理解ASP.NET Core - [01] Startup

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准备工作：一份ASP.NET Core Web API应用程序

当我们来到一个陌生的环境，第一件事就是找到厕所在哪。

当我们接触一份新框架时，第一件事就是找到程序入口，即Main方法

public class Program
{
    public static void Main(string[] args)
    {
        CreateHostBuilder(args).Build().Run();
    }

    public static IHostBuilder CreateHostBuilder(string[] args) =>
        Host.CreateDefaultBuilder(args)
            .ConfigureWebHostDefaults(webBuilder =>
            {
                webBuilder.UseStartup<Startup>();
            });
}

代码很简单，典型的建造者模式：通过IHostBuilder创建一个通用主机（Generic Host），然后启动它（至于什么是通用主机，咱们后续的文章会说到）。咱们不要一上来就去研究CreateDefaultBuilder、ConfigureWebHostDefaults这些方法的源代码，应该去寻找能看的见、摸得着的，很明显，只有Startup。

Startup类

Startup类承担应用的启动任务，所以按照约定，起名为Startup，不过你可以修改为任意类名（强烈建议类名为Startup）。

默认的Startup结构很简单，包含：

• 构造函数
• Configuration属性
• ConfigureServices方法
• Configure方法

public class Startup
{
    public Startup(IConfiguration configuration)
    {
        Configuration = configuration;
    }

    public IConfiguration Configuration { get; }

    // This method gets called by the runtime. Use this method to add services to the container.
    // 该方法由运行时调用，使用该方法向DI容器添加服务
    public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
    {
    }

    // This method gets called by the runtime. Use this method to configure the HTTP request pipeline.
    // 该方法由运行时调用，使用该方法配置HTTP请求管道
    public void Configure(IApplicationBuilder app, IWebHostEnvironment env)
    {
    }
}

Startup构造函数

当使用通用主机（Generic Host）时，Startup构造函数支持注入以下三种服务类型：

• IConfiguration
• IWebHostEnvironment
• IHostEnvironment

public Startup(
    IConfiguration configuration,
    IHostEnvironment hostEnvironment,
    IWebHostEnvironment webHostEnvironment)
{
    Configuration = configuration;
    HostEnvironment = hostEnvironment;
    WebHostEnvironment = webHostEnvironment;
}

public IConfiguration Configuration { get; }

public IHostEnvironment HostEnvironment { get; set; }

public IWebHostEnvironment WebHostEnvironment { get; set; }

这里你会发现 HostEnvironment 和 WebHostEnvironment 的实例是同一个。别着急，后续文章我们聊到Host的时候，你就明白了。

ConfigureServices

• 该方法是可选的
• 该方法用于添加服务到DI容器中
• 该方法在Configure方法之前被调用
• 该方法要么无参数，要么只能有一个参数且类型必须为IServiceCollection
• 该方法内的代码大多是形如Add{Service}的扩展方法

常用的服务有（部分服务框架已默认注册）：

• AddControllers：注册Controller相关服务，内部调用了AddMvcCore、AddApiExplorer、AddAuthorization、AddCors、AddDataAnnotations、AddFormatterMappings等多个扩展方法
• AddOptions：注册Options相关服务，如IOptions<>、IOptionsSnapshot<>、IOptionsMonitor<>、IOptionsFactory<>、IOptionsMonitorCache<>等。很多服务都需要Options，所以很多服务注册的扩展方法会在内部调用AddOptions
• AddRouting：注册路由相关服务，如IInlineConstraintResolver、LinkGenerator、IConfigureOptions<RouteOptions>、RoutePatternTransformer等
• AddAddLogging：注册Logging相关服务，如ILoggerFactory、ILogger<>、IConfigureOptions<LoggerFilterOptions>>等
• AddAuthentication：注册身份认证相关服务，以方便后续注册JwtBearer、Cookie等服务
• AddAuthorization：注册用户授权相关服务
• AddMvc：注册Mvc相关服务，比如Controllers、Views、RazorPages等
• AddHealthChecks：注册健康检查相关服务，如HealthCheckService、IHostedService等

Configure

• 该方法是必须的
• 该方法用于配置HTTP请求管道，通过向管道添加中间件，应用不同的响应方式。
• 该方法在ConfigureServices方法之后被调用
• 该方法中的参数可以接受任何已注入到DI容器中的服务
• 该方法内的代码大多是形如Use{Middleware}的扩展方法
• 该方法内中间件的注册顺序与代码的书写顺序是一致的，先注册的先执行，后注册的后执行

