ASP.NET運行時詳解 生命周期入口分析

    說起ASP.NET的生命周期，網上有很多的介紹。之前也看了些這方面的博客，但我感覺很多程序猿像我一樣，看的時候似乎明白，一段時間過后又忘了。所以，最近Heavi花了一段時間研究ASP.NET的源代碼，通過代碼層面來掌握ASP.NET的生命周期。分析的代碼版本是ASP.NET 5。

生命周期入口HttpRunTime

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    在HttpRunTime中Http請求的入口處理流程比較復雜，說簡單一點就是為后面的處理流程提供兩個參數：IIS7WorkerRequest和HttpContext。這兩個參數生成后直接調用HttpRuntime.ProcessRequestNotification(wr, httpContext)方法，執行Http請求的整個流程。
    所以，我們從ProcessRequestNotificationPrivate方法開始分析。代碼如下：

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;
        }

    這個方法里邊包含的主要流程有：
    1. 初始化運行環境：EnsureFirstRequestInit。確認應用是否是第一次請求，如果是需要初始化運行環境，包括初始化Configuration、應用程序池、加載Bin下的Dll等。
    2. 初始化Response對象：context.Response.InitResponseWriter。
    3. 初始化Application對象：HttpApplicationFactory.GetApplicationInstance(context)。
    4. 執行請求過程：context.ApplicationInstance.BeginProcessRequestNotification。
    5. 完成請求通知：FinishRequestNotification。
    對於上面的主要流程，我用流程圖表示可能更直觀些。流程圖如下所示：

   

    知道了上面的5個主要步驟，接下來就詳細的介紹每個步驟執行的具體內容。

初始化運行環境

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      通過執行EnsureFirstRequestInit方法來初始化我們整個應用的運行環境，那具體初始化了哪些操作？我們先查看下方法的源代碼：

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;
                    }
                }
            }
        }

    代碼就那么寥寥幾行，很明顯的看出源代碼里邊最主要的一行就是：this.FirstRequestInit(context)。也就是說初始化運行環境實際是在這個方法里邊執行的。我把FirstRequestInit方法里邊的代碼簡單歸納了一下，下面是比較核心的代碼流程：
    1. 初始化WEB配置：InitHttpConfiguration()。
    我們經常從ConfigurationManager的AppSettings和ConnectionStrings讀取配置信息，這些配置信息就是InitHttpConfiguration方法從IIS環境和WEB環境下讀取到內存提供給程序使用。
    2. 臨時文件夾寫權限判斷：CheckAccessToTempDirectory()。
    簡單理解就是整個WEB環境在運行時需要保存某些文件到臨時文件夾里邊，所以必須保證我們的WEB環境有臨時文件夾的寫權限。
    3. 初始化請求隊列：InitRequestQueue()。
    按照服務器CPU環境自動或手動配置請求進程隊列的限制，如果需要手動配置可在Web.config中配置ProcessModelSection部分。
    4. 健康監測系統運行環境：HealthMonitoringManager.StartHealthMonitoringHeartbeat()。
    啟動一個計時器，定時檢測編譯錯誤、未處理異常、登錄失敗等信息，並記錄到Windows事件日志、SQL Server數據庫以及Trace輸出窗口等。我們可以通過在Web.config中配置HealthMonitoringSection模塊來初始化檢測機制。
    5. 約束IIS文件夾：RestrictIISFolders(context)。
    執行ISAPI接口的函數（具體是執行什么操作，目前還不清楚）。
    6. 加載Bin下面的程序集：PreloadAssembliesFromBin()。
    加載Bin以及Bin下的子目錄的所有程序集。
    7. 請求標頭檢查，防止注入攻擊：this.InitHeaderEncoding()。

    運行環境初始化過程流程圖如下：

   

初始化Response對象

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    該步驟就一個操作，初始化我們常用到的Reponse.Output輸出對象。

初始化Application對象

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    執行HttpApplicationFactory工廠的GetApplicationInstance方法初始化Application對象。先把代碼貼出來：

