【ASP.NET Core】MVC模型繫結——實現同一個API方法相容JSON和Form-data輸入

東邪獨孤發表於2022-03-24

在上一篇文章中，老周給大夥伴們大致說了下 MVC 下的模型繫結，今天我們們進行一下細化，先聊聊模型繫結中涉及到的一些元件物件。

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一、ValueProvider——提取繫結源的值

首先登場的小帥哥是 ValueProvider，即實現 IValueProvider 介面。

public interface IValueProvider
{ 
    bool ContainsPrefix(string prefix);
    ValueProviderResult GetValue(string key);
}

提取繫結源的值在操作上類似字典物件的訪問，通過一個指定的 key 來檢索。這個主要針對資料結構類似字典的資料來源，比如

1、HTTP Header，它的結構就是 name: value；

2、Form 物件，比如 HTML 頁上的<form>元素，或者客戶端直接提交的 form-data，當然包括用 JQuery 等方式提交的 form；

3、Route Value，也就是路由引數。比如我們們在寫MVC時很熟悉的那個 {controller}/{action}，若訪問的是 Home/Index，那麼這裡面就是兩個資料項。第一個 key 是 controller，value 是 Home；第二個 key 是 action，value 是 Index。

於是，.net core 中很自然地會內建一些已實現的 provider。

FormValueProvider 
FormFileValueProvider
JQueryFormValueProvider 
RouteValueProvider 
HeaderValueProvider

看著它們的大名，估計你也能猜到它們的作用。你會問：咦，HeaderValueProvider 在哪，我咋沒看到？這廝藏得比大 Boss 還深！它是在 HeaderModelBinder 檔案中定義的私有類，所以我們根本訪問不到它。

    private class HeaderValueProvider : IValueProvider

許多 ValueProvider 型別還有專配的 ValueProviderFactory，實現 IValueProviderFactory 介面。該介面只需實現一個方法：CreateValueProviderAsync。

public Task CreateValueProviderAsync(ValueProviderFactoryContext context)

返回值只是個 Task？那建立的 ValueProvider 例項放到哪？注意它有個引數是個上下文物件（ValueProviderFactoryContext），此物件有個屬性叫 ValueProviders。建立的 ValueProvider 例項被新增到這個列表中。

也就是說，可以呼叫各個 Factory 物件建立多種 ValueProvider，然後都新增進 ValueProviders 列表中。當我們自己編寫 ModelBinder 時，就可以從這個列表中的 N 個 ValueProvider 物件中提取值。這個 ValueProvider 的值會自動被合併，我們不需要關心它來自哪個 ValueProvider 物件。

比如，列表中有 QueryString 和 RouteValue 兩個值來源，其中 key1 來自 QueryString，key2 來自 RouteValue，我在自定義 binder 時，不必管它從哪裡來，我只要知道有兩個鍵叫 key1、key2 就行。

    public Task BindModelAsync(ModelBindingContext bindingContext)
    {
        ……

        var modelName = bindingContext.ModelName;
        var valueProviderResult = bindingContext.ValueProvider.GetValue(modelName);
        if (valueProviderResult == ValueProviderResult.None)
        {
            ……
            return Task.CompletedTask;
        }

        var modelState = bindingContext.ModelState;
        modelState.SetModelValue(modelName, valueProviderResult);

        var metadata = bindingContext.ModelMetadata;
        var type = metadata.UnderlyingOrModelType;
        try
        {
            var value = valueProviderResult.FirstValue;

            object? model;
            if (string.IsNullOrWhiteSpace(value))
            {
                // Parse() method trims the value (with common NumberStyles) then throws if the result is empty.
                model = null;
            }
            else if (type == typeof(float))
            {
                model = float.Parse(value, _supportedStyles, valueProviderResult.Culture);
            }
            else
            {
                // unreachable
                throw new NotSupportedException();
            }

            // When converting value, a null model may indicate a failed conversion for an otherwise required
            // model (can't set a ValueType to null). This detects if a null model value is acceptable given the
            // current bindingContext. If not, an error is logged.
            if (model == null && !metadata.IsReferenceOrNullableType)
            {
                modelState.TryAddModelError(
                    modelName,
                    metadata.ModelBindingMessageProvider.ValueMustNotBeNullAccessor(
                        valueProviderResult.ToString()));
            }
            else
            {
                bindingContext.Result = ModelBindingResult.Success(model);
            }
        }
        catch (Exception exception)
        {
            ……
            
