ASP.NET MVC隨想錄——漫談OWIN

什么是OWIN

OWIN是Open Web Server Interface for .NET的首字母縮寫，他的定義如下：

OWIN在.NET Web Servers與Web Application之間定義了一套標准接口，OWIN的目標是用於解耦Web Server和Web Application。基於此標准，鼓勵開發者開發簡單、靈活的模塊，從而推進.NET Web Development開源生態系統的發展。

正如你看到的這樣，OWIN是接口、契約，而非具體的代碼實現，僅僅是規范(specifications)，所以要實現自定義基於OWIN的Web Server必須要實現此規范。

歷時兩年（2010-2012），OWIN的規范終於完成並且當前版本是1.0，在OWIN的官網上可以看到更具體的信息。

為什么我們需要OWIN

過去，IIS作為.NET 開發者來說是最常用的Web Server（沒有之一），源於微軟產品的緊耦合關系，我們不得不將Website、Web Application、Web API等部署在IIS上，事實上在2010年前並沒有什么不妥，但隨着近些年來Web的發展，特別是移動互聯網飛速發展，IIS作為Web Server已經暴露出他的不足了。主要體現在兩個方面，ASP.NET (System.Web)緊耦合IIS，IIS緊耦合OS，這就意味着，我們的Web Framework必須部署在微軟的操作系統上，難以跨平台。

ASP.NET 和 IIS

我們知道，不管是ASP.NET MVC 還是ASP.NET WEB API 等都是基於ASP.NET Framework的，這種關系從前綴就可以窺倪出來。而ASP.NET的核心正是System.Web這個程序集，而且System.Web緊耦合IIS，他存在於.NET Framework中。所以，這導致了Web Framework嚴重的局限性：

• ASP.NET 的核心System.Web，而System.Web緊耦合IIS
• System.Web 是.NET Framework重要組成，已有15年以上歷史，沉重、冗余，性能差，難於測試，約2.5M
• System.Web要更新和發布新功能必須等待.NET Framework發布
• .但NET Framework是Windows的基礎，往往不會隨意更新。

所以要想獲取最新的Web Framework是非常麻煩的，幸運的事，微軟已經意識到了問題的嚴重性，最新的Web Framework都是通過Nuget來獲取。

當然這是一部分原因，還有一層原因是ASP.NET & IIS實在太過於笨重，如何講呢？

復雜的生命周期已成為累贅？簡單來說，當請求到達服務器時，Windows內核組件HTTP.SYS組件捕獲請求，他會分析請求並決定是否交給IIS來處理，當請求到達IIS之后，IIS會根據處理程序映射來匹配請求並交給對應的程序集（實現了ISAPI接口，比如我們熟知的aspnet_isapi.dll是專門用來處理ASP.NET Application）處理，最后加載了CLR運行環境，將請求交給aspnet_wp.exe去處理，這時復雜的ASP.NET生命周期往往令人頭大，但事實上有很多時候我們並不需要他。

如下圖所示ASP.NET Architecture：

打開IIS，你會發現他提供了非常豐富的功能：緩存、身份驗證、壓縮、加密等。但隨着移動互聯網蓬勃的發展，特別是HTML 5越來越成熟的今天，我們看到越來越多的操作發生在客戶端，而不是沉重的從服務器產生HTML返回，更多的是通過異步AJAX返回原生的數據。同理，對於 APP來說我們只需要Mobile Service返回數據。顯然IIS顯得笨重了點，而且IIS作為微軟產品系的一環，耦合程度太高。所以我們迫切需要輕量、快速、可擴展的宿主來承載Web Application和Web Service。

IIS 和 OS

IIS必須是安裝並運行在Windows操作系統中，這是微軟產品的一貫風格，環環相套，但不得不考慮他們的限制和局限性：

• IIS往往和操作系統（Windows Server）綁定在一起，這意味着對於一些新功能如WebSocket Protocol ，我們不得不等待操作系統Windows Sever 2012、Windows 8的發布（IIS 8.0）。
• 為了使用WebSocket這類新特性，他僅被IIS 8.0支持，如下所示：

這時你不得不去升級IIS，但升級操作系統可能會引發舊系統的不穩定性，所以要想平穩的升級IIS並不是簡單的。

• IIS作為經典的Web Server必須安裝在Windows系統中，Windows Server需要授權使用。

正是由於微軟產品系緊耦合的關系，才造成跨平台上的不足，這也是被飽受詬病。所以我們需要OWIN來解耦，在面向對象的世界里，接口往往是解耦的關鍵，如下圖所示：

使用OWIN，Web Framework不再依賴IIS和OS，這意味着你能使用任何你想的來替換IIS(比如：Katana或者Nowin)，並且在必要時隨時升級，而不是更新操作系統。當然，如果你需要的話，你可以構建自定義的宿主和Pipeline去處理Http 請求。

這一切的改變都是由於OWIN的出現，他提供了明晰的規范以便我們快速靈活的去擴展Pipeline來處理Http請求，甚至可以不寫任何一句代碼來切換不同的Web Server，前提是這些Web Server 遵循OWIN規范。

