ASP.NET运行时详解 生命周期入口分析

说起ASP.NET的生命周期，网上有很多的介绍。之前也看了些这方面的博客，但我感觉很多程序猿像我一样，看的时候似乎明白，一段时间过后又忘了。所以，最近Heavi花了一段时间研究ASP.NET的源代码，通过代码层面来掌握ASP.NET的生命周期。分析的代码版本是ASP.NET 5。

生命周期入口HttpRunTime

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在HttpRunTime中Http请求的入口处理流程比较复杂，说简单一点就是为后面的处理流程提供两个参数：IIS7WorkerRequest和HttpContext。这两个参数生成后直接调用HttpRuntime.ProcessRequestNotification(wr, httpContext)方法，执行Http请求的整个流程。
    所以，我们从ProcessRequestNotificationPrivate方法开始分析。代码如下：

private RequestNotificationStatus ProcessRequestNotificationPrivate(IIS7WorkerRequest wr, HttpContext context)
        {
            RequestNotificationStatus pending = RequestNotificationStatus.Pending;
            if (context.NeedToInitializeApp())
            {
                context.Response.InitResponseWriter();
                applicationInstance = HttpApplicationFactory.GetApplicationInstance(context);
                HttpApplication application = applicationInstance as HttpApplication;
                if (application != null)
                {
                    application.AssignContext(context);
                }
            }
            wr.SynchronizeVariables(context);
            if (context.ApplicationInstance != null)
            {
                if (context.ApplicationInstance.BeginProcessRequestNotification(context, this._requestNotificationCompletionCallback).CompletedSynchronously)
                {
                    pending = RequestNotificationStatus.Continue;
                }
            }
            else if (applicationInstance != null)
            {
                applicationInstance.ProcessRequest(context);
                pending = RequestNotificationStatus.FinishRequest;
            }
            else
            {
                pending = RequestNotificationStatus.Continue;
            }

            if (pending != RequestNotificationStatus.Pending)
            {
                this.FinishRequestNotification(wr, context, ref pending);
            }
            return pending;
        }

这个方法里边包含的主要流程有：
    1. 初始化运行环境：EnsureFirstRequestInit。确认应用是否是第一次请求，如果是需要初始化运行环境，包括初始化Configuration、应用程序池、加载Bin下的Dll等。
    2. 初始化Response对象：context.Response.InitResponseWriter。
    3. 初始化Application对象：HttpApplicationFactory.GetApplicationInstance(context)。
    4. 执行请求过程：context.ApplicationInstance.BeginProcessRequestNotification。
    5. 完成请求通知：FinishRequestNotification。
    对于上面的主要流程，我用流程图表示可能更直观些。流程图如下所示：

知道了上面的5个主要步骤，接下来就详细的介绍每个步骤执行的具体内容。

初始化运行环境

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通过执行EnsureFirstRequestInit方法来初始化我们整个应用的运行环境，那具体初始化了哪些操作？我们先查看下方法的源代码：

private void EnsureFirstRequestInit(HttpContext context)
        {
            if (this._beforeFirstRequest)
            {
                lock (this)
                {
                    if (this._beforeFirstRequest)
                    {
                        this._firstRequestStartTime = DateTime.UtcNow;
                        this.FirstRequestInit(context);
                        this._beforeFirstRequest = false;
                        context.FirstRequest = true;
                    }
                }
            }
        }

代码就那么寥寥几行，很明显的看出源代码里边最主要的一行就是：this.FirstRequestInit(context)。也就是说初始化运行环境实际是在这个方法里边执行的。我把FirstRequestInit方法里边的代码简单归纳了一下，下面是比较核心的代码流程：
    1. 初始化WEB配置：InitHttpConfiguration()。
    我们经常从ConfigurationManager的AppSettings和ConnectionStrings读取配置信息，这些配置信息就是InitHttpConfiguration方法从IIS环境和WEB环境下读取到内存提供给程序使用。
    2. 临时文件夹写权限判断：CheckAccessToTempDirectory()。
    简单理解就是整个WEB环境在运行时需要保存某些文件到临时文件夹里边，所以必须保证我们的WEB环境有临时文件夹的写权限。
    3. 初始化请求队列：InitRequestQueue()。
    按照服务器CPU环境自动或手动配置请求进程队列的限制，如果需要手动配置可在Web.config中配置ProcessModelSection部分。
    4. 健康监测系统运行环境：HealthMonitoringManager.StartHealthMonitoringHeartbeat()。
    启动一个计时器，定时检测编译错误、未处理异常、登录失败等信息，并记录到Windows事件日志、SQL Server数据库以及Trace输出窗口等。我们可以通过在Web.config中配置HealthMonitoringSection模块来初始化检测机制。
    5. 约束IIS文件夹：RestrictIISFolders(context)。
    执行ISAPI接口的函数（具体是执行什么操作，目前还不清楚）。
    6. 加载Bin下面的程序集：PreloadAssembliesFromBin()。
    加载Bin以及Bin下的子目录的所有程序集。
    7. 请求标头检查，防止注入攻击：this.InitHeaderEncoding()。

运行环境初始化过程流程图如下：

初始化Response对象

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该步骤就一个操作，初始化我们常用到的Reponse.Output输出对象。

初始化Application对象

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执行HttpApplicationFactory工厂的GetApplicationInstance方法初始化Application对象。先把代码贴出来：

internal static IHttpHandler GetApplicationInstance(HttpContext context)
        {
             //…省略其他代码
            _theApplicationFactory.EnsureInited();
            _theApplicationFactory.EnsureAppStartCalled(context);
            return _theApplicationFactory.GetNormalApplicationInstance(context);
        }