常用的中间件有

• UseDeveloperExceptionPage：当发生异常时，展示开发人员异常信息页。如图

• UseRouting：路由中间件，根据Url中的路径导航到对应的Endpoint。必须与UseEndpoints搭配使用。
• UseEndpoints：执行路由所选择的Endpoint对应的委托。
• UseAuthentication：身份认证中间件，用于对请求用户的身份进行认证。比如，早晨上班打卡时，管理员认出你是公司员工，那么才允许你进入公司。
• UseAuthorization：用户授权中间件，用于对请求用户进行授权。比如，虽然你是公司员工，但是你是一名.NET开发工程师，那么你只允许坐在.NET开发工程师区域的工位上，而不能坐在老总的办公室里。
• UseMvc：Mvc中间件。
• UseHealthChecks：健康检查中间件。
• UseMiddleware：用来添加匿名中间件的，通过该方法，可以方便的添加自定义中间件。

省略Startup类

另外，Startup类也可以省略，直接进行如下配置即可（虽然可以这样做，但是不推荐）：

public static IHostBuilder CreateHostBuilder(string[] args) =>
    Host.CreateDefaultBuilder(args)
        .ConfigureWebHostDefaults(webBuilder =>
        {
            // ConfigureServices 可以调用多次，最终会将结果聚合
            webBuilder.ConfigureServices(services =>
            {
            })
            // Configure 如果调用多次，则只有最后一次生效
            .Configure(app =>
            {
                var env = app.ApplicationServices.GetRequiredService<IWebHostEnvironment>();
            });
        });

IStartupFilter

public interface IStartupFilter
{
    Action<IApplicationBuilder> Configure(Action<IApplicationBuilder> next);
}

有时，我们想要将一系列相关中间件的注册封装到一起，那么我们只需要通过实现IStartupFilter，并在Startup.ConfigureServices中配置IStartupFilter的依赖注入即可。

• 在IStartupFilter中配置的中间件，总是比Startup类中Configure方法中的中间件先注册；对于多个IStartupFilter实现，执行顺序与服务注册时的顺序一致

我们可以通过一个例子来验证一下中间件的注册顺序。

首先是三个IStartupFilter的实现类：

public class FirstStartupFilter : IStartupFilter
{
    public Action<IApplicationBuilder> Configure(Action<IApplicationBuilder> next)
    => app =>
    {
        app.Use((context, next) =>
        {
            Console.WriteLine("First");
            return next();
        });
        next(app);
    };
}

public class SecondStartupFilter : IStartupFilter
{
    public Action<IApplicationBuilder> Configure(Action<IApplicationBuilder> next)
    => app =>
    {
        app.Use((context, next) =>
        {
            Console.WriteLine("Second");
            return next();
        });
        next(app);
    };
}

public class ThirdStartupFilter : IStartupFilter
{
    public Action<IApplicationBuilder> Configure(Action<IApplicationBuilder> next)
    => app =>
    {
        app.Use((context, next) =>
        {
            Console.WriteLine("Third");
            return next();
        });
        next(app);
    };
}

接下来进行注册：

public static IHostBuilder CreateHostBuilder(string[] args) =>
    Host.CreateDefaultBuilder(args)
        .ConfigureServices(services =>
        {
            // 第一个被注册
            services.AddTransient<IStartupFilter, FirstStartupFilter>();
        })
        .ConfigureWebHostDefaults(webBuilder =>
        {
            webBuilder.UseStartup<Startup>();
        })
        .ConfigureServices(services =>
        {
            // 第三个被注册
            services.AddTransient<IStartupFilter, ThirdStartupFilter>();
        });

public class Startup
{
    public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
    {
        // 第二个被注册
        services.AddTransient<IStartupFilter, SecondStartupFilter>();
    }

    public void Configure(IApplicationBuilder app, IWebHostEnvironment env)
    {
        // 第四个被注册
        app.Use((context, next) =>
        {
            Console.WriteLine("Forth");
            return next();
        });
    }
}

最后通过输出可以看到，执行顺序的确是这样子的。

First
Second
Third
Forth

IHostingStartup

与IStartupFilter不同的是，IHostingStartup可以在启动时通过外部程序集向应用增加更多功能。不过这要求必须调用ConfigureWebHostDefaults扩展方法

我们经常使用的Nuget包SkyApm.Agent.AspNetCore就使用了该特性。

下面我们就来看一下该如何使用它。

HostingStartup 程序集

要创建HostingStartup程序集，可以通过创建类库项目或无入口点的控制台应用来实现。

接下来咱们还是看一下上面提到过的SkyApm.Agent.AspNetCore：

using SkyApm.Agent.AspNetCore;

