ASP.NET Core技术研究-探秘Host主机启动过程

当我们将原有ASP.NET 应用程序升级迁移到ASP.NET Core之后，我们发现代码工程中多了两个类Program类和Startup类。

接下来我们详细探秘一下通用主机Host的启动过程。

一、Program类的Main函数入口

Program类最重要的功能就是启动主机，这里有一个主机的概念，是ASP.NET Core全新引入的。

主机负责应用程序启动和生存期管理。 同时，主机也是封装应用程序资源的对象：

• 依赖注入 (DI)
• Logging
• Configuration
• IHostedService 实现

启动主机时，它在 DI 容器中找到 IHostedService 的每个实现，然后调用 IHostedService.StartAsync。 在 web 应用中，其中一个 IHostedService 的实现是启动 HTTP 服务器实现的 web 服务。这里的HTTP服务器默认是Kestrel。

即：ASP.NET Core主机启动时，会启动一个HTTP服务器，默认是Kestrel。启动后监听并响应某个端口的HTTP请求。

我们继续看Program类的代码：

从上述代码可以看到，Main函数中首先调用CreateHostBuilder方法，返回一个IHostBuilder。然后调用IHostBuilder.Build()方法完成

二、Host.CreateDefaultBuilder(args): 构造IHostBuilder的默认实现HostBuilder

在CreateHostBuilder方法内部，首先调用了Host.CreateDefaultBuilder构造了一个HostBuilder，这个我们先看下源码，看看到底Host类内部做了什么操作：

https://github.com/dotnet/extensions/blob/release/3.1/src/Hosting/Hosting/src/Host.cs

public static IHostBuilder CreateDefaultBuilder(string[] args)
        {
            var builder = new HostBuilder();

            builder.UseContentRoot(Directory.GetCurrentDirectory());
            builder.ConfigureHostConfiguration(config =>
            {
                config.AddEnvironmentVariables(prefix: "DOTNET_");
                if (args != null)
                {
                    config.AddCommandLine(args);
                }
            });

            builder.ConfigureAppConfiguration((hostingContext, config) =>
            {
                var env = hostingContext.HostingEnvironment;

                config.AddJsonFile("appsettings.json", optional: true, reloadOnChange: true)
                      .AddJsonFile($"appsettings.{env.EnvironmentName}.json", optional: true, reloadOnChange: true);

                if (env.IsDevelopment() && !string.IsNullOrEmpty(env.ApplicationName))
                {
                    var appAssembly = Assembly.Load(new AssemblyName(env.ApplicationName));
                    if (appAssembly != null)
                    {
                        config.AddUserSecrets(appAssembly, optional: true);
                    }
                }

                config.AddEnvironmentVariables();

                if (args != null)
                {
                    config.AddCommandLine(args);
                }
            })
            .ConfigureLogging((hostingContext, logging) =>
            {
                var isWindows = RuntimeInformation.IsOSPlatform(OSPlatform.Windows);

                // IMPORTANT: This needs to be added *before* configuration is loaded, this lets
                // the defaults be overridden by the configuration.
                if (isWindows)
                {
                    // Default the EventLogLoggerProvider to warning or above
                    logging.AddFilter<EventLogLoggerProvider>(level => level >= LogLevel.Warning);
                }

                logging.AddConfiguration(hostingContext.Configuration.GetSection("Logging"));
                logging.AddConsole();
                logging.AddDebug();
                logging.AddEventSourceLogger();

                if (isWindows)
                {
                    // Add the EventLogLoggerProvider on windows machines
                    logging.AddEventLog();
                }
            })
            .UseDefaultServiceProvider((context, options) =>
            {
                var isDevelopment = context.HostingEnvironment.IsDevelopment();
                options.ValidateScopes = isDevelopment;
                options.ValidateOnBuild = isDevelopment;
            });

            return builder;
        }

　 从上述代码中，可以看到CreateDefaultBuilder内部构造了一个HostBuilder，同时设置了：

• 将内容根目录（contentRootPath）设置为由 GetCurrentDirectory 返回的路径。
• 通过以下源加载主机配置
  • 环境变量（DOTNET_前缀）配置
  • 命令行参数配置
• 通过以下对象加载应用配置
  • appsettings.json
  • appsettings.{Environment}.json
  • 密钥管理器 当应用在 Development 环境中运行时
  • 环境变量
  • 命令行参数
• 添加日志记录提供程序

• • 控制台
  • 调试
  • EventSource
  • EventLog（ Windows环境下）

• 当环境为“开发”时，启用范围验证和依赖关系验证。

以上构造完成了HostBuilder，针对ASP.NET Core应用，代码继续调用了HostBuilder.ConfigureWebHostDefaults方法。

