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ASP.NET MVC随想录——锋利的KATANA

正如上篇文章所述那样,OWIN在Web Server与Web Application之间定义了一套规范(Specs),意在解耦Web Server与Web Application,从而推进跨平台的实现。若要真正使用OWIN规范,那么必须要对他们进行实现。目前有两个产品实现了OWIN规范——由微软主导的Katana和第三方的Nowin。这篇文章,我主要关注还是Katana,由微软团队主导,开源到CodePlex上。可以在Visual Studio中输入命令:git clone https://git01.codeplex.com/katanaproject来查看源代码。
在介绍Katana之前,我觉得有必要为大家梳理一下过去10几年前ASP.NET 发展历程。

ASP.NET 发展历程

ASP.NET Web Form

ASP.NET Web Form 在 2002 正式发布时,面向的开发者主要有两类:

  • 使用混合 HTML 标记和服务端脚本开发动态网站的 ASP 开发者,另外, ASP 运行时抽象了底层的 HTTP 连接和 Web Server ,并为开发者提供了一系列的对象模型用于交互 Http 请求,当然也提供了额外的服务诸如 Session 、 Cache 、 State 等。
  • 开发 WinForm 的程序员,他们可能对 HTTP 和 HTML 一无所知,但熟悉拖控件的方式来构建应用程序。

为了迎合这两类开发者, ASP.NET Web Form 通过使用沉重的 ViewState 来保存页面回传过程中的状态值,因为 HTTP 协议是无状态的,通过 ViewState ,使原本没有记忆的 Http 协议变得有记忆起来。这在当时是非常好的设计,能通过拖拽控件的形式快速开发 Web ,而不必过多的去关注底层原理。同时 ASP.NET 团队还为 ASP.NET 丰富了更多的功能、诸如: Session 、 Cache 、 Configuration 等等。

这在当时无疑是成功的, ASP.NET 的发布迅速拉拢了开发者,在 Web 开发中形成了一股新的势力,但同时也买下来一些隐患:

  • 所有的功能、特性都发布在一个整体框架上并且紧耦合核心的 Web 抽象库 ——System.Web
  • System.Web 是 .NET Framework 的重要组成部分,这意味着要修复更新 System.Web 必须更新 .NET Framework ,但 .NET Framework 是操作系统的基础,为了稳定性往往不会频繁更新。
  • ASP.NET Framework ( System.Web )紧耦合 IIS
  • IIS 只能运行在 Windows 系统

ASP.NET MVC

由于 Web Form 产生一大堆 ViewState 和客户端脚本,这对开发者来说慢慢变成一种累赘,因为我们只想产生纯净的 HTML 标记。所以开发者更想去主动控制而非被动产生额外 HTML 标记。

所以微软基于 MVC 设计模式推出了其重要的 Web Framework——ASP.NET MVC Framework ,通过 Model-View-Control 解耦了业务逻辑和表现逻辑,同时没有了服务器端控件,将页面的控制权完全交给了开发者。

为了快速更新迭代,通过 Nuget 来获取更新,故从 .NET Framework 中分离开了。

但唯一不足的是, ASP.NET MVC 还是基于 ASP.NET Framework (注 :ASP.NET MVC 6 已经不依赖 System.Web ),所以 Web Application 和 Web Server 依旧没有解耦。

ASP.NET Web API

随着时间的推移,一些问题开始暴露出来了,由于 Web Server 和 Web Application 紧耦合在一起,微软在开发独立、简单的 Framework 上越发捉襟见肘,这和其他平台下开源社区蓬勃发展形成鲜明对比,幸运的是,微软做出了改变,推出了独立的 Web Framework ——ASP.NET Web API ,他适用于移动互联网并可以快速通过 Nuget 安装,更为重要的是,他不依赖 System.Web ,也不依赖 IIS ,你可以 Self-Host 或者在其他 Web Server 部署。

Katana

随着 Web API 能够运行在自己的轻量级的宿主中,并且越来越多简单、模块化、专一的 Framework 问世,开发人员有时候不得不启动单独的进程来处理 Web 应用程序的各种组件(模块)、如静态文件、动态文件、 Web API 和 Socket 。为了避免进程扩散,所有的进程必须启动、停止并且独立进行管理。 这时,我们需要一个公共的宿主进程来管理这些模块。

这就是 OWIN 诞生的原因, 解耦成最小粒度的组件 ,然后这些标准化框架和组件可以很容易地插入到 OWIN Pipeline 中,从而对组件进行统一管理。而 Katana 正是 OWIN 的实现,为我们提供了丰富的 Host 和 Server 。