[assembly: HostingStartup(typeof(SkyApmHostingStartup))]

namespace SkyApm.Agent.AspNetCore
{
    internal class SkyApmHostingStartup : IHostingStartup
    {
        public void Configure(IWebHostBuilder builder)
        {
            builder.ConfigureServices(services => services.AddSkyAPM(ext => ext.AddAspNetCoreHosting()));
        }
    }
}

该HostingStartup类：

• 实现了IHostingStartup接口
• Configure方法中使用IWebHostBuilder来添加增强功能
• 配置了HostingStartup特性

HostingStartup 特性

HostingStartup特性用于标识哪个类是HostingStartup类，HostingStartup类需要实现IHostingStartup接口。

当程序启动时，会自动扫描入口程序集和配置的待激活的的程序集列表（参见下方：激活HostingStarup程序集），来找到所有的HostingStartup特性，并通过反射的方式创建Startup并调用Configure方法。

以SkyApm.Agent.AspNetCore为例

using SkyApm.Agent.AspNetCore;

[assembly: HostingStartup(typeof(SkyApmHostingStartup))]

namespace SkyApm.Agent.AspNetCore
{
    internal class SkyApmHostingStartup : IHostingStartup
    {
        public void Configure(IWebHostBuilder builder)
        {
            builder.ConfigureServices(services => services.AddSkyAPM(ext => ext.AddAspNetCoreHosting()));
        }
    }
}

激活HostingStarup程序集

要激活HostingStarup程序集，我们有两种配置方式：

1.使用环境变量（推荐）

使用环境变量，无需侵入程序代码，所以我更推荐大家使用这种方式。

配置环境变量ASPNETCORE_HOSTINGSTARTUPASSEMBLIES，多个程序集使用分号（;）进行分隔，用于添加要激活的程序集。变量WebHostDefaults.HostingStartupAssembliesKey就是指代这个环境变量的Key。

另外，还有一个环境变量，叫做ASPNETCORE_HOSTINGSTARTUPEXCLUDEASSEMBLIES，多个程序集使用分号（;）进行分隔，用于排除要激活的程序集。变量WebHostDefaults.HostingStartupExcludeAssembliesKey就是指代这个环境变量的Key。

我们在 launchSettings.json 中添加两个程序集：

"environmentVariables": {
    "ASPNETCORE_HOSTINGSTARTUPASSEMBLIES": "SkyAPM.Agent.AspNetCore;HostingStartupLibrary"
}

2.在程序中配置

public static IHostBuilder CreateHostBuilder(string[] args) =>
    Host.CreateDefaultBuilder(args)
        .ConfigureWebHostDefaults(webBuilder =>
        {
            webBuilder.UseSetting(
                WebHostDefaults.HostingStartupAssembliesKey,
                "SkyAPM.Agent.AspNetCore;HostingStartupLibrary")
            .UseStartup<Startup>();
        });

这样就配置完成了，很的一个功能点吧!

需要注意的是，无论使用哪种配置方式，当存在多个HostingStartup程序集时，将按配置这些程序集时的书写顺序执行 Configure方法。

多环境配置

一款软件，一般要经过需求分析、设计编码，单元测试、集成测试以及系统测试等一系列测试流程，验收，最终上线。那么，就至少需要4套环境来保证系统运行：

• Development：开发环境，用于开发人员在本地对应用进行调试运行
• Test：测试环境，用于测试人员对应用进行测试
• Staging：预发布环境，用于在正式上线之前，对应用进行集成、测试和预览，或用于验收
• Production：生产环境，应用的正式线上环境

环境配置方式

通过环境变量ASPNETCORE_ENVIRONMENT指定运行环境

注意：如果未指定环境，默认情况下，为 Production

在项目的Properties文件夹里面，有一个“launchSettings.json”文件，该文件是用于配置VS中项目启动的。

接下来我们就在launchSettings.json中配置一下。

先解释一下该文件中出现的几个参数：

• commandName：指定要启动的Web服务器，有三个可选值：
  • Project：启动 Kestrel
  • IISExpress：启动IIS Express
  • IIS：不启用任何Web服务器，使用IIS
• dotnetRunMessages：bool字符串，指示当使用 dotnet run 命令时，终端能够及时响应并输出消息，具体参考stackoverflow和github issue
• launchBrowser：bool值，指示当程序启动后，是否打开浏览器
• launchUrl：默认启动路径
• applicationUrl：应用程序Url列表，多个URL之间使用分号（;）进行分隔。当launchBrowser为true时，将{applicationUrl}/{launchUrl}作为浏览器默认访问的Url
• environmentVariables：环境变量集合，在该集合内配置环境变量

