Dotnet Core IHttpClientFactory深度研究

今天，我们深度研究一下IHttpClientFactory。

 

一、前言

最早，我们是在Dotnet Framework中接触到HttpClient。

HttpClient给我们提供了与HTTP交互的基本方式。但这个HttpClient在大量频繁使用时，也会给我们抛出两个大坑：一方面，如果我们频繁创建和释放HttpClient实例，会导致Socket套接字资源耗尽，原因是因为Socket关闭后的TIME_WAIT时间。这个问题不展开说，如果需要可以去查TCP的生命周期。而另一方面，如果我们创建一个HttpClient单例，那当被访问的HTTP的DNS记录发生改变时，会抛出异常，因为HttpClient并不会允许这种改变。

现在，对于这个内容，有了更优的解决方案。

从Dotnet Core 2.1开始，框架提供了一个新的内容：IHttpClientFactory。

IHttpClientFactory用来创建HTTP交互的HttpClient实例。它通过将HttpClient的管理和用于发送内容的HttpMessageHandler链分离出来，来解决上面提到的两个问题。这里面，重要的是管理管道终端HttpClientHandler的生命周期，而这个就是实际连接的处理程序。

除此之外，IHttpClientFactory还可以使用IHttpClientBuilder方便地来定制HttpClient和内容处理管道，通过前置配置创建出的HttpClient，实现诸如设置基地址或添加HTTP头等操作。

    为防止非授权转发，这儿给出本文的原文链接：https://www.cnblogs.com/tiger-wang/p/13752297.html

先来看一个简单的例子：

public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
{
    services.AddHttpClient("WangPlus", c =>
    {
        c.BaseAddress = new Uri("https://github.com/humornif");
    })
    .ConfigureHttpClient(c =>
    {
        c.DefaultRequestHeaders.Add("Accept", "application/vnd.github.v3+json");
        c.DefaultRequestHeaders.Add("User-Agent", "HttpClientFactory-Sample");
    });
}

在这个例子中，当调用ConfigureHttpClient()或AddHttpMessageHandler()来配置HttpClient时，实际上是在向IOptions的实例HttpClientFactoryOptions添加配置。这个方法提供了非常多的配置选项，具体可以去看微软的文档，这儿不多说。

 

在类中使用IHttpClientFactory时，也是同样的方式：创建一个IHttpClientFactory的单例实例，然后调用CreateClient(name)创建一个具有名称WangPlus的HttpClient。

看下面的例子：

public class MyService
{
    private readonly IHttpClientFactory _factory;
    public MyService(IHttpClientFactory factory)
    {
        _factory = factory;
    }
    public async Task DoSomething()
    {
        HttpClient client = _factory.CreateClient("WangPlus");
    }
}

用法很简单。

 

下面，我们会针对CreateClient()进行剖析，来深入理解IHttpClientFactory背后的内容。

二、HttpClient & HttpMessageHandler的创建过程

CreateClient()方法是与IHttpClientFactory交互的主要方法。

看一下CreateClient()的代码实现：

private readonly IOptionsMonitor<HttpClientFactoryOptions> _optionsMonitor

public HttpClient CreateClient(string name)
{
    HttpMessageHandler handler = CreateHandler(name);
    var client = new HttpClient(handler, disposeHandler: false);

    HttpClientFactoryOptions options = _optionsMonitor.Get(name);
    for (int i = 0; i < options.HttpClientActions.Count; i++)
    {
        options.HttpClientActions[i](client);
    }

    return client;
}

代码看上去很简单。首先通过CreateHandler()创建了一个HttpMessageHandler的处理管道，并传入要创建的HttpClient的名称。

有了这个处理管道，就可以创建HttpClient并传递给处理管道。这儿需要注意的是disposeHandler:false，这个参数用来保证当我们释放HttpClient的时候，处理管理不会被释放掉，因为IHttpClientFactory会自己完成这个管道的处理。

然后，从IOptionsMonitor的实例中获取已命名的客户机的HttpClientFactoryOptions。它来自Startup.ConfigureServices()中添加的HttpClient配置函数，并设置了BaseAddress和Header等内容。

最后，将HttpClient返回给调用者。

 