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

    代碼第一行執行工廠的EnsureInited方法，獲取global.asax文件所在路徑，然后編譯它。編譯后啟動檢測，查看global.asax文件是否有更新，如果有更新WEB應用會被停止。
    代碼第二行執行工廠方法EnsureAppStartCalled(context)，創建特別的HttpApplication實例，觸發ApplicationOnStart事件，執行global_asax中的Application_Start事件，新建的特別的HttpApplication實例在處理完事件后就被回收。
    代碼第三行執行工廠方法GetNormalApplicationInstance(context),創建我們在WEB應用中經常用到的Application對象。既然是我們經常用到的Application對象，那么GetNormalApplicationInstance方法里邊應該不僅僅是簡單的創建步驟。我們先看下GetNormalApplicationInstance方法的代碼：

private HttpApplication GetNormalApplicationInstance(HttpContext context)
        {
            HttpApplication state = null;
            lock (this._freeList)
            {
                if (this._numFreeAppInstances > 0)
                {
                    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;
        }

    這段代碼我們必須得分析下，這里包含了我們經常說的“應用程序池“，體現在代碼里邊就是_freeList集合，在獲取Application對象時，先從_freeList查找空閑的Application對象，如果有就直接返回一個空閑對象；如果沒有則執行HttpRuntime.CreateNonPublicInstance(this._theApplicationType)方法創建一個Application對象，創建之后調用InitInternal方法執行初始化操作。

    InitInternal方法比較重要，它初始化了我們的HttpModules，並且構建了Http請求的20多個管道執行步驟。InitInternal方法執行的具體內容比較龐大，我會單獨分一個章節來介紹。但要提出一點，該方法為我們創建了具體的管道管理對象StepManager，該對象在下一個”執行請求過程“步驟中會用到。

執行請求過程

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    初始化操作執行完了就該處理我們的請求了，Application對象的BeginProcessRequestNotification方法包含了請求的處理過程。看下代碼：

internal IAsyncResult BeginProcessRequestNotification(HttpContext context, AsyncCallback cb)
        {
            if (this._context == null)
            {
                this.AssignContext(context);
            }
            context.CurrentModuleEventIndex = -1;
            HttpAsyncResult result = new HttpAsyncResult(cb, context);
            context.NotificationContext.AsyncResult = result;
            this.ResumeSteps(null);
            return result;
        }

    方法創建HttpAsyncResult對象，保存了我們的回調事件。等ResumeSteps方法執行完后再回調HttpAsyncResult的事件。接下來看看ResumeSteps方法的具體內容。代碼比較簡單，如下所示：

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

    代碼里邊有一個_stepManager對象，在上一個步驟“初始化Application對象”中我們有提到StepManager，StepManager實體對象也是在那個步驟中被創建的。ResumeSteps方法啟動了Http請求執行管道的20多個步驟。那么，StepManager到底包含哪些內容？我們查看下他的定義：

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

    StepManager是一個抽象類，定義了三個抽象方法，BuildSteps(構建步驟)和ResumeSteps(執行步驟)我們已經知道了，InitRequest用來初始化請求信息。StepManager總共有兩個實現類：ApplicationStepManager和PipelineStepManager。ApplicationStepManager是IIS6以及IIS7經典模式執行步驟管理對象，PipelineStepManager是IIS7的執行步驟管理
對象。這兩個對象會在下一章節詳細介紹。

完成請求通知

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    FinishRequestNotification主要做善后工作，代碼如下：

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);
            }
        }

    從代碼可以看出FinishRequestNotification方法記錄運行時異常，調用context.FinishPipelineRequest方法完成整個請求、釋放Request、Response以及Application對象。

總結

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    通過上面幾個步驟的分析，請求的入口是在HttpRuntime。第一次Http請求發生后，HttpRuntime初始化整個WEB環境，然后通過HttpApplication的工廠類HttpApplicationFactory創建HttpApplication。HttpApplication實體對象通過StepManager的BuildSteps方法構建請求管道（Pipeline）步驟，然后通過ResumeSteps方法執行管道所有的事件。
    下一章節主要介紹管Pipeline步驟的構建和執行細節以及頁面的生命周期，敬請期待！