{
  "$schema": "http://json.schemastore.org/launchsettings.json",
  "profiles": {
    // 如果不指定profile，则默认选择第一个
    // Development
    "ASP.NET.WebAPI": {
      "commandName": "Project",
      "dotnetRunMessages": "true",
      "launchBrowser": true,
      "launchUrl": "weatherforecast",
      "applicationUrl": "http://localhost:5000",
      "environmentVariables": {
        "ASPNETCORE_ENVIRONMENT": "Development"
      }
    },
    // Test
    "ASP.NET.WebAPI.Test": {
      "commandName": "Project",
      "dotnetRunMessages": "true",
      "launchBrowser": true,
      "launchUrl": "weatherforecast",
      "applicationUrl": "http://localhost:5000",
      "environmentVariables": {
        "ASPNETCORE_ENVIRONMENT": "Test"
      }
    },
    // Staging
    "ASP.NET.WebAPI.Staging": {
      "commandName": "Project",
      "dotnetRunMessages": "true",
      "launchBrowser": true,
      "launchUrl": "weatherforecast",
      "applicationUrl": "http://localhost:5000",
      "environmentVariables": {
        "ASPNETCORE_ENVIRONMENT": "Staging"
      }
    },
    // Production
    "ASP.NET.WebAPI.Production": {
      "commandName": "Project",
      "dotnetRunMessages": "true",
      "launchBrowser": true,
      "launchUrl": "weatherforecast",
      "applicationUrl": "http://localhost:5000",
      "environmentVariables": {
        "ASPNETCORE_ENVIRONMENT": "Production"
      }
    },
    // 用于测试在未指定环境时，默认是否为Production
    "ASP.NET.WebAPI.Default": {
      "commandName": "Project",
      "dotnetRunMessages": "true",
      "launchBrowser": true,
      "launchUrl": "weatherforecast",
      "applicationUrl": "http://localhost:5000"
    }
  }
}

配置完成后，就可以在VS上方工具栏中的项目启动处选择启动项了

基于环境的 Startup

Startup类支持针对不同环境进行个性化配置，有三种方式：

1. 将IWebHostEnvironment注入 Startup 类
2. Startup 方法约定
3. Startup 类约定

1.将IWebHostEnvironment注入 Startup 类

通过将IWebHostEnvironment注入 Startup 类，然后在方法中使用条件判断书写不同环境下的代码。该方式适用于多环境下，代码差异较少的情况。

public class Startup
{
    public Startup(IConfiguration configuration, IWebHostEnvironment webHostEnvironment)
    {
        Configuration = configuration;
        WebHostEnvironment = webHostEnvironment;
    }

    public IConfiguration Configuration { get; }

    public IWebHostEnvironment WebHostEnvironment { get; }

    public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
    {
        if (WebHostEnvironment.IsDevelopment())
        {
            Console.WriteLine($"{nameof(ConfigureServices)}: {WebHostEnvironment.EnvironmentName}");
        }
        else if (WebHostEnvironment.IsTest())
        {
            Console.WriteLine($"{nameof(ConfigureServices)}: {WebHostEnvironment.EnvironmentName}");
        }
        else if (WebHostEnvironment.IsStaging())
        {
            Console.WriteLine($"{nameof(ConfigureServices)}: {WebHostEnvironment.EnvironmentName}");
        }
        else if (WebHostEnvironment.IsProduction())
        {
            Console.WriteLine($"{nameof(ConfigureServices)}: {WebHostEnvironment.EnvironmentName}");
        }
    }

    public void Configure(IApplicationBuilder app)
    {
        if (WebHostEnvironment.IsDevelopment())
        {
            Console.WriteLine($"{nameof(Configure)}: {WebHostEnvironment.EnvironmentName}");
        }
        else if (WebHostEnvironment.IsTest())
        {
            Console.WriteLine($"{nameof(Configure)}: {WebHostEnvironment.EnvironmentName}");
        }
        else if (WebHostEnvironment.IsStaging())
        {
            Console.WriteLine($"{nameof(Configure)}: {WebHostEnvironment.EnvironmentName}");
        }
        else if (WebHostEnvironment.IsProduction())
        {
            Console.WriteLine($"{nameof(Configure)}: {WebHostEnvironment.EnvironmentName}");
        }
    }
}

public static class AppHostEnvironmentEnvExtensions
{
    public static bool IsTest(this IHostEnvironment hostEnvironment)
    {
        if (hostEnvironment == null)
        {
            throw new ArgumentNullException(nameof(hostEnvironment));
        }

        return hostEnvironment.IsEnvironment(AppEnvironments.Test);
    }
}

public static class AppEnvironments
{
    public static readonly string Test = nameof(Test);
}