OWIN的規范

現在我們已經了解了什么是OWIN已經為什么需要OWIN，現在是時候來分析一下OWIN的規范了。

OWIN Layers

實際上，OWIN的規范非常簡單，他定義了一系列的層（Layer），並且他們的順序是以堆（Stack）的形式定義，如下所示。OWIN中的接口被稱之為應用程序委托或者AppFunc，用來在這些層之間通信。

OWIN定義了4層：

Host：主要負責應用程序的配置和啟動進程，包括初始化OWIN Pipeline、運行Server。

Server：這是實際的Http Server，綁定套接字並監聽的HTTP請求然后將Request和Response的Body、Header封裝成符合OWIN規范的字典並發送到OWIN Middleware Pipeline中，最后Application為Response Data填充合適的字段輸出。

Middleware：稱之為中間件、組件，位於Server與Application之間，用來處理發送到Pipeline中的請求，這類組件可以是簡單的Logger或者是復雜的Web Framework比如Web API、SignalR，只要Sever連接成功，Middleware中間件可以是任何實現應用程序委托的組件。

Application：這是具體的應用程序代碼，可能在Web Framework之上。對於Web API、SignalR這類Web Framework中間件而言，我們僅僅是改變了他們的托管方式，而不是取代ASP.NET WEB API、SignalR原先的應用程序開發。所以該怎么開發就怎么開發，只不過我們將他們注冊到OWIN Pipeline中去處理HTTP 請求，成為OWIN管道的一部分，所以此處的Application即正在意義上的處理程序代碼。

Application Delegate

OWIN規范另一個重要的組成部分是接口的定義，用於Server和Middleware的交互。他並不是嚴格意義上的接口，而是一個委托並且每個OWIN中間件組件必須提供。

從字面上理解，每個OWIN中間件在必須有一個方法接受類型了IDictionary<string,object>的變量（俗稱環境字典），然后必須返回Task來異步執行。

Environment Dictionary

環境字典包含了Request、Response所有信息以及Server State。通過Pipeline，每個中間件組件和層都可以添加額外的信息，但環境字典定義了一系列強制必須存在的Key，如下所示：

Request Data:

Required	Key Name	Value Description
Yes	"owin.RequestBody"	A Stream with the request body, if any. Stream.Null MAY be used as a placeholder if there is no request body. See Request Body.
Yes	"owin.RequestHeaders"	An IDictionary<string, string[]> of request headers.  See Headers.
Yes	"owin.RequestMethod"	A string containing the HTTP request method of the request (e.g., "GET", "POST").
Yes	"owin.RequestPath"	A string containing the request path. The path MUST be relative to the "root" of the application delegate; see Paths.
Yes	"owin.RequestPathBase"	A string containing the portion of the request path corresponding to the "root" of the application delegate; see Paths.
Yes	"owin.RequestProtocol"	A string containing the protocol name and version (e.g. "HTTP/1.0" or "HTTP/1.1").
Yes	"owin.RequestQueryString"	A string containing the query string component of the HTTP request URI, without the leading “?” (e.g., "foo=bar&baz=quux"). The value may be an empty string.
Yes	"owin.RequestScheme"	A string containing the URI scheme used for the request (e.g., "http", "https"); see URI Scheme.

Response Data:

Required	Key Name	Value Description
Yes	"owin.ResponseBody"	A Stream used to write out the response body, if any. See Response Body.
Yes	"owin.ResponseHeaders"	An IDictionary<string, string[]> of response headers.  See Headers.
No	"owin.ResponseStatusCode"	An optional int containing the HTTP response status code as defined in RFC 2616 section 6.1.1. The default is 200.
No	"owin.ResponseReasonPhrase"	An optional string containing the reason phrase associated the given status code. If none is provided then the server SHOULD provide a default as described in RFC 2616 section 6.1.1
No	"owin.ResponseProtocol"	An optional string containing the protocol name and version (e.g. "HTTP/1.0" or "HTTP/1.1"). If none is provided then the“owin.RequestProtocol” key’s value is the default.

Other Data:

Required	Key Name	Value Description
Yes	"owin.CallCancelled"	A CancellationToken indicating if the request has been cancelled/aborted. See Request Lifetime.
Yes	"owin.Version"	The string "1.0" indicating OWIN version. See Versioning.

小結

這些規范看起來可能簡單到微不足道，但OWIN的思想就是簡單、靈活——通過要求OWIN中間件只依賴AppFun類型，為開發基於OWIN的中間件提供了的最低門檻。同時，通過使用環境字典在各個中間件之間進行信息的傳遞，而非傳統ASP.NET（System.Web）中使用HttpContext貫穿ASP.NET整個生命周期來傳遞。

既然OWIN是規范，而非真正實現，所以是無法使用在項目中的，若要使用OWIN，必須要實現他，所以這也是接下來我想聊的，OWIN的實現：Katana 。