走进 Katana 的世界

Katana 作为 OWIN 的规范实现,除了实现 Host 和 Server 之外,还提供了一系列的 API 帮助开发应用程序,其中已经包括一些功能组件如身份验证( Authentication )、诊断( Diagnostics )、静态文件处理( Static Files )、 ASP.NET Web API 和 SignalR 的绑定等。

Katana 的基本原则

  • 可移植性:从 Host à Server à Middleware ,每个 Pipeline 中的组件都是可替换的,并且第三方公司和开源项目的 Framework 都是可以在 OWIN Server 上运行,也就是说不受平台限制,从而实现跨平台。
  • 模块化 :每一个组件都必须保持足够独立性,通常只做一件事,以混合模块的形式来满足实际的开发需求
  • 轻量和高效 :因为每一个组件都是模块化开发,而且可以轻松的在 Pipeline 中插拔组件,实现高效开发

Katana 体系结构

Katana 实现了 OWIN 的 Layers ,所以 Katana 的体系结构和 OWIN 一致,如下所示:

ASP.NET MVC随想录——锋利的KATANA

1. ) Host :宿主 Host 被 OWIN 规范定义在第一层(最底层),他的职责是管理底层的进程(启动、关闭)、初始化 OWIN Pipeline 、选择 Server 运行等。

Katana 为我们提供了 3 中选择:

  • IIS / ASP.NET :使用 IIS 是最简单和向后兼容方式,在这种场景中 OWIN Pipeline 通过标准的 HttpModule 和 HttpHandler 启动。使用此 Host 你必须使用 System.Web 作为 OWIN Server
  • Custom Host :如果你想要使用其他 Server 来替换掉 System.Web ,并且可以有更多的控制权,那么你可以选择创建一个自定义宿主,如使用 Windows Service 、控制台应用程序、 Winform 来承载 Server 。
  • OwinHost :如果你对上面两种 Host 还不满意,那么最后一个选择是使用 Katana 提供的 OwinHost.exe :他是一个命令行应用程序,运行在项目的根部,启动 HttpListener Server 并找到基于约束的 Startup 启动项。 OwinHost 提供了命令行选项来自定义他的行为,比如:手动指定 Startup 启动项或者使用其他 Server (如果你不需要默认的 HttpListener Server )。

2. ) Server

Host 之后的 Layer 被称为 Server ,他负责打开套接字并监听 Http 请求,一旦请求到达,根据 Http 请求来构建符合 OWIN 规范的 Environment Dictionary( 环境字典 ) 并将它发送到 Pipeline 中交由 Middleware 处理。 Katana 对 OWIN Server 的实现分为如下几类:

  • System.Web :如前所述那样, System.Web 和 IIS/ASP.NET Host 两者彼此耦合,当你选择使用 System.Web 作为 Server , Katana System.Web Server 把自己注册为 HttpModule 和 HttpServer 并且处理发送给 IIS 的请求,最后将 HttpRequest 、 HttpResponse 对象映射为 OWIN 环境字典并将它发送至 Pipeline 中处理。
  • HttpListener :这是 OwinHost.exe 和自定义 Host 默认的 Server 。
  • WebListener :这是 ASP.NET vNext 默认的轻量级 Server ,他目前无法使用在 Katana 中

3 ) Middleware

Middleware (中间件)位于 Host 、 Server 之后,用来处理 Pipeline 中的请求, Middleware 可以理解为实现了 OWIN 应用程序委托 AppFun 的组件。

Middleware 处理请求之后并可以交由下一个 Pipeline 中的 Middleware 组件处理,即链式处理请求,通过环境字典可以获取到所有的 Http 请求数据和自定义数据。 Middleware 可以是简单的 Log 组件,亦可以为复杂的大型 Web Framework ,诸如: ASP.NET Web API 、 Nancy 、 SignlR 等,如下图所示: Pipeline 中的 Middleware 用来处理请求:

ASP.NET MVC随想录——锋利的KATANA

4. ) Application

最后一层即为 Application ,是具体的代码实现,比如 ASP.NET Web API 、 SignalR 具体代码的实现。

现在,我想你应该了解了什么事 Katana 以及 Katana 的基本原则和体系结构,那么现在就是具体应用到实际当中去了。

使用 ASP.NET/IIS 托管 Katana-based 应用程序

  • Visual Studio 创建 Web Application
  • Install-Package Microsoft.Owin.Host.SystemWeb

    添加 Startup 启动类

    • ASP.NET/IIS 作为 Host
    • System.Web 作为 Server

在 Startup 的 Configuration 方法中实现 OWIN Pipeline 处理逻辑,如下代码所示:

