理解ASP.NET Core - [01] Startup

xiaoxiaotank發表於2021-08-30

注：本文隸屬於《理解ASP.NET Core》系列文章，請檢視置頂部落格或點選此處檢視全文目錄

準備工作：一份ASP.NET Core Web API應用程式

當我們來到一個陌生的環境，第一件事就是找到廁所在哪。

當我們接觸一份新框架時，第一件事就是找到程式入口，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>();
            });
}

程式碼很簡單，典型的建造者模式：通過IHostBuilder建立一個通用主機（Generic Host），然後啟動它（至於什麼是通用主機，我們們後續的文章會說到）。我們們不要一上來就去研究CreateDefaultBuilder、ConfigureWebHostDefaults這些方法的原始碼，應該去尋找能看的見、摸得著的，很明顯，只有Startup。

Startup類

Startup類承擔應用的啟動任務，所以按照約定，起名為Startup，不過你可以修改為任意類名（強烈建議類名為Startup）。

預設的Startup結構很簡單，包含：

建構函式
Configuration屬性
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.
    // 該方法由執行時呼叫，使用該方法向DI容器新增服務
    public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
    {
    }

    // This method gets called by the runtime. Use this method to configure the HTTP request pipeline.
    // 該方法由執行時呼叫，使用該方法配置HTTP請求管道
    public void Configure(IApplicationBuilder app, IWebHostEnvironment env)
    {
    }
}

Startup建構函式

當使用通用主機（Generic Host）時，Startup建構函式支援注入以下三種服務型別：

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; }

這裡你會發現 HostEnvironment 和 WebHostEnvironment 的例項是同一個。彆著急，後續文章我們聊到Host的時候，你就明白了。

ConfigureServices

該方法是可選的
該方法用於新增服務到DI容器中
該方法在Configure方法之前被呼叫
該方法要麼無引數，要麼只能有一個引數且型別必須為IServiceCollection
該方法內的程式碼大多是形如Add{Service}的擴充套件方法

常用的服務有（部分服務框架已預設註冊）：

AddControllers：註冊Controller相關服務，內部呼叫了AddMvcCore、AddApiExplorer、AddAuthorization、AddCors、AddDataAnnotations、AddFormatterMappings等多個擴充套件方法
AddOptions：註冊Options相關服務，如IOptions<>、IOptionsSnapshot<>、IOptionsMonitor<>、IOptionsFactory<>、IOptionsMonitorCache<>等。很多服務都需要Options，所以很多服務註冊的擴充套件方法會在內部呼叫AddOptions
AddRouting：註冊路由相關服務，如IInlineConstraintResolver、LinkGenerator、IConfigureOptions<RouteOptions>、RoutePatternTransformer等
AddAddLogging：註冊Logging相關服務，如ILoggerFactory、ILogger<>、IConfigureOptions<LoggerFilterOptions>>等
AddAuthentication：註冊身份認證相關服務，以方便後續註冊JwtBearer、Cookie等服務
AddAuthorization：註冊使用者授權相關服務
AddMvc：註冊Mvc相關服務，比如Controllers、Views、RazorPages等
AddHealthChecks：註冊健康檢查相關服務，如HealthCheckService、IHostedService等

Configure

該方法是必須的
該方法用於配置HTTP請求管道，通過向管道新增中介軟體，應用不同的響應方式。
該方法在ConfigureServices方法之後被呼叫
該方法中的引數可以接受任何已注入到DI容器中的服務
該方法內的程式碼大多是形如Use{Middleware}的擴充套件方法
該方法內中介軟體的註冊順序與程式碼的書寫順序是一致的，先註冊的先執行，後註冊的後執行

常用的中介軟體有

UseDeveloperExceptionPage：當發生異常時，展示開發人員異常資訊頁。如圖

UseRouting：路由中介軟體，根據Url中的路徑導航到對應的Endpoint。必須與UseEndpoints搭配使用。
UseEndpoints：執行路由所選擇的Endpoint對應的委託。
UseAuthentication：身份認證中介軟體，用於對請求使用者的身份進行認證。比如，早晨上班打卡時，管理員認出你是公司員工，那麼才允許你進入公司。
UseAuthorization：使用者授權中介軟體，用於對請求使用者進行授權。比如，雖然你是公司員工，但是你是一名.NET開發工程師，那麼你只允許坐在.NET開發工程師區域的工位上，而不能坐在老總的辦公室裡。
UseMvc：Mvc中介軟體。
UseHealthChecks：健康檢查中介軟體。
UseMiddleware：用來新增匿名中介軟體的，通過該方法，可以方便的新增自定義中介軟體。

