asp.net core mvc剖析：KestrelServer

KestrelServer是基于Libuv开发的高性能web服务器，那我们现在就来看一下它是如何工作的。在上一篇文章中提到了Program的Main方法，在这个方法里Build了一个WebHost，我们再来看一下代码：

public static void Main(string[] args)
   {
       var host = new WebHostBuilder()
           .UseKestrel()
           .UseContentRoot(Directory.GetCurrentDirectory())
           .UseIISIntegration()
           .UseStartup<Startup>()
           .Build();
 
       host.Run();
   }

　　里面有一个UseKestrel方法调用，这个方法的作用就是使用KestrelServer作为web server来提供web服务。在WebHost启动的时候，调用了IServer的Start方法启动服务，由于我们使用KestrelServer作为web server，自然这里调用的就是KestrelServer.Start方法，那我们来看下KestrelServer的Start方法里主要代码：

 首先，我们发现在Start方法里创建了一个KestrelEngine对象，具体代码如下：

var engine = new KestrelEngine(new ServiceContext
{
       FrameFactory = context =>
       {
           return new Frame<TContext>(application, context);
       },
       AppLifetime = _applicationLifetime,
       Log = trace,
       ThreadPool = new LoggingThreadPool(trace),
       DateHeaderValueManager = dateHeaderValueManager,
       ServerOptions = Options
 });

　　KestrelEngine构造方法接受一个ServiceContext对象参数，ServiceContext里包含一个FrameFactory，从名称上很好理解，就是Frame得工厂，Frame是什么？Frame是http请求处理对象，每个请求过来后，都会交给一个Frame对象进行受理，我们这里先记住它的作用，后面还会看到它是怎么实例化的。除了这个外，还有一个是AppLiftTime，它是一个IApplicationLifetime对象，它是整个应用生命周期的管理对象，前面没有说到，这里补充上。

public interface IApplicationLifetime
    {
        /// <summary>
        /// Triggered when the application host has fully started and is about to wait
        /// for a graceful shutdown.
        /// </summary>
        CancellationToken ApplicationStarted { get; }

        /// <summary>
        /// Triggered when the application host is performing a graceful shutdown.
        /// Requests may still be in flight. Shutdown will block until this event completes.
        /// </summary>
        CancellationToken ApplicationStopping { get; }

        /// <summary>
        /// Triggered when the application host is performing a graceful shutdown.
        /// All requests should be complete at this point. Shutdown will block
        /// until this event completes.
        /// </summary>
        CancellationToken ApplicationStopped { get; }

        /// <summary>
        /// Requests termination the current application.
        /// </summary>
        void StopApplication();
    }

　　IApplicationLifetime中提供了三个时间点，

　　1，ApplicationStarted：应用程序已启动
　　2，ApplicationStopping：应用程序正在停止
　　3，ApplicationStopped：应用程序已停止

　　我们可以通过CancellationToken.Register方法注册回调方法，在上面说到的三个时间点，执行我们特定的业务逻辑。IApplicationLifetime是在WebHost的Start方法里创建的，如果想在我们自己的应用程序获取这个对象，我们可以直接通过依赖注入的方式获取即可。

 我们继续回到ServiceContext对象，这里面还包含了Log对象，用于跟踪日志，一般我们是用来看程序执行的过程，并可以通过它发现程序执行出现问题的地方。还包含一个ServerOptions，它是一个KestrelServerOptions，里面包含跟服务相关的配置参数：

1，ThreadCount：服务线程数，表示服务启动后，要开启多少个服务线程，因为每个请求都会使用一个线程来进行处理，多线程会提高吞吐量，但是并不一定线程数越多越好，在系统里默认值是跟CPU内核数相等。

2，ShutdownTimeout：The amount of time after the server begins shutting down before connections will be forcefully closed（在应用程序开始停止到强制关闭当前请求连接所等待的时间，在这个时间段内，应用程序会等待请求处理完，如果还没处理完，将强制关闭）

3，Limits：KestrelServerLimits对象，里面包含了服务限制参数，比如MaxRequestBufferSize，MaxResponseBufferSize