2.Startup 方法约定

上面的方式把不同环境的代码放在了同一个方法中，看起来比较混乱也不容易区分。因此我们希望ConfigureServices和Configure能够根据不同的环境进行代码拆分。

我们可以通过方法命名约定来解决，约定Configure{EnvironmentName}Services和Configure{EnvironmentName}Services来装载不同环境的代码。如果当前环境没有对应的方法，则使用原来的ConfigureServices和Configure方法。

我就只拿 Development 和 Production 举例了

public class Startup
{
    // 我这里注入 IWebHostEnvironment，仅仅是为了打印出来当前环境信息
    public Startup(IConfiguration configuration, IWebHostEnvironment webHostEnvironment)
    {
        Configuration = configuration;
        WebHostEnvironment = webHostEnvironment;
    }

    public IConfiguration Configuration { get; }

    public IWebHostEnvironment WebHostEnvironment { get; }

    #region ConfigureServices
    private void StartupConfigureServices(IServiceCollection services)
    {
        Console.WriteLine($"{nameof(ConfigureServices)}: {WebHostEnvironment.EnvironmentName}");
    }

    public void ConfigureDevelopmentServices(IServiceCollection services)
    {
        StartupConfigureServices(services);
    }

    public void ConfigureProductionServices(IServiceCollection services)
    {
        StartupConfigureServices(services);
    }

    public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
    {
        StartupConfigureServices(services);
    }
    #endregion

    #region Configure
    private void StartupConfigure(IApplicationBuilder app)
    {
        Console.WriteLine($"{nameof(Configure)}: {WebHostEnvironment.EnvironmentName}");
    }

    public void ConfigureDevelopment(IApplicationBuilder app)
    {
        StartupConfigure(app);
    }

    public void ConfigureProduction(IApplicationBuilder app)
    {
        StartupConfigure(app);
    }

    public void Configure(IApplicationBuilder app)
    {
        StartupConfigure(app);
    }
    #endregion
}

3.Startup 类约定

该方式适用于多环境下，代码差异较大的情况。

程序启动时，会优先寻找当前环境命名符合Startup{EnvironmentName}的 Startup 类，如果找不到，则使用名称为Startup的类

首先，CreateHostBuilder方法需要做一处修改

public static IHostBuilder CreateHostBuilder(string[] args) =>
    Host.CreateDefaultBuilder(args)
        .ConfigureWebHostDefaults(webBuilder =>
        {
            //webBuilder.UseStartup<Startup>();

            webBuilder.UseStartup(typeof(Startup).GetTypeInfo().Assembly.FullName);
        });

接下来，就是为各个环境定义 Startup 类了（我就只拿 Development 和 Production 举例了）

public class StartupDevelopment
{
    // 我这里注入 IWebHostEnvironment，仅仅是为了打印出来当前环境信息
    public StartupDevelopment(IConfiguration configuration, IWebHostEnvironment webHostEnvironment)
    {
        Configuration = configuration;
        WebHostEnvironment = webHostEnvironment;
    }

    public IConfiguration Configuration { get; }

    public IWebHostEnvironment WebHostEnvironment { get; }

    public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
    {
        Console.WriteLine($"{nameof(ConfigureServices)}: {WebHostEnvironment.EnvironmentName}");
    }

    public void Configure(IApplicationBuilder app)
    {
        Console.WriteLine($"{nameof(Configure)}: {WebHostEnvironment.EnvironmentName}");
    }
}

public class StartupProduction
{
    public StartupProduction(IConfiguration configuration, IWebHostEnvironment webHostEnvironment)
    {
        Configuration = configuration;
        WebHostEnvironment = webHostEnvironment;
    }

    public IConfiguration Configuration { get; }

    public IWebHostEnvironment WebHostEnvironment { get; }

    public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
    {
        Console.WriteLine($"{nameof(ConfigureServices)}: {WebHostEnvironment.EnvironmentName}");
    }

    public void Configure(IApplicationBuilder app)
    {
        Console.WriteLine($"{nameof(Configure)}: {WebHostEnvironment.EnvironmentName}");
    }
}