        }

        _logger.DoneAttemptingToBindModel(bindingContext);
        return Task.CompletedTask;
    }

以上是從原始碼中抄來的一段，用於繫結 float 型別的 binder。

內部已經提供基礎型別和複合型別的 Binder，所以一般情況下我們不需要自己花時間去寫 Binder。

二、Binder 物件

binder 物件必須實現 IModelBinder 介面。這個介面只要求實現一個方法。

    Task BindModelAsync(ModelBindingContext bindingContext);

在這個方法的實現在，你要完成從資料來源中提取值，然後產生繫結目標物件的過程。

例如，你的控制器類中有這麼個方法（API方法）：

public Task UpdateStudent(Student stu)
{
    ……
}

假設這個 Student 類有 Name、Age、Email 三個屬性，不管資料是通過 URL 查詢字串傳遞還是 form 提交，都需要提供這些值：

name=小明

age=21

email=abc@163.com

於是，你的自定義 Binder 可以這樣寫

public class StudentBinder : IModelBinder
{
    public Task BindModelAsync(ModelBindingContext bindingContext)
    {
        // 提取值
        var valname = bindingContext.ValueProvider.GetValue("name");
        var valemail = bindingContext.ValueProvider.GetValue("email");
        var valage = bindingContext.ValueProvider.GetValue("age");
        // 剝出真實的值
        string? name;
        if(valname != ValueProviderResult.None)
        {
            name = valname.FirstValue;
        }
        int age;
        if(valage != ValueProviderResult.None)
        {
            _ = int.TryParse(valage.FirstValue, out age);
        }
        string? email;
        if(valemail != ValueProviderResult.None)
        {
            email = valemail.FirstValue;
        }
        // 例項化目標物件
        Student s = new()
        {
            Name = name,
            Age = age,
            Email = email
        };
        // 如果繫結成功，必須設定 Result
        bindingContext.Result = ModelBindingResult.Success(s);
    }
}

繫結的過程可以很簡單，也可以弄得很複雜，主要看你的需求。bindingContext 物件的 Result 屬性一定要設定，預設是繫結失敗。傳遞給 ModelBindingResult.Success(s) 方法的引數就是目標物件。比如上面的，通過模型繫結的目標是給 Student 物件的屬性賦值，所以傳遞的就是 Student 例項的引用。控制器方法 UpdateStudent 的引數就會引用這個 Student 例項，繫結完成。

其實上面的 Binder 我只是寫著玩的，而且它只侷限在 Student 類上，不能通用於所有型別。實際上我們們也不需寫，我只是做演示。內建的 ComplexObjectModelBinder 類就能完成這項工作，而且它是通用於所有複合型別。

binder 寫好了怎麼用呢？這分為全域性和區域性。像上面例子這種特定於 Student 型別的 binder，最好還是區域性應用——在 Student 類上通過特性類來關聯。

[ModelBinder(typeof(StudentBinder))]
public class Student
{
    ……
}

不想寫在類，也可以寫在控制器方法的引數上。

public Task UpdateStudent([ModelBinder(typeof(StudentBinder))] Student stu)

三、ModelBinderProvider

如果你希望自定義的 binder 可以應用於全域性，那你得實現 IModelBinderProvider 介面。這個介面只有一個方法：

IModelBinder? GetBinder(ModelBinderProviderContext context);

通過這個方法你會發現，ModelBinderProvider 的作用就是獲取 binder 物件。

所以我們們上面那個例子，可以寫一個 StudentBinderProvider 類，實現 GetBinder 方法，返回一個 binder 例項。

    return new StudentBinder();

既然是全域性的，當然要在應用程式初始化時完成。在 Program.cs 檔案中，通過 MvcOptions 物件來配置。

var builder = WebApplication.CreateBuilder();
builder.Services.AddControllers(opt =>
{
    opt.ModelBinderProviders.Insert(0, new StudentBinderProvider());
});
var app = builder.Build();

app.MapControllers();

app.Run();