  1. public class Startup

  2. {
  3. public void Configuration(IAppBuilder app)

  4. {
  5. app.Run(context =>

  6. {
  7. context.Response.ContentType = " text/plain ";

  8. return context.Response.WriteAsync(" Hello World ");

  9. });

  10. }
  11. }

app.Run 方法将一个接受 IOwinContext 对象最为输入参数并返回 Task 的 Lambda 表达式作为 OWIN Pipeline 的最后处理步骤, IOwinContext 强类型对象是对 Environment Dictionary 的封装,然后异步输出 "Hello World" 字符串。

细心的你可能观察到,在 Nuget 安装 Microsoft.Owin.Host.SystemWeb 程序集时,默认安装了依赖项 Microsoft.Owin 程序集,正式它为我们提供了扩展方法 Run 和 IOwinContext 接口,当然我们也可以使用最原始的方式来输出 "Hello World" 字符串,即 Owin 程序集为我们提供的最原始方式,这仅仅是学习上参考,虽然我们不会在正式场景下使用:

  1. using AppFunc = Func<IDictionary< string , object >, Task>;

  2. public class Startup

  3. {
  4. public void Configuration(IAppBuilder app)

  5. {
  6. app.Use( new Func<AppFunc, AppFunc>(next => (env =>

  7. {
  8. string text = " Hello World ";

  9. var response = env[" owin.ResponseBody "] as Stream;

  10. var headers = env[" owin.ResponseHeaders "] as IDictionary< string , string []>;

  11. headers[" Content-Type "] = new [] { " text/plain " };

  12. return response.WriteAsync(Encoding.UTF8.GetBytes(text), 0, text.Length);

  13. })));

  14. }
  15. }

使用自定义 Host(self-host) 托管 Katana-based 应用程序

使用自定义 Host 托管 Katana 应用程序与使用 IIS 托管差别不大,你可以使用控制台、 WinForm 、 WPF 等实现托管,但要记住,这会失去 IIS 带有的一些功能( SSL 、 Event Log 、 Diagnostics 、 Management… ),当然这可以自己来实现。

  • 创建控制台应用程序
  • Install-Package Microsoft.Owin.SelfHost
  • 在 Main 方法中使用 Startup 配置项构建 Pipeline 并监听端口
  1. static void Main( string [] args)

  2. {
  3. using (WebApp.Start<Startup>(" http://localhost:10002 "))

  4. {
  5. System.Console.WriteLine(" 启动站点:http://localhost:10002 ");

  6. System.Console.ReadLine();

  7. }
  8. }

使用自定义的 Host 将失去 IIS 的一些功能,当然我们可以自己去实现。幸运的是, Katana 为我们默认实现了部分功能,比如 Diagnostic ,包含在程序集 Microsoft.Owin.Diagnostic 中。

  1. public void Configuration(IAppBuilder app)

  2. {
  3. app.UseWelcomePage(" / ");

  4. app.UseErrorPage();

  5. app.Run(context =>

  6. {
  7. //将请求记录在控制 台

  8. Trace.WriteLine(context.Request.Uri);

  9. //显示错误 页

  10. if (context.Request.Path.ToString().Equals(" /error "))

  11. {

  12. throw new Exception(" 抛出异常 ");

  13. }

  14. context.Response.ContentType = " text/plain ";

  15. return context.Response.WriteAsync(" Hello World ");

  16. });

  17. }

在上述代码中,当请求的路径( Request.Path )为根目录时,渲染输出 Webcome Page 并且不继续执行 Pipeline 中的其余 Middleware 组件 ,如下所示:

ASP.NET MVC随想录——锋利的KATANA

如果请求的路径为 Error 时,抛出异常,显示错误页,如下所示:

ASP.NET MVC随想录——锋利的KATANA

使用 OwinHost.exe 托管 Katana-based 应用程序

当然我们还可以使用Katana提供的OwinHost.exe来托管应用程序,毫无疑问,通过Nuget来安装OwinHost。

如果你按照我的例子一步一步执行的话,你会发现不管使用ASP.NET/IIS托管还是自托管,Startup配置类都是不变的,改变的仅仅是托管方式。同理OwinHost也是一样的,但它更灵活,我们可以使用类库或者Web应用程序来作为Application。

  • 使用类库

类库作为Application,可以最小的去引用程序集,创建一个类库后,删除默认的Class1.cs,然后并且添加Startup启动项,这会默认像类库中添加Owin和Microsoft.Owin程序集的引用。