理解了这个内容，下面我们来看看CreateHandler(name)方法，研究一下HttpMessageHandler管道是如何创建的。

readonly ConcurrentDictionary<string, Lazy<ActiveHandlerTrackingEntry>> _activeHandlers;;

readonly Func<string, Lazy<ActiveHandlerTrackingEntry>> _entryFactory = (name) =>
    {
        return new Lazy<ActiveHandlerTrackingEntry>(() =>
        {
            return CreateHandlerEntry(name);
        }, LazyThreadSafetyMode.ExecutionAndPublication);
    };

public HttpMessageHandler CreateHandler(string name)
{
    ActiveHandlerTrackingEntry entry = _activeHandlers.GetOrAdd(name, _entryFactory).Value;

    entry.StartExpiryTimer(_expiryCallback);

    return entry.Handler;
}

看这段代码：CreateHandler()做了两件事：

1. 创建或获取ActiveHandlerTrackingEntry；
2. 开始一个计时器。

_activeHandlers是一个ConcurrentDictionary<>，里面保存的是HttpClient的名称（例如上面代码中的WangPlus）。这里使用Lazy<>是一个使GetOrAdd()方法保持线程安全的技巧。实际创建处理管道的工作在CreateHandlerEntry中，它创建了一个ActiveHandlerTrackingEntry。

ActiveHandlerTrackingEntry是一个不可变的对象，包含HttpMessageHandler和IServiceScope注入。此外，它还包含一个与StartExpiryTimer()一起使用的内部计时器，用于在计时器过期时调用回调函数。

看一下ActiveHandlerTrackingEntry的定义：

internal class ActiveHandlerTrackingEntry
{
    public LifetimeTrackingHttpMessageHandler Handler { get; private set; }
    public TimeSpan Lifetime { get; }
    public string Name { get; }
    public IServiceScope Scope { get; }
    public void StartExpiryTimer(TimerCallback callback)
    {
        // Starts the internal timer
        // Executes the callback after Lifetime has expired.
        // If the timer has already started, is noop
    }
}

因此CreateHandler方法要么创建一个新的ActiveHandlerTrackingEntry，要么从字典中检索条目，然后启动计时器。

 

下一节，我们来看看CreateHandlerEntry()方法如何创建ActiveHandlerTrackingEntry实例。

三、在CreateHandlerEntry中创建和跟踪HttpMessageHandler

CreateHandlerEntry方法是创建HttpClient处理管道的地方。

这个部分代码有点复杂，我们简化一下，以研究过程为主：

private readonly IServiceProvider _services;

private readonly IHttpMessageHandlerBuilderFilter[] _filters;

private ActiveHandlerTrackingEntry CreateHandlerEntry(string name)
{
    IServiceScope scope = _services.CreateScope(); 
    IServiceProvider services = scope.ServiceProvider;
    HttpClientFactoryOptions options = _optionsMonitor.Get(name);

    HttpMessageHandlerBuilder builder = services.GetRequiredService<HttpMessageHandlerBuilder>();
    builder.Name = name;

    Action<HttpMessageHandlerBuilder> configure = Configure;
    for (int i = _filters.Length - 1; i >= 0; i--)
    {
        configure = _filters[i].Configure(configure);
    }

    configure(builder);

    var handler = new LifetimeTrackingHttpMessageHandler(builder.Build());

    return new ActiveHandlerTrackingEntry(name, handler, scope, options.HandlerLifetime);

    void Configure(HttpMessageHandlerBuilder b)
    {
        for (int i = 0; i < options.HttpMessageHandlerBuilderActions.Count; i++)
        {
            options.HttpMessageHandlerBuilderActions[i](b);
        }
    }
}

先用根DI容器创建一个IServiceScope，从关联的IServiceProvider中获取关联的服务，再从HttpClientFactoryOptions中找到对应名称的HttpClient和它的配置。

从容器中查找的下一项是HttpMessageHandlerBuilder，默认值是DefaultHttpMessageHandlerBuilder，这个值通过创建一个主处理程序（负责建立Socket套接字和发送请求的HttpClientHandler）来构建处理管道。我们可以通过添加附加的委托来包装这个主处理程序，来为请求和响应创建自定义管理。

 

附加的委托DelegatingHandlers类似于Core的中间件管道：

1. Configure()根据Startup.ConfigureServices()提供的配置构建DelegatingHandlers管道；
2. IHttpMessageHandlerBuilderFilter是注入到IHttpClientFactory构造函数中的过滤器，用于在委托处理管道中添加额外的处理程序。

 

IHttpMessageHandlerBuilderFilter类似于IStartupFilters，默认注册的是LoggingHttpMessageHandlerBuilderFilter。这个过滤器向委托管道添加了两个额外的处理程序：

1. 管道开始位置的LoggingScopeHttpMessageHandler，会启动一个新的日志Scope；
2. 管道末端的LoggingHttpMessageHandler，在请求被发送到主HttpClientHandler之前，记录有关请求和响应的日志；

 

最后，整个管道被包装在一个LifetimeTrackingHttpMessageHandler中。管道处理完成后，将与用于创建它的IServiceScope一起保存在一个新的ActiveHandlerTrackingEntry实例中，并给定HttpClientFactoryOptions中定义的生存期(默认为两分钟)。

该条目返回给调用者（CreateHandler()方法），添加到处理程序的ConcurrentDictionary<>中，添加到新的HttpClient实例中（在CreateClient()方法中），并返回给原始调用者。