不過，上面寫的那個例子，應用到全域性後容易翻車。因為所有 MVC 請求都會呼叫，而上面程式碼中我們們是把 StudentBinderProvider 物件放在列表的首位，只要有 MVC 請求，都會呼叫它來獲取 binder，結果所有型別的繫結目標都會用 StudentBinder 來做繫結，不是 Student 型別的物件就無法繫結，獲取不到資料來源的值。

當然你可以做一下型別判斷，不是 Student 的值接返回 null。這樣執行時會轉而嘗試其他 ModelBinderProvider。

    public IModelBinder? GetBinder(ModelBinderProviderContext context)
    {

         if(context.Metadata.ModelType == typeof(Student))
         {
                 return new .....     
          }

          return null;
    }

ModelBinderProvider 不需要放到依賴注入容器中，在配置 MVC 功能時會預設新增，自定義的可以用上面的方法通過 MvcOptions 新增。

        // Set up ModelBinding
        options.ModelBinderProviders.Add(new BinderTypeModelBinderProvider());
        options.ModelBinderProviders.Add(new ServicesModelBinderProvider());
        options.ModelBinderProviders.Add(new BodyModelBinderProvider(options.InputFormatters, _readerFactory, _loggerFactory, options));
        options.ModelBinderProviders.Add(new HeaderModelBinderProvider());
        options.ModelBinderProviders.Add(new FloatingPointTypeModelBinderProvider());
        options.ModelBinderProviders.Add(new EnumTypeModelBinderProvider(options));
        options.ModelBinderProviders.Add(new DateTimeModelBinderProvider());
        options.ModelBinderProviders.Add(new TryParseModelBinderProvider());
        options.ModelBinderProviders.Add(new SimpleTypeModelBinderProvider());
        options.ModelBinderProviders.Add(new CancellationTokenModelBinderProvider());
        options.ModelBinderProviders.Add(new ByteArrayModelBinderProvider());
        options.ModelBinderProviders.Add(new FormFileModelBinderProvider());
        options.ModelBinderProviders.Add(new FormCollectionModelBinderProvider());
        options.ModelBinderProviders.Add(new KeyValuePairModelBinderProvider());
        options.ModelBinderProviders.Add(new DictionaryModelBinderProvider());
        options.ModelBinderProviders.Add(new ArrayModelBinderProvider());
        options.ModelBinderProviders.Add(new CollectionModelBinderProvider());
        options.ModelBinderProviders.Add(new ComplexObjectModelBinderProvider());

        // Set up ValueProviders
        options.ValueProviderFactories.Add(new FormValueProviderFactory());
        options.ValueProviderFactories.Add(new RouteValueProviderFactory());
        options.ValueProviderFactories.Add(new QueryStringValueProviderFactory());
        options.ValueProviderFactories.Add(new JQueryFormValueProviderFactory());
        options.ValueProviderFactories.Add(new FormFileValueProviderFactory());

四、ModelBinderFactory

這個主要是實現 IModelBinderFactory 介面，此介面也要實現一個方法來建立 binder。

    IModelBinder CreateBinder(ModelBinderFactoryContext context);

內部預設的實現類為 ModelBinderFactory。這個 factory 是註冊到依賴注入容器中的（單例項模式），它建立 binder 的依據是我們上面提到的各種 ModelBinderProvider，它就是呼叫了它們的 GetBinder 方法來獲得 binder 的例項引用。

它會迴圈訪問所有 provider，只要有一個 GetBinder 方法不返回 null，就算完成，然後就用這個 binder 來完成模型繫結。

        for (var i = 0; i < _providers.Length; i++)
        {
            var provider = _providers[i];
            result = provider.GetBinder(providerContext);
            if (result != null)
            {
                break;
            }
        }

這個類在獲取 binder 例項後會把 binder 快取，當下一次再用到時就直接從快取裡面獲取，免去了多次 new 的時間消耗。請大夥伴們記住它的快取功能，因為後文我們們在實現 API 同時支援 JSON 和 Form 提交時會因為它導致問題。

五、實現同一個API支援 JSON 和 form-data 正文

前面四個標題都是準備理論，現在我們們才正式開始幹活。

老周想要這樣一個功能：假設某API是 /demo/product/edit，呼叫時要 POST 資料，然後被 Product 型別的引數接收。客戶端使用 json 提交可以，使用 form-data 提交也可以。