三、IHostBuilder.ConfigureWebHostDefaults：通过GenericWebHostBuilder对HostBuilder增加ASP.NET Core的运行时设置

构造完成HostBuilder之后，针对ASP.NET Core应用，继续调用了HostBuilder.ConfigureWebHostDefaults方法。这是一个ASP.NET Core的一个扩展方法：

我们继续看ConfigureWebHostDefaults扩展方法内部做了哪些事情：

源码连接：https://github.com/dotnet/aspnetcore/blob/master/src/DefaultBuilder/src/GenericHostBuilderExtensions.cs

using System;
using Microsoft.AspNetCore.Hosting;
using Microsoft.AspNetCore;

namespace Microsoft.Extensions.Hosting
{
    /// <summary>
    /// Extension methods for configuring the IWebHostBuilder.
    /// </summary>
    public static class GenericHostBuilderExtensions
    {
        /// <summary>
        /// Initializes a new instance of the <see cref="IWebHostBuilder"/> class with pre-configured defaults.
        /// </summary>
        /// <remarks>
        ///   The following defaults are applied to the <see cref="IWebHostBuilder"/>:
        ///     use Kestrel as the web server and configure it using the application's configuration providers,
        ///     adds the HostFiltering middleware,
        ///     adds the ForwardedHeaders middleware if ASPNETCORE_FORWARDEDHEADERS_ENABLED=true,
        ///     and enable IIS integration.
        /// </remarks>
        /// <param name="builder">The <see cref="IHostBuilder" /> instance to configure</param>
        /// <param name="configure">The configure callback</param>
        /// <returns>The <see cref="IHostBuilder"/> for chaining.</returns>
        public static IHostBuilder ConfigureWebHostDefaults(this IHostBuilder builder, Action<IWebHostBuilder> configure)
        {
            return builder.ConfigureWebHost(webHostBuilder =>
            {
                WebHost.ConfigureWebDefaults(webHostBuilder);

                configure(webHostBuilder);
            });
        }
    }
}
© 2020 GitHub, Inc.

　 首先，通过类GenericHostWebHostBuilderExtensions，对IHostBuilder扩展一个方法：ConfigureWebHost：builder.ConfigureWebHost

     在这个扩展方法中实现了对IWebHostBuilder的依赖注入：即将GenericWebHostBuilder实例传入方法ConfigureWebHostDefaults内部

     代码连接：https://github.com/dotnet/aspnetcore/blob/release/3.1/src/Hosting/Hosting/src/GenericHostWebHostBuilderExtensions.cs

using System;
using Microsoft.AspNetCore.Hosting;
using Microsoft.Extensions.DependencyInjection;

namespace Microsoft.Extensions.Hosting
{
    public static class GenericHostWebHostBuilderExtensions
    {
        public static IHostBuilder ConfigureWebHost(this IHostBuilder builder, Action<IWebHostBuilder> configure)
        {
            var webhostBuilder = new GenericWebHostBuilder(builder);
            configure(webhostBuilder);
            builder.ConfigureServices((context, services) => services.AddHostedService<GenericWebHostService>());
            return builder;
        }
    }
}

   通过GenericWebHostBuilder的构造函数GenericWebHostBuilder（buillder），将已有的HostBuilder增加了ASP.NET Core运行时设置。

可以参考代码：https://github.com/dotnet/aspnetcore/blob/release/3.1/src/Hosting/Hosting/src/GenericHost/GenericWebHostBuilder.cs

 。。。

   先看到这，让我们回到ConfigureWebHostDefaults：

将上面两段代码合并一下进行理解：ConfigureWebHostDefaults做了两件事情：

1. 扩展IHostBuilder增加ConfigureWebHost，引入IWebHostBuilder的实现GenericWebHostBuilder，将已有的HostBuilder增加ASP.NET Core运行时的设置。