省略Startup類

另外，Startup類也可以省略，直接進行如下配置即可（雖然可以這樣做，但是不推薦）：

public static IHostBuilder CreateHostBuilder(string[] args) =>
    Host.CreateDefaultBuilder(args)
        .ConfigureWebHostDefaults(webBuilder =>
        {
            // ConfigureServices 可以呼叫多次，最終會將結果聚合
            webBuilder.ConfigureServices(services =>
            {
            })
            // Configure 如果呼叫多次，則只有最後一次生效
            .Configure(app =>
            {
                var env = app.ApplicationServices.GetRequiredService<IWebHostEnvironment>();
            });
        });

IStartupFilter

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

有時，我們想要將一系列相關中介軟體的註冊封裝到一起，那麼我們只需要通過實現IStartupFilter，並在Startup.ConfigureServices中配置IStartupFilter的依賴注入即可。

在IStartupFilter中配置的中介軟體，總是比Startup類中Configure方法中的中介軟體先註冊；對於多個IStartupFilter實現，執行順序與服務註冊時的順序一致

我們可以通過一個例子來驗證一下中介軟體的註冊順序。

首先是三個IStartupFilter的實現類：

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);
    };
}

接下來進行註冊：

public static IHostBuilder CreateHostBuilder(string[] args) =>
    Host.CreateDefaultBuilder(args)
        .ConfigureServices(services =>
        {
            // 第一個被註冊
            services.AddTransient<IStartupFilter, FirstStartupFilter>();
        })
        .ConfigureWebHostDefaults(webBuilder =>
        {
            webBuilder.UseStartup<Startup>();
        })
        .ConfigureServices(services => 
        {
            // 第三個被註冊
            services.AddTransient<IStartupFilter, ThirdStartupFilter>();
        });
        
public class Startup
{
    public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
    {
        // 第二個被註冊
        services.AddTransient<IStartupFilter, SecondStartupFilter>();
    }

    public void Configure(IApplicationBuilder app, IWebHostEnvironment env)
    {
        // 第四個被註冊
        app.Use((context, next) =>
        {
            Console.WriteLine("Forth");
            return next();
        });
    }
}

最後通過輸出可以看到，執行順序的確是這樣子的。

First
Second
Third
Forth

IHostingStartup

與IStartupFilter不同的是，IHostingStartup可以在啟動時通過外部程式集嚮應用增加更多功能。不過這要求必須呼叫ConfigureWebHost、ConfigureWebHostDefaults等類似用來配置Web主機的擴充套件方法

我們經常使用的Nuget包SkyApm.Agent.AspNetCore就使用了該特性。

下面我們就來看一下該如何使用它。

HostingStartup 程式集

要建立HostingStartup程式集，可以通過建立類庫專案或無入口點的控制檯應用來實現。

接下來我們們還是看一下上面提到過的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()));
        }
    }
}

該HostingStartup類：

實現了IHostingStartup介面
Configure方法中使用IWebHostBuilder來新增增強功能
配置了HostingStartup特性

HostingStartup 特性

HostingStartup特性用於標識哪個類是HostingStartup類，HostingStartup類需要實現IHostingStartup介面。

當程式啟動時，會自動掃描入口程式集和配置的待啟用的的程式集列表（參見下方：啟用HostingStarup程式集），來找到所有的HostingStartup特性，並通過反射的方式建立Startup並呼叫Configure方法。

以SkyApm.Agent.AspNetCore為例

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()));
        }
    }
}

啟用HostingStarup程式集

要啟用HostingStarup程式集，我們有兩種配置方式：

1.使用環境變數（推薦）

使用環境變數，無需侵入程式程式碼，所以我更推薦大家使用這種方式。

配置環境變數ASPNETCORE_HOSTINGSTARTUPASSEMBLIES，多個程式集使用分號（;）進行分隔，用於新增要啟用的程式集。變數WebHostDefaults.HostingStartupAssembliesKey就是指代這個環境變數的Key。

另外，還有一個環境變數，叫做ASPNETCORE_HOSTINGSTARTUPEXCLUDEASSEMBLIES，多個程式集使用分號（;）進行分隔，用於排除要啟用的程式集。變數WebHostDefaults.HostingStartupExcludeAssembliesKey就是指代這個環境變數的Key。

我們在 launchSettings.json 中新增兩個程式集：

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

2.在程式中配置

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

這樣就配置完成了，很??的一個功能點吧!