要實現這個，可以用自定義 Binder 的方式。我們不需要自己編寫複雜的 binder，因為內建的有現成的：

1、當呼叫 API 時提交的是 JSON，使用 BodyModelBinder 就可以讀出內容；

2、當呼叫 API 時提交的是 form-data，使用 ComplexObjectModelBinder 就能讀出。

綜合上述兩條，老周有個大膽的想法，於是付諸大膽的行動。我們們自己寫個 ModelBinderProvider。

public class CustMtFmtBinderProvider : IModelBinderProvider
{
    private readonly IModelBinderProvider bodybinderProvd;
    private readonly IModelBinderProvider complexobjbinderProvd;

    public CustMtFmtBinderProvider(BodyModelBinderProvider bdp, ComplexObjectModelBinderProvider cmplxprd)
    {
        bodybinderProvd = bdp;
        complexobjbinderProvd = cmplxprd;
    }

    public IModelBinder? GetBinder(ModelBinderProviderContext context)
    {
        HttpContext httpctx = context.Services.GetRequiredService<IHttpContextAccessor>()?.HttpContext;
        var request = httpctx.Request;
        IModelBinder binder;
        if(request.ContentType.StartsWith("multipart/form-data"))
        {
            binder = complexobjbinderProvd.GetBinder(context);
        }
        else
        {
            binder = bodybinderProvd.GetBinder(context);
        }
        return binder;
    }
}

兩個型別的 binder 可以通過建構函式來傳，因為是用 MvcOptions 來新增的，不是依賴住入，所以我們可以自己傳參。原理老周相信大夥能懂，就是判斷 HTTP 請求的 Content-Type，如果是 multipart/form-data，就用複合型別的 binder，否則，用 Body binder，它預設支援JSON，不，是隻支援JSON。

上一段 BodyModelBinder 的原始碼：

    public async Task BindModelAsync(ModelBindingContext bindingContext)
    {
        ……var formatter = (IInputFormatter?)null;
        for (var i = 0; i < _formatters.Count; i++)
        {
            if (_formatters[i].CanRead(formatterContext))
            {
                formatter = _formatters[i];
                ……
                break;
            }
            else
            {
                Log.InputFormatterRejected(_logger, _formatters[i], formatterContext);
            }
        }

        ……try
        {
            var result = await formatter.ReadAsync(formatterContext);

            if (result.HasError)
            {
                // Formatter encountered an error. Do not use the model it returned.
                _logger.DoneAttemptingToBindModel(bindingContext);
                return;
            }

            ……
    }

喲！這傢伙並不是用 ValueProvider 來獲取值的，而是使用 InputFormatter 讀取的。上一篇水文中老周提過，當我們讓控制器類用於 API 時，應用 [ApiController] 特性，它會把HTTP請求的整個 body 作為繫結源，並把模型繫結交給 InputFormatter 去處理。這裡我們就看到真相了，就是 BodyModelBinder 搞的鬼，它呼叫了 Inputformatter。

Inputformatter 實現 IInputFormatter 介面，而執行庫預設給應用註冊的是 SystemTextJsonInputFormatter ，對於返回資料，則用的是 SystemTextJsonOutputFormatter 。關於返回的資料格式，老周前面也寫過相關文章。

好了，回到主題，現在我們們的 BinderProvider 寫好了，把它配置到 MvcOptions 物件中，成為全域性的 binder 提供者。

var builder = WebApplication.CreateBuilder();
// 一定要註冊這個
builder.Services.AddHttpContextAccessor();
builder.Services.AddControllers();
builder.Services.Configure<MvcOptions>(opt =>
{
    BodyModelBinderProvider bp = opt.ModelBinderProviders.OfType<BodyModelBinderProvider>().FirstOrDefault()!;
    ComplexObjectModelBinderProvider cp = opt.ModelBinderProviders.OfType<ComplexObjectModelBinderProvider>().FirstOrDefault()!;
    opt.ModelBinderProviders.Insert(0, new CustMtFmtBinderProvider(bp, cp));
});
var app = builder.Build();