代码第一行执行工厂的EnsureInited方法，获取global.asax文件所在路径，然后编译它。编译后启动检测，查看global.asax文件是否有更新，如果有更新WEB应用会被停止。
    代码第二行执行工厂方法EnsureAppStartCalled(context)，创建特别的HttpApplication实例，触发ApplicationOnStart事件，执行global_asax中的Application_Start事件，新建的特别的HttpApplication实例在处理完事件后就被回收。
    代码第三行执行工厂方法GetNormalApplicationInstance(context),创建我们在WEB应用中经常用到的Application对象。既然是我们经常用到的Application对象，那么GetNormalApplicationInstance方法里边应该不仅仅是简单的创建步骤。我们先看下GetNormalApplicationInstance方法的代码：

private HttpApplication GetNormalApplicationInstance(HttpContext context)
        {
            HttpApplication state = null;
            lock (this._freeList)
            {
                if (this._numFreeAppInstances > )
                {
                    state = (HttpApplication)this._freeList.Pop();
                    this._numFreeAppInstances--;
                    if (this._numFreeAppInstances < this._minFreeAppInstances)
                    {
                        this._minFreeAppInstances = this._numFreeAppInstances;
                    }
                }
            }
            if (state == null)
            {
                state = (HttpApplication)HttpRuntime.CreateNonPublicInstance(this._theApplicationType);
                using (new ApplicationImpersonationContext())
                {
                    state.InitInternal(context, this._state, this._eventHandlerMethods);
                }
            }
            return state;
        }

这段代码我们必须得分析下，这里包含了我们经常说的“应用程序池“，体现在代码里边就是_freeList集合，在获取Application对象时，先从_freeList查找空闲的Application对象，如果有就直接返回一个空闲对象；如果没有则执行HttpRuntime.CreateNonPublicInstance(this._theApplicationType)方法创建一个Application对象，创建之后调用InitInternal方法执行初始化操作。

InitInternal方法比较重要，它初始化了我们的HttpModules，并且构建了Http请求的20多个管道执行步骤。InitInternal方法执行的具体内容比较庞大，我会单独分一个章节来介绍。但要提出一点，该方法为我们创建了具体的管道管理对象StepManager，该对象在下一个”执行请求过程“步骤中会用到。

执行请求过程

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初始化操作执行完了就该处理我们的请求了，Application对象的BeginProcessRequestNotification方法包含了请求的处理过程。看下代码：

internal IAsyncResult BeginProcessRequestNotification(HttpContext context, AsyncCallback cb)
        {
            if (this._context == null)
            {
                this.AssignContext(context);
            }
            context.CurrentModuleEventIndex = -;
            HttpAsyncResult result = new HttpAsyncResult(cb, context);
            context.NotificationContext.AsyncResult = result;
            this.ResumeSteps(null);
            return result;
        }

方法创建HttpAsyncResult对象，保存了我们的回调事件。等ResumeSteps方法执行完后再回调HttpAsyncResult的事件。接下来看看ResumeSteps方法的具体内容。代码比较简单，如下所示：

private void ResumeSteps(Exception error)
        {
            this._stepManager.ResumeSteps(error);
        }

代码里边有一个_stepManager对象，在上一个步骤“初始化Application对象”中我们有提到StepManager，StepManager实体对象也是在那个步骤中被创建的。ResumeSteps方法启动了Http请求执行管道的20多个步骤。那么，StepManager到底包含哪些内容？我们查看下他的定义：

internal abstract class StepManager
        {
            internal abstract void BuildSteps(WaitCallback stepCallback);
            internal abstract void InitRequest();
            internal abstract void ResumeSteps(Exception error);
        }

StepManager是一个抽象类，定义了三个抽象方法，BuildSteps(构建步骤)和ResumeSteps(执行步骤)我们已经知道了，InitRequest用来初始化请求信息。StepManager总共有两个实现类：ApplicationStepManager和PipelineStepManager。ApplicationStepManager是IIS6以及IIS7经典模式执行步骤管理对象，PipelineStepManager是IIS7的执行步骤管理
对象。这两个对象会在下一章节详细介绍。

完成请求通知

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FinishRequestNotification主要做善后工作，代码如下：

private void FinishRequestNotification(IIS7WorkerRequest wr, HttpContext context, ref RequestNotificationStatus status)
        {
            HttpApplication applicationInstance = context.ApplicationInstance;
            context.ReportRuntimeErrorIfExists(ref status);
            IntPtr requestContext = wr.RequestContext;
            bool sendHeaders = UnsafeIISMethods.MgdIsLastNotification(requestContext, status);
            try
            {
                context.Response.UpdateNativeResponse(sendHeaders);
            }
            catch (Exception exception)
            {
            }
            if (sendHeaders)
            {
                context.FinishPipelineRequest();
            }
            if (status != RequestNotificationStatus.Pending)
            {
                PipelineRuntime.DisposeHandler(context, requestContext, status);
            }
        }

从代码可以看出FinishRequestNotification方法记录运行时异常，调用context.FinishPipelineRequest方法完成整个请求、释放Request、Response以及Application对象。

总结

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通过上面几个步骤的分析，请求的入口是在HttpRuntime。第一次Http请求发生后，HttpRuntime初始化整个WEB环境，然后通过HttpApplication的工厂类HttpApplicationFactory创建HttpApplication。HttpApplication实体对象通过StepManager的BuildSteps方法构建请求管道（Pipeline）步骤，然后通过ResumeSteps方法执行管道所有的事件。
    下一章节主要介绍管Pipeline步骤的构建和执行细节以及页面的生命周期，敬请期待！