

经典的模式： "环绕" 或 "洋葱" 模型

csharp 复制代码

app.Use(async (context, next) =>
{
    // 1. 在调用下一个中间件之前执行的逻辑 (传入请求)
    Log.Information("Request starting...");
    await context.Response.WriteAsync("First Middleware Says Hello!<br>");

    await next.Invoke(); // 将请求传递给管道中的下一个中间件

    // 2. 在下一个中间件执行完毕回来后执行的逻辑 (传出响应)
    Log.Information("Request finished.");
    await context.Response.WriteAsync("First Middleware Says Goodbye!<br>");
});

app.Run(async (context) =>
{
    await context.Response.WriteAsync("Terminal Middleware Handled the Request!<br>");
});

对于上述管道，请求/响应的流程和输出将是

csharp 复制代码

Request -> First Middleware (写 "Hello") -> Terminal Middleware (写 "Handled") -> First Middleware (写 "Goodbye") -> Response

2.5 短路（Short-Circuiting）

中间件可以选择不调用 next()，从而直接终止管道，处理请求并返回响应。这称为"短路"。

静态文件中间件：如果请求匹配到一个物理文件（如 site.css），它会直接返回该文件并短路管道。
身份认证中间件：如果请求未认证且访问的是需要认证的资源，它可以重定向到登录页或返回 401 状态码。
自定义中间件：例如，一个请求日志中间件发现 404 错误，可以直接返回一个自定义的 404 页面，而无需经过后续昂贵的 MVC 路由系统。

csharp 复制代码

// 一个短路示例：健康检查端点
app.Use(async (context, next) =>
{
    if (context.Request.Path.StartsWithSegments("/health"))
    {
        context.Response.StatusCode = 200;
        await context.Response.WriteAsync("Healthy");
        return; // 短路，不调用 next
    }
    await next();
});

2.6 创建自定义中间件

方法一：约定式中间件类

csharp 复制代码

public class RequestLoggerMiddleware
{
    private readonly RequestDelegate _next;
    private readonly ILogger _logger;

    // 约定：必须包含RequestDelegate参数和可选的后续参数
    public RequestLoggerMiddleware(RequestDelegate next, ILogger<RequestLoggerMiddleware> logger)
    {
        _next = next;
        _logger = logger;
    }

    // 约定：必须叫Invoke或InvokeAsync，接收HttpContext参数
    public async Task InvokeAsync(HttpContext context)
    {
        _logger.LogInformation("Handling request: " + context.Request.Path);
        await _next(context); // 调用管道中的下一个组件
        _logger.LogInformation("Finished handling request.");
    }
}

// 扩展方法，用于优雅注册
public static class RequestLoggerMiddlewareExtensions
{
    public static IApplicationBuilder UseRequestLogger(this IApplicationBuilder builder)
    {
        return builder.UseMiddleware<RequestLoggerMiddleware>();
    }
}

// 在Program.cs中使用
app.UseRequestLogger(); // 非常简洁

方法二：实现 IMiddleware 接口

csharp 复制代码

public class CustomMiddleware : IMiddleware
{
    public async Task InvokeAsync(HttpContext context, RequestDelegate next)
    {
        // 前置逻辑
        await next(context); // 传递上下文
        // 后置逻辑
    }
}

// 注册（需要在DI容器中注册）
builder.Services.AddTransient<CustomMiddleware>();
app.UseMiddleware<CustomMiddleware>();

总结

执行顺序 ：.NET Core 程序启动遵循 构建配置与服务注册 -> 构建容器与中间件管道 -> 运行监听 的清晰流程。
运行过程：每个 HTTP 请求都被包装为 HttpContext，并流经预先构建好的中间件管道。
中间件本质：是处理 HttpContext 的委托链，通过 next 串联。
核心原则 ：顺序至关重要。中间件的添加顺序决定了它们处理请求和响应的顺序，直接影响应用的行为、性能和安全性。
设计模式：采用"洋葱模型"，请求先逐层深入，响应再逐层返回。中间件有权决定是否传递请求（短路）。

理解了这个流程和中间件模型，就能非常灵活地定制 ASP.NET Core 应用程序的行为，例如添加全局异常处理、自定义认证、日志记录、性能监控等组件，并将它们精确地插入到管道的合适位置。