我們那個 Provider 中用到 HttpContext ，要在服務容器上呼叫 AddHttpContextAccessor 方法註冊一下，不然會報錯（因為在 Provider 中預設沒有引用 Httpcontext 相關的物件，但 ModelBinder 的上下文中可以訪問）。

嗯，思路是沒錯的，這 Job 看起來很完美。下面我們們定義個模型類。

public class Cat
{
    public string Nickname { get; set; } = "";
    public string? Category { get; set; }
    public string Owner { get; set; } = "";
}

老周比較喜歡的兩種動物：一種是喵喵，另一種是兔崽子。這裡就定義個 Cat 類吧。

隨後是 Controller。

[Route("cat")]
[ApiController]
public class CatController : Controller
{
    [HttpPost]
    [Route("new")]
    [Consumes("application/json", "multipart/form-data")]
public string NewCat(Cat cc)
    {
        if (cc.Nickname == "")
            return "你養了個寂寞";

        string m = $"你新養了一隻貓，它叫 {cc.Nickname}";
        m += $"\n主人：{cc.Owner}\n品種：{cc.Category}";
        return m;
    }
}

Consumes 特性可以指定 API 方法支援哪些 content-type，當某個 action 有多個匹配方法時，還可以作為篩選方法的輔助依據。這裡我就明確了兩個型別—— application/json 和 multipart/form-data。

然而，但是，意外，沒想到，執行之後就讓人傻眼了。果然理想是花容月貌，現實是鬼妖當道。問題如下：

A、執行後，選用 form-data，測試成功；但改為 JSON 提交就不行了；

B、執行後，選用 JSON 測試，成功；但改為 form-data 提交就不行了。

總結一下，就是執行後，第一次呼叫是正確的，無論是 JSON 還是 FORM 都是可以的，但之後再呼叫 API 就不正確了。其實我們們這個示例的思路是沒有錯的，但這時候你怎麼 debug 都無法解決。問題出在哪呢？

前文老周提示了一下，記得乎？在介紹 ModelBinderFactory 時強調了一下，這傢伙在呼叫某個 ModelBinderProvider 成功獲得 ModelBinder 後會將其快取。本示例的問題就是出在這兒了。快取物件是字典型別（ConcurrentDictionary），Key 的組成要素之一（另一個可能是 ControllerParameterDescriptor，描述方法的引數資訊）就是模型繫結的後設資料（ModelMetadata），而後設資料是從模型型別產生的。在這個示例中，模型無論要使用 BodyModelBinder 還是 ComplexObjectModelBinder，它的模型都是 Cat 類（也是一樣的引數），因此後設資料是不變的。

假設使用 JSON 方式提交，當第一次呼叫後，自定義 ModelBinderProvider 返回的 binder （假設叫 X）會被快取；然後改為用 form data 提交，呼叫時，會優先從快取中查詢，然後找到 X，最後又用了 X 來進行模型繫結，於是就錯了（此次應該用 Y）。

幸好，這個問題是可以解決的。我們們調整一下思路，先自定義一個 binder，在這個 binder 裡封裝 BodyModelBinder 和 ComplexObjectModelBinder 物件，然後在執行繫結時，再動態選擇用 body 還是用 complexobject。

於是，示例做以下調整：

先編寫一個自定義的 binder。

public class CustBinder : IModelBinder
{
    private readonly BodyModelBinder _bodybinder;
    private readonly ComplexObjectModelBinder _objectbinder;

    public CustBinder(BodyModelBinder bodyb, ComplexObjectModelBinder objb)
    {
        _bodybinder = bodyb;
        _objectbinder = objb;
    }

    public async Task BindModelAsync(ModelBindingContext bindingContext)
    {
        // 通過 Content-Type 來區分
        var request = bindingContext.HttpContext.Request;
        if(request.ContentType!.StartsWith("multipart/form-data"))
        {
            await _objectbinder.BindModelAsync(bindingContext);
        }
        else
        {
            await _bodybinder.BindModelAsync(bindingContext);
        }
    }
}

這個自定義 Binder 中用到了另兩個 Binder：Body 和 ComplexObject。通過建構函式兩傳遞。在執行繫結時，通過請求的 ContentType 來判斷，如果是 form-data，就用 ComplexObjectModelBinder，否則用 BodyModelBinder（直接呼叫它們的 BindModelAsync 方法就行了）。