需要注意的是，無論使用哪種配置方式，當存在多個HostingStartup程式集時，將按配置這些程式集時的書寫順序執行 Configure方法。

多環境配置

一款軟體，一般要經過需求分析、設計編碼，單元測試、整合測試以及系統測試等一系列測試流程，驗收，最終上線。那麼，就至少需要4套環境來保證系統執行：

Development：開發環境，用於開發人員在本地對應用進行除錯執行
Test：測試環境，用於測試人員對應用進行測試
Staging：預釋出環境，用於在正式上線之前，對應用進行整合、測試和預覽，或用於驗收
Production：生產環境，應用的正式線上環境

環境配置方式

通過環境變數ASPNETCORE_ENVIRONMENT指定執行環境

注意：如果未指定環境，預設情況下，為 Production

在專案的Properties資料夾裡面，有一個“launchSettings.json”檔案，該檔案是用於配置VS中專案啟動的。
接下來我們就在launchSettings.json中配置一下。
先解釋一下該檔案中出現的幾個引數：

commandName：指定要啟動的Web伺服器，有三個可選值：
- Project：啟動 Kestrel
- IISExpress：啟動IIS Express
- IIS：不啟用任何Web伺服器，使用IIS
dotnetRunMessages：bool字串，指示當使用 dotnet run 命令時，終端能夠及時響應並輸出訊息，具體參考stackoverflow和github issue
launchBrowser：bool值，指示當程式啟動後，是否開啟瀏覽器
launchUrl：預設啟動路徑
applicationUrl：應用程式Url列表，多個URL之間使用分號（;）進行分隔。當launchBrowser為true時，將{applicationUrl}/{launchUrl}作為瀏覽器預設訪問的Url
environmentVariables：環境變數集合，在該集合內配置環境變數

{
  "$schema": "http://json.schemastore.org/launchsettings.json",
  "profiles": {
    // 如果不指定profile，則預設選擇第一個
    // 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"
      }
    },
    // 用於測試在未指定環境時，預設是否為Production
    "ASP.NET.WebAPI.Default": {
      "commandName": "Project",
      "dotnetRunMessages": "true",
      "launchBrowser": true,
      "launchUrl": "weatherforecast",
      "applicationUrl": "http://localhost:5000"
    }
  }
}

配置完成後，就可以在VS上方工具欄中的專案啟動處選擇啟動項了

基於環境的 Startup

Startup類支援針對不同環境進行個性化配置，有三種方式：

將IWebHostEnvironment注入 Startup 類
Startup 方法約定
Startup 類約定

1.將`IWebHostEnvironment`注入 Startup 類

通過將IWebHostEnvironment注入 Startup 類，然後在方法中使用條件判斷書寫不同環境下的程式碼。該方式適用於多環境下，程式碼差異較少的情況。

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 方法約定

上面的方式把不同環境的程式碼放在了同一個方法中，看起來比較混亂也不容易區分。因此我們希望ConfigureServices和Configure能夠根據不同的環境進行程式碼拆分。

我們可以通過方法命名約定來解決，約定Configure{EnvironmentName}Services和Configure{EnvironmentName}Services來裝載不同環境的程式碼。如果當前環境沒有對應的方法，則使用原來的ConfigureServices和Configure方法。

我就只拿 Development 和 Production 舉例了

public class Startup
{
    // 我這裡注入 IWebHostEnvironment，僅僅是為了列印出來當前環境資訊
    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 類約定

該方式適用於多環境下，程式碼差異較大的情況。

程式啟動時，會優先尋找當前環境命名符合Startup{EnvironmentName}的 Startup 類，如果找不到，則使用名稱為Startup的類

首先，CreateHostBuilder方法需要做一處修改

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

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

接下來，就是為各個環境定義 Startup 類了（我就只拿 Development 和 Production 舉例了）

public class StartupDevelopment
{
    // 我這裡注入 IWebHostEnvironment，僅僅是為了列印出來當前環境資訊
    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}");
    }
}

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