其他参数就不再一个一个说明了。

KestrelEngine对象创建好后，通过调用 engine.Start(threadCount)，根据配置的threadcount进行服务线程KestrelThread实例化，代码如下：

 　　　　public void Start(int count)
        {
            for (var index = 0; index < count; index++)
            {
                Threads.Add(new KestrelThread(this));
            }

            foreach (var thread in Threads)
            {
                thread.StartAsync().Wait();
            }
        }

 上面的代码会创建指定数量的Thread对象，然后开始等待任务处理。KestrelThread是对libuv线程处理的封装。

这些工作都准备好后，就开始启动监听服务了

 foreach (var endPoint in listenOptions)
                {
                    try
                    {
                        _disposables.Push(engine.CreateServer(endPoint));
                    }
                    catch (AggregateException ex)
                    {
                        if ((ex.InnerException as UvException)?.StatusCode == Constants.EADDRINUSE)
                        {
                            throw new IOException($"Failed to bind to address {endPoint}: address already in use.", ex);
                        }

                        throw;
                    }

                    // If requested port was "0", replace with assigned dynamic port.
                    _serverAddresses.Addresses.Add(endPoint.ToString());
                }

　　上面红色字体代码，就是创建监听服务的方法，我们再详细看下里面的详细情况：

　　　　  public IDisposable CreateServer(ListenOptions listenOptions)
        {
            var listeners = new List<IAsyncDisposable>();

            try
            {
                //如果前面创建的线程数量为1，直接创建listener对象，启动监听
                if (Threads.Count == 1)
                {
                    var listener = new Listener(ServiceContext);
                    listeners.Add(listener);
                    listener.StartAsync(listenOptions, Threads[0]).Wait();
                }
                else
                {
　　　　　　　　　　　 //如果线程数不为1的时候
                    var pipeName = (Libuv.IsWindows ? @"\.pipekestrel_" : "/tmp/kestrel_") + Guid.NewGuid().ToString("n");
                    var pipeMessage = Guid.NewGuid().ToByteArray();
　　　　　　　　　　   //先创建一个主监听对象，这个Listenerprimary就是一个Listener，监听socket就是在这里面创建的
                    var listenerPrimary = new ListenerPrimary(ServiceContext);
                    listeners.Add(listenerPrimary);
　　　　　　　　　　　 //启动监听
                    listenerPrimary.StartAsync(pipeName, pipeMessage, listenOptions, Threads[0]).Wait();
                    //为剩余的每个服务线程关联一个ListenerSecondary对象，这个对象使用命名Pipe与主监听对象通信，在主监听对象接收到请求后，通过pipe把接受的socket对象发送给特定的线程处理
                    foreach (var thread in Threads.Skip(1))
                    {
                        var listenerSecondary = new ListenerSecondary(ServiceContext);
                        listeners.Add(listenerSecondary);
                        listenerSecondary.StartAsync(pipeName, pipeMessage, listenOptions, thread).Wait();
                    }
                }

                return new Disposable(() =>
                {
                    DisposeListeners(listeners);
                });
            }
            catch
            {
                DisposeListeners(listeners);
                throw;
            }
        }

　　这个时候服务就开始接受http请求了，我们前面说到了，监听socket在listener类中创建（ListenerPrimary也是一个Listener），下面是listener的start方法

　　　　  public Task StartAsync(
            ListenOptions listenOptions,
            KestrelThread thread)
        {
            ListenOptions = listenOptions;
            Thread = thread;

            var tcs = new TaskCompletionSource<int>(this);

            Thread.Post(state =>
            {
                var tcs2 = (TaskCompletionSource<int>) state;
                try
                {
                    var listener = ((Listener) tcs2.Task.AsyncState);
                    //创建监听socket
                    listener.ListenSocket = listener.CreateListenSocket();
                    //开始监听,当有连接请求过来后，触发ConnectionCallback方法
                    ListenSocket.Listen(Constants.ListenBacklog, ConnectionCallback, this);
                    tcs2.SetResult(0);
                }
                catch (Exception ex)
                {
                    tcs2.SetException(ex);
                }
            }, tcs);

            return tcs.Task;
        }

　　ConnectionCallback：当连接请求过来后被触发，在回调方法里，进行连接处理分发，连接分发代码如下：

　　　　 protected virtual void DispatchConnection(UvStreamHandle socket)
        {
            var connection = new Connection(this, socket);
            connection.Start();
        }