然后,使用Nuget来安装OwinHost.exe,如Install-Package OwinHost,注意它并不是一个程序集,而是.exe应用程序位于<solution root>/packages/OwinHost.(version)/tools文件夹。

因为类库不能直接运行,那么只能在它的根目录调用OwinHost.exe来托管,它将加载./bin文件下所有的程序集,所以需要改变类库的默认输出,如下所示:

ASP.NET MVC随想录——锋利的KATANA

然后编译解决方案,打开cmd,键入如下命令:

ASP.NET MVC随想录——锋利的KATANA

如上图成功启动了宿主Host并且默认监听5000端口。

OwinHost.exe还提供自定义参数,通过追加-h来查看,如下所示:

ASP.NET MVC随想录——锋利的KATANA

既然类库不能直接运行,当然你也不能直接进行调试,我们可以附加OwinHost进程来进行调试,如下所示:

ASP.NET MVC随想录——锋利的KATANA

注:

我在使用 OwinHost.exe 3.0.1 时,Startup如果是如下情况下,它提示转换失败,不知是否是该版本的Bug。

  1. using AppFunc = Func<IDictionary< string , object >, Task>;

  2. public class Startup

  3. {
  4. public void Configuration(IAppBuilder app)

  5. {
  6. //使用OwinHost.exe,报错,提示转换失 败

  7. app.Run(context=>context.Response.WriteAsync(" Hello World "));

  8. //使用OwinHost.exe 不报 错

  9. //app.Use(new Func<AppFunc, AppFunc>(next => (env =>

  10. //{
  11. // string text = "Hello World";

  12. // var response = env["owin.ResponseBody"] as Stream;

  13. // var headers = env["owin.ResponseHeaders"] as IDictionary<string, string[]>;

  14. // headers["Content-Type"] = new[] { "text/plain" };

  15. // return response.WriteAsync(Encoding.UTF8.GetBytes(text), 0, text.Length);

  16. //})));

  17. }
  18. }

报错信息如下:

ASP.NET MVC随想录——锋利的KATANA

  • 使用Web Application

Web Application比类库使用起来轻松多了,你可以直接运行和调试,唯一比较弱的可能是它引用较多的程序集,你完全可以删掉,比如System.Web。

通过Nuget安装了OwinHost.exe之后,可以在Web中使用它,如下所示:

ASP.NET MVC随想录——锋利的KATANA

几种指定启动项Startup的方法

  • 默认名称约束:默认情况下Host会去查找root namespace下的名为Startup的类作为启动项。
  • OwinStartup Attribute:当创建Owin Startup类时,自动会加上Attribute 如: [ assembly : OwinStartup ( typeof ( JKXY.KatanaDemo.OwinHost. Startup ))]
  • 配置文件,如: < add key = " owin:appStartup " value = " JKXY.KatanaDemo.Web.StartupDefault " />
  • 如果使用自定义Host,那么可以通过 WebApp .Start< Startup > ( "http://localhost:10002 " ) 来设置启动项。
  • 如果使用OwinHost,那么可以通过命令行参数来实现,如下截图所示

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启动项Startup的高级应用

启动项Startup支持Friendly Name,通过Friendly Name我们可以动态切换Startup。

比如在部署时,我们会有UAT环境、Production环境,在不同的环境中我们可以动态切换Startup来执行不同的操作。

举个栗子,我创建来两个带有Friendly Name的Startup,如下所示:

  • Production Startup
 1 [assembly: OwinStartup("Production", typeof(JKXY.KatanaDemo.Web.StartupProduction))]  2 namespace JKXY.KatanaDemo.Web  3 {  4     using AppFunc = Func<IDictionary<string, object>, Task>;  5     public class StartupProduction  6     {  7         public void Configuration(IAppBuilder app)  8         {  9            app.Run(context=>context.Response.WriteAsync("Production")); 10         } 11     } 12 }
  • UAT Startup
 1 [assembly: OwinStartup("UAT",typeof(JKXY.KatanaDemo.Web.StartupUAT))]  2   3 namespace JKXY.KatanaDemo.Web  4 {  5     public class StartupUAT  6     {  7         public void Configuration(IAppBuilder app)  8         {  9             app.Run(context=>context.Response.WriteAsync("UAT")); 10         } 11     } 12 }
  • 根据Friendly Name使用配置文件或者OwinHost 参数来切换Startup
<appSettings>     <add key="owin:appStartup" value="Production" />   </appSettings>

小结

花了好久才最终完成这篇博客,为大家讲解了Katana的世界,那么接下来我将继续OWIN & Katana之旅,探索Middleware的创建,谢谢大家支持。

正文到此结束
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