2. ConfigureWebHost代码中的configure(webhostBuilder)：对注入的IWebHostBuilder，调用 WebHost.ConfigureWebDefaults(webHostBuilder)，启用各类设置，如下代码解读：

 internal static void ConfigureWebDefaults(IWebHostBuilder builder)
        {
            builder.ConfigureAppConfiguration((ctx, cb) =>
            {
                if (ctx.HostingEnvironment.IsDevelopment())
                {
                    StaticWebAssetsLoader.UseStaticWebAssets(ctx.HostingEnvironment, ctx.Configuration);
                }
            });
            builder.UseKestrel((builderContext, options) =>
            {
                options.Configure(builderContext.Configuration.GetSection("Kestrel"));
            })
            .ConfigureServices((hostingContext, services) =>
            {
                // Fallback
                services.PostConfigure<HostFilteringOptions>(options =>
                {
                    if (options.AllowedHosts == null || options.AllowedHosts.Count == 0)
                    {
                        // "AllowedHosts": "localhost;127.0.0.1;[::1]"
                        var hosts = hostingContext.Configuration["AllowedHosts"]?.Split(new[] { ';' }, StringSplitOptions.RemoveEmptyEntries);
                        // Fall back to "*" to disable.
                        options.AllowedHosts = (hosts?.Length > 0 ? hosts : new[] { "*" });
                    }
                });
                // Change notification
                services.AddSingleton<IOptionsChangeTokenSource<HostFilteringOptions>>(
                            new ConfigurationChangeTokenSource<HostFilteringOptions>(hostingContext.Configuration));

                services.AddTransient<IStartupFilter, HostFilteringStartupFilter>();

                if (string.Equals("true", hostingContext.Configuration["ForwardedHeaders_Enabled"], StringComparison.OrdinalIgnoreCase))
                {
                    services.Configure<ForwardedHeadersOptions>(options =>
                    {
                        options.ForwardedHeaders = ForwardedHeaders.XForwardedFor | ForwardedHeaders.XForwardedProto;
                        // Only loopback proxies are allowed by default. Clear that restriction because forwarders are
                        // being enabled by explicit configuration.
                        options.KnownNetworks.Clear();
                        options.KnownProxies.Clear();
                    });

                    services.AddTransient<IStartupFilter, ForwardedHeadersStartupFilter>();
                }

                services.AddRouting();
            })
            .UseIIS()
            .UseIISIntegration();
        }

内部实现了：

• 前缀为 ASPNETCORE_ 的环境变量加载主机配置。
• 将Kestrel作为默认的Web服务器
• 添加HostFiltering中间件（主机筛选中间件）
• 如果ASPNETCORE_FORWARDEDHEADERS_ENABLED=true，添加转接头中间件ForwardedHeaders
• 启用IIS集成

3. 返回ConfigureWebHostDefaults代码中的configure(webHostBuilder)：执行Program类中的webBuilder.UseStartup<Startup>();

  第三章节中，以上过程完成了IHostBuilder.ConfigureWebHostDefaults，通过GenericWebHostBuilder对HostBuilder增加ASP.NET Core的运行时设置。

接下来继续Build和Run的过程。

四、CreateHostBuilder(args).Build().Run();

  CreateHostBuilder返回的IHostBuilder，我们通过代码Debug，看一下具体的类型：Microsoft.Extensions.Hosting.HostBuilder，这样进一步验证了前三个章节的代码。

  1. Build的过程

先看下Build的源码：https://github.com/dotnet/extensions/blob/release/3.1/src/Hosting/Hosting/src/HostBuilder.cs

Build的过程主要完成了：

• BuildHostConfiguration： 构造配置系统，初始化 IConfiguration _hostConfiguration;
• CreateHostingEnvironment：构建主机HostingEnvironment环境信息，包含ApplicationName、EnvironmentName、ContentRootPath等
• CreateHostBuilderContext：创建主机Build上下文HostBuilderContext，上下文中包含：HostingEnvironment和Configuration
• BuildAppConfiguration：构建应用程序配置
• CreateServiceProvider：创建依赖注入服务提供程序，  即依赖注入容器

  2. Run的过程

我们先通过Debug，看一下Host的信息：Microsoft.Extensions.Hosting.Internal.Host

这个Run方法也是一个扩展方法：HostingAbstractionsHostExtensions.Run

代码链接：https://github.com/dotnet/extensions/blob/release/3.1/src/Hosting/Abstractions/src/HostingAbstractionsHostExtensions.cs

其实内部转调的还是Host.StartAsync方法，在内部启动了DI依赖注入容器中所有注册的服务。

代码链接：https://github.com/dotnet/extensions/blob/release/3.1/src/Hosting/Hosting/src/Internal/Host.cs

整个Host主机的启动过程还是非常复杂的，我们只是简单的在代码层面研究了一遍，感觉只是有了个大致的轮廓，具体怎么执行的，是不是如上面代码的解释，还需要深入继续研究。

接下来下一篇文章准备把源码单步调试看看。加深对ASP.NET Core底层技术原理的理解，只有理解了底层技术实现，我们在应用层才能更好、正确的使用。

周国庆

2020/4/6