在接下来的生存期（两分钟）内，每当您调用CreateClient()时，您将获得一个新的HttpClient实例，但是它具有与最初创建时相同的处理程序管道。

每个命名或类型化的HttpClient都有自己的消息处理程序管道。例如，名称为WangPlus的两个HttpClient实例将拥有相同的处理程序链，但名为api的HttpClient将拥有不同的处理程序链。

 

下一节，我们研究下计时器过期后的清理处理。

三、过期清理

以默认时间来说，两分钟后，存储在ActiveHandlerTrackingEntry中的计时器将过期，并触发StartExpiryTimer()的回调方法ExpiryTimer_Tick()。

ExpiryTimer_Tick负责从ConcurrentDictionary<>池中删除处理程序记录，并将其添加到过期处理程序队列中：

readonly ConcurrentQueue<ExpiredHandlerTrackingEntry> _expiredHandlers;

internal void ExpiryTimer_Tick(object state)
{
    var active = (ActiveHandlerTrackingEntry)state;

     _activeHandlers.TryRemove(active.Name, out Lazy<ActiveHandlerTrackingEntry> found);

    var expired = new ExpiredHandlerTrackingEntry(active);
    _expiredHandlers.Enqueue(expired);

    StartCleanupTimer();
}

当一个处理程序从_activeHandlers集合中删除后，当调用CreateClient()时，它将不再与新的HttpClient一起分发，但会保持在内存存，直到引用此处理程序的所有HttpClient实例全部被清除后，IHttpClientFactory才会最终释放这个处理程序管道。

 

IHttpClientFactory使用LifetimeTrackingHttpMessageHandler和ExpiredHandlerTrackingEntry来跟踪处理程序是否不再被引用。

看下面的代码：

internal class ExpiredHandlerTrackingEntry
{
    private readonly WeakReference _livenessTracker;

    public ExpiredHandlerTrackingEntry(ActiveHandlerTrackingEntry other)
    {
        Name = other.Name;
        Scope = other.Scope;

        _livenessTracker = new WeakReference(other.Handler);
        InnerHandler = other.Handler.InnerHandler;
    }

    public bool CanDispose => !_livenessTracker.IsAlive;

    public HttpMessageHandler InnerHandler { get; }
    public string Name { get; }
    public IServiceScope Scope { get; }
}

根据这段代码，ExpiredHandlerTrackingEntry创建了对LifetimeTrackingHttpMessageHandler的弱引用。根据上一节所写的，LifetimeTrackingHttpMessageHandler是管道中的“最外层”处理程序，因此它是HttpClient直接引用的处理程序。

对LifetimeTrackingHttpMessageHandler使用WeakReference意味着对管道中最外层处理程序的直接引用只有在HttpClient中。一旦垃圾收集器收集了所有这些HttpClient，LifetimeTrackingHttpMessageHandler将没有引用，因此也将被释放。ExpiredHandlerTrackingEntry可以通过WeakReference.IsAlive检测到。

在将一个记录添加到_expiredHandlers队列之后，StartCleanupTimer()将启动一个计时器，该计时器将在10秒后触发。触发后调用CleanupTimer_Tick()方法，检查是否对处理程序的所有引用都已过期。如果是，处理程序和IServiceScope将被释放。如果没有，它们被添加回队列，清理计时器再次启动：

internal void CleanupTimer_Tick()
{
    StopCleanupTimer();

    int initialCount = _expiredHandlers.Count;
    for (int i = 0; i < initialCount; i++)
    {
        _expiredHandlers.TryDequeue(out ExpiredHandlerTrackingEntry entry);

        if (entry.CanDispose)
        {
            try
            {
                entry.InnerHandler.Dispose();
                entry.Scope?.Dispose();
            }
            catch (Exception ex)
            {
            }
        }
        else
        {
            _expiredHandlers.Enqueue(entry);
        }
    }

    if (_expiredHandlers.Count > 0)
    {
        StartCleanupTimer();
    }
}

为了看清代码的流程，这个代码我简单了。原始的代码中还有日志记录和线程锁相关的内容。

这个方法比较简单：遍历ExpiredHandlerTrackingEntry记录，并检查是否删除了对LifetimeTrackingHttpMessageHandler处理程序的所有引用。如果有，处理程序和IServiceScope就会被释放。

如果仍然有对任何LifetimeTrackingHttpMessageHandler处理程序的活动引用，则将条目放回队列，并再次启动清理计时器。

四、总结

如果你看到了这儿，那说明你还是很有耐心的。

这篇文章是一个对源代码的研究，能够帮我们理解IHttpClientFactory的运行方式，以及它是以什么样的方式填补了旧的HttpClient的坑。

有些时候，看看源代码，还是很有益处的。

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