補充：程式碼中在物件後面出現的“!”運算子，是告訴分析器“這個物件不會是null的，請放心”。在執行階段無用處，只是在編譯時不會有警告。

然後，再寫一個 ModelBinderProvider。

public class CustFmtBinderProviderV2 : IModelBinderProvider
{
    private readonly MvcOptions options;
    public CustFmtBinderProviderV2(MvcOptions o)
    {
        options = o;
    }

    public IModelBinder? GetBinder(ModelBinderProviderContext context)
    {
        if (context == null)
            throw new ArgumentNullException(nameof(context));

        if (context.BindingInfo.BindingSource == null || context.BindingInfo.BindingSource.CanAcceptDataFrom(BindingSource.Body) == false)
            return null;

        BodyModelBinderProvider bodyprvd = options.ModelBinderProviders.OfType<BodyModelBinderProvider>().FirstOrDefault()!;
        ComplexObjectModelBinderProvider objprvd = options.ModelBinderProviders.OfType<ComplexObjectModelBinderProvider>().FirstOrDefault()!;
        // 建立 binder 例項
        IModelBinder? binder1 = bodyprvd.GetBinder(context);
        IModelBinder? binder2 = objprvd.GetBinder(context);
        // 兩個 binder 都要用到，均不能為 null
        if(binder1 != null && binder2 != null)
        {
            return new CustBinder((BodyModelBinder)binder1, (ComplexObjectModelBinder)binder2);
        }

return null;
    }
}

BodyModelBinderProvider 和 ComplexObjectModelBinderProvider 從 MvcOptions 物件的 ModelBinderProviders 列表中獲取。建立 CustBinder 例項時，把這兩個 binder 傳給它的建構函式。

經過這樣處理之後，被 ModelBinderFactory 快取的是 CustBinder 例項，哪怕在第二次以上呼叫時，都能正確進行 Content-Type 的分析，因為篩選的程式碼是寫在 CustBinder 內部的，就算呼叫的是已快取的例項也不影響其邏輯。

最後，Program.cs 檔案那裡也改一下。

var builder = WebApplication.CreateBuilder();
builder.Services.AddControllers();
builder.Services.Configure<MvcOptions>(opt =>
{
    opt.ModelBinderProviders.Insert(0, new CustFmtBinderProviderV2(opt));
});
var app = builder.Build();

測試一下，執行後，先以 form-data 輸入。

POST /cat/new HTTP/1.1
User-Agent: PostmanRuntime/7.29.0
Accept: */*
Host: localhost:5168
Accept-Encoding: gzip, deflate, br
Connection: keep-alive
Content-Type: multipart/form-data; boundary=--------------------------031532983200066969593455
Content-Length: 395
 
----------------------------031532983200066969593455
Content-Disposition: form-data; name="nickname"
豆豆
----------------------------031532983200066969593455
Content-Disposition: form-data; name="owner"
小王
----------------------------031532983200066969593455
Content-Disposition: form-data; name="category"
大狸花
----------------------------031532983200066969593455--
 
HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: text/plain; charset=utf-8
Date: Thu, 24 Mar 2022 08:57:14 GMT
Server: Kestrel
Transfer-Encoding: chunked
 
你新養了一隻貓，它叫 豆豆
主人：小王
品種：大狸花

通過，沒問題。

接著，改為用 JSON 方式提交。

POST /cat/new HTTP/1.1
Content-Type: application/json
User-Agent: PostmanRuntime/7.29.0
Accept: */*
Host: localhost:5168
Accept-Encoding: gzip, deflate, br
Connection: keep-alive
Content-Length: 84
 
{
"nickname": "豆豆",
"category": "大橘",
"owner": "賽冬瓜"
}
 
HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: text/plain; charset=utf-8
Date: Thu, 24 Mar 2022 08:58:57 GMT
Server: Kestrel
Transfer-Encoding: chunked
 
你新養了一隻貓，它叫 豆豆
主人：賽冬瓜
品種：大橘

嗯嗯嗯，效果不錯吧。現在這個 API 既可以用 form-data 輸入資料，也能用 JSON 輸入資料了。我們們就不必把同一個 API 寫兩個版本了。

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