深入理解kestrel的应用

1 前言

之所以写本文章，是因为在我停止维护多年前写的NetworkSocket组件两年多来，还是有一些开发者在关注这个项目，我希望有类似需求的开发者明白为什么要停止更新，可以使用什么更好的方式来替换(其实很大原因是我把时间花在开发WebApiClient上面了)。那时.netcore还没有生下来，asp.net除了蜗居在iis里处理http，其它什么也不能干，而NetworkSocket是这样定义的：

NetworkSocket是一个以中间件(middleware)扩展通讯协议，以插件(plug)扩展服务器功能的支持SSL安全传输的通讯框架；目前支持http、websocket、fast、flex策略与silverlight策略协议。

2 Kestrel是什么

谈到asp.netcore，人们自然就想到它的默认服务器kestrel，在很多场景中，人们甚至认为kestrel等于Web服务器，或者说它只能处理http和http之上的东西。本文先在此下个定义：Kestrel是一款基于中间件来处理tcp连接的服务器，并内置了http(包含websocket、SignalR)解析中间件。也就是说，我们完全可以给kestrel添加其它中间件，用来处理非http的连接的业务场景，让kestrel使用一个端口支持多种协议或多协议一个端口一种协议的要求。

2.1 Kestrel的中间件是什么

在asp.netcore的Startup里，我们使用app.UseXXX的扩展方法来应用各种中间件，比如UseRouting、UseStaticFiles等等，它本质上还是调用了IApplicationBuilder.Use(Func<RequestDelegate, RequestDelegate> middleware)，也就说Func<RequestDelegate, RequestDelegate>就是一个中间件。

对应的，在kestrel世界里，也有一个IConnectionBuilder.Use(Func<ConnectionDelegate, ConnectionDelegate> middleware)，Func<ConnectionDelegate, ConnectionDelegate>就是kestrel的中间件，我们可以如下安装kestrel的中间件：

kestrel.ListenAnyIP(port: 80, listen =>
{
    listen.Use(next => context =>
    {
        if(true)
        {
            // 中间件1的逻辑
        }else
        {
            return next(context);
        }
    })
    .Use(next => context =>
    {
        if(true)
        {
            // 中间件2的逻辑
        }else
        {
            return next(context);
        }
    });
});

值得注意的是，kestrel的最后一个中间处理者是http中间件，以上代码，实际的kestrel已经包含3种处理者(文章后部分有中间件的篇幅，然后就容易理解了)，逻辑1、逻辑2和http解析，我们可以简单理解为Startup的app对象，对应kestrel的内置的那个最后中间件。

2.2 Kestrel的ConnectionContext

在kestrel中间件里，最重要的对象就是ConnectionDelegate，它等同于Func<ConnectionContext,Task>，我们可以理解为它就是一个Hanlder，传入连接上下文，剩下就是我们要干的工作了，而中间件是除了这个Handler之外，我们还能拿到一个叫next的Handler，我们可以选择是否调用它，如果不调用，流程终止。

ConnectionContext是kestrel的一个Tcp连接抽象，其核心属性是Transport，表示双工传输层的操作对象，另外提供Abort()方法用于服务端主动关闭连接。基于ConnectionContext，很容易实现一个自定义协议的tcp双工通讯服务器，相比从Socket写起，我们可能可以减少100倍代码量，而得到的是更高性能的服务。

3 基于Kestrel的SignalR+Redis的推送服务

本实战中，我们使用asp.netcore内置的SignalR功能，外加自己实现的部分Redis协议（只简单实现发布订阅功能），来做一个消息从云端推送到客户端的服务，我们的服务对客户端支持redis协议订阅或Signal协议订阅，同时我们提供redis+signalR+http三种协议接口给云端其它微服务来发布消息，发布者不用关心客户端是什么协议，只需要选择自己喜欢的协议的发布接口来调用发布。

3.1 协议与ConnectionContext的关系

在我们的这个应用里，一个连接不允许同时使用SignalR和Redis并存协议，也就是说，一个连接在发起第一个请求里，就确定了它整个生命周期里的协议。所以，我们需要分析连接读取到的第一个数据包，确定它是否为Redis协议，如果不是redis协议，我们要将ConnectionContext传达到下一个中间件(即http中间件)。

3.2 使用Redis中间件

如下代码，Use里面就是Redis中间件，里面的个协议分析逻辑：

kestrel.ListenAnyIP(options.Port, listen =>
{
    listen.Use(next => async context =>
    {
        if (await Protocol.IsRedisAsync(context))
        {
            logger.LogDebug($"{context.RemoteEndPoint} {nameof(ClientType.Redis)} 连接");
            await redis.HandleAsync(context);
            logger.LogDebug($"{context.RemoteEndPoint} {nameof(ClientType.Redis)} 断开");
        }
        else
        {
            logger.LogDebug($"{context.RemoteEndPoint} {nameof(ClientType.SignalR)} 连接");
            await next(context);
            logger.LogDebug($"{context.RemoteEndPoint} {nameof(ClientType.SignalR)} 断开");
        }
    });
});