　　这个是listener类中的实现，我们前面看到，只有在线程数为1的情况下，才创建Listener对象进行监听，否则创建ListenerPrimary监听，ListenerPrimay里重写了方法，它的实现如下：

　　　　 protected override void DispatchConnection(UvStreamHandle socket)
        {
            //这里采用轮询的方式，把连接请求依次分发给不同的线程进行处理
            var index = _dispatchIndex++ % (_dispatchPipes.Count + 1);
            if (index == _dispatchPipes.Count)
            {
　　            //
                base.DispatchConnection(socket);
            }
            else
            {
                DetachFromIOCP(socket);
                var dispatchPipe = _dispatchPipes[index];
                //这里就是通过命名pipe，传递socket给特定的线程
                var write = new UvWriteReq(Log);
                write.Init(Thread.Loop);
                write.Write2(
                    dispatchPipe,
                    _dummyMessage,
                    socket,
                    (write2, status, error, state) =>
                    {
                        write2.Dispose();
                        ((UvStreamHandle)state).Dispose();
                    },
                    socket);
            }
        }

　　好了，连接请求找到处理线程后，后面就可以开始处理工作了。ListenerSecondary里的代码比较复杂，其实最终都会调用下面的代码完成Connection对象的创建

 var connection = new Connection(this, socket);
connection.Start();

　　Connection表示的就是当前连接，下面是它的构造方法

public Connection(ListenerContext context, UvStreamHandle socket) : base(context)
        {
            _socket = socket;
            _connectionAdapters = context.ListenOptions.ConnectionAdapters;
            socket.Connection = this;
            ConnectionControl = this;

            ConnectionId = GenerateConnectionId(Interlocked.Increment(ref _lastConnectionId));

            if (ServerOptions.Limits.MaxRequestBufferSize.HasValue)
            {
                _bufferSizeControl = new BufferSizeControl(ServerOptions.Limits.MaxRequestBufferSize.Value, this);
            }
　　　　　　  //创建输入输出socket流
            Input = new SocketInput(Thread.Memory, ThreadPool, _bufferSizeControl);
            Output = new SocketOutput(Thread, _socket, this, ConnectionId, Log, ThreadPool);

            var tcpHandle = _socket as UvTcpHandle;
            if (tcpHandle != null)
            {
                RemoteEndPoint = tcpHandle.GetPeerIPEndPoint();
                LocalEndPoint = tcpHandle.GetSockIPEndPoint();
            }
　　　　　　  //创建处理frame，这里的framefactory就是前面创建KestrelEngine时创建的工厂
            _frame = FrameFactory(this);
            _lastTimestamp = Thread.Loop.Now();
        }

　　然后调用Connection的Start方法开始进行处理，这里面直接把处理任务交给Frame处理，Start方法实现：

public void Start()
        {
            Reset();
　　　　　　 //启动了异步处理任务开始进行处理
            _requestProcessingTask =
                Task.Factory.StartNew(
                    (o) => ((Frame)o).RequestProcessingAsync(),//具体的处理方法
                    this,
                    default(CancellationToken),
                    TaskCreationOptions.DenyChildAttach,
                    TaskScheduler.Default).Unwrap();
            _frameStartedTcs.SetResult(null);
        }

　　

RequestProcessingAsync方法里不再详细介绍了，把主要的代码拿出来看一下：

。。。。。
//_application就是上一篇文章提到的HostApplication，首先调用CreateContext创建HttpContext对象
var context = _application.CreateContext(this);
。。。。。。
//进入处理管道
await _application.ProcessRequestAsync(context).ConfigureAwait(false);
。。。。。。

　　

ProcessRequestAsync完成处理后，把结果输出给客户端，好到此介绍完毕。如果有问题，欢迎大家指点。