Protocol类

/// <summary>
/// 连接的协议判断
/// </summary>
public static class Protocol
{
    /// <summary>
    /// 返回连接是否为redis协议
    /// </summary>
    /// <param name="connection"></param>
    /// <returns></returns>
    public static async Task<bool> IsRedisAsync(ConnectionContext connection)
    {
        var result = await connection.Transport.Input.ReadAsync();
        var state = IsRedis(result);
        connection.Transport.Input.AdvanceTo(result.Buffer.Start);
        return state;
    }

    /// <summary>
    /// 返回数据是否为redis协议
    /// 这里不必严格检查，只要能区分是http还是redis就行
    /// </summary>
    /// <param name="result"></param>
    /// <returns></returns>
    private static bool IsRedis(ReadResult result)
    {
        if (result.Buffer.IsEmpty)
        {
            return false;
        }

        var span = result.Buffer.FirstSpan;
        return span.Length > 0 && span[0] == '*';
    }
}

3.3 RedisConnectionHandler

在3.2代码里，有一个await redis.HandleAsync(context);这个redis就是RedisConnectionHandler实例，它的功能是处理一个redis连接从建立成功之后到断开的所有逻辑。

我们知道，Redis有好几十个命令，单单是实现发布和订阅功能，我们也要实现必要的8个命令。说到这里，我的脑海里又闪现出一个长长的switch(收到的cmd) case xxx的代码了，我们甚至还需要在switch之前写公共性的代码，比如打印收到的cmd内容，还需要在switch里特别强调default分支：我们不支持这个命令。。。

既然kestrel基于连接处理中间件，上层的asp.netcore也是基于请求处理中间件，我们完全也可以也依葫芦画瓢，造一个Redis命令中间件Builder，最后将所有Redis中间件串起来，Buid得一个Redis处理委托。

var builder = new PipelineBuilder<RedisContext>(appServices, context =>
{
    // 没有handler来处理
    return context.Client.ResponseAsync(RedisResponse.Error("unsupported cmd"));
})
.Use((context, next) =>
{
    this.logger.LogDebug(context.ToString());

    // 验证客户端是否已授权
    return context.Cmd.Name != RedisCmdName.Auth && context.Client.IsAuthed == false
        ? context.Client.ResponseAsync(RedisResponse.Error("need auth password"))
        : next();
});

// 添加各个cmd对应的handler条件分支
appServices
    .GetServices<IRedisCmdHanler>()
    .ForEach(item => builder.When(item.CanHandle, item.HandleAsync));

this.handler = builder.Build();

在RedisConnectionHandler，每收一个Redis命令，将命令包装为RedisContext，然后使用build出来的handler对象来处理这个RedisContext就行。剩下的工作，就是我们一个命令实现一个IRedisCmdHanler对象就行，逻辑完全分开。

IRedisCmdHanler接口：

/// <summary>
/// 定义redis命令处理者
/// </summary>
interface IRedisCmdHanler
{
    /// <summary>
    /// 返回是否可以处理
    /// </summary>
    /// <param name="context"></param>
    /// <returns></returns>
    bool CanHandle(RedisContext context);

    /// <summary>
    /// 处理
    /// </summary>
    /// <param name="context"></param>
    /// <returns></returns>
    Task HandleAsync(RedisContext context);
}

3.4 统一Redis和Signal客户端操作接口

在Signal和Redis订阅之后，我们将他们的连接包装为统一接口的IClient对象，IClient提供PublishAsync()方法用于发布消息。

/// <summary>
/// 定义客户端的接口
/// </summary>
public interface IClient
{
    /// <summary>
    /// 获取唯一标识
    /// </summary>
    string Id { get; }

    /// <summary>
    /// 获取连接时间
    /// </summary>
    DateTime ConnectedTime { get; }

    /// <summary>
    /// 获取客户端类型
    /// </summary>
    [JsonConverter(typeof(JsonStringEnumConverter))]
    ClientType ClientType { get; }

    /// <summary>
    /// 发送消息
    /// </summary>
    /// <param name="message"></param>
    /// <returns></returns>
    Task<bool> SendMessageAsync(Message message);
}

3.5 IClient管理器

我们还需要维护一份单例的IClient管理器对象，用于维护正在订阅的客户端，在发布消息时，从这个管理器里查找IClient，并调用SendMessageAsync()方法发布消息内容。

3.6 SignalR部分

由于SignalR的内容非常简单，官方文档细节齐全，这里将不作任何讲解了。

4 总结

由于要讲解的内部比较多，篇幅和时间都有限，本文就只从思路上大概讲解Kestrel在多协议连接的场景的使用方式。一句话，中间件的使用，使得这些场景变得简单，那问题来了，什么是中间件，你理解了吗？