ASP.NET运行时模型的源码解析
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摘要：是微软公司推出的基于DotNet平台的网络开发技术，对B/S模式应用的开发提供了强大的支持，该文从源代码级别进入底层，分析运行时模型，揭开应用程序运行的幕后细节。
关键词：；DotNet平台；网络开发；B/S模式应用；运行时模型
中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)33-1415-04
SourceCode Analyzing for Runtime Model
ZHANG Jia-qing
(Fujian Institude of Economics Management, Fuzhou 350002, China)
Abstract: Based on DotNet platform, Microsoft Proposed the network developing technology called which provides strong support to the development of B/S pattern application programs. This paper enters into the bottom of from the level of source code so as to analyze the runtime model of , so that running details behind the curtain of application programs are uncovered.
Key words: ; DotNet platform; network developing; B/S pattern application; runtime model
1 引言
运行时模型指的是 框架在接收到客户端请求，到获取合适的HttpHandler接管请求之间，以及从HttpHandlers生成处理结果到发送处理结果给客户端之间， 框架所完成的一系列工作和处理逻辑[1]。本文将通过源代码级别的分析，深入讨论 2.0运行时模型，解析应用程序运行时模型的工作原理。
2 ISAPI接口标准与IIS服务器的可扩展性
IIS服务器是部署应用的标准Web服务器，由于IIS服务器在设计时引入了开放的ISAPI接口标准，具备极高的可扩展性，在核心组件不变的情况下可灵活支持不同类型不同版本的应用，例如IIS 5.1版能够同时支持 1.0、1.1、2.0，甚至可以支持部署基于DotNetFramework 3.5的应用程序。ISAPI的全称是：Internet Server Application Programming Interface，即Internet服务器应用编程接口，它为开发人员提供了强大的可编程能力，只要按照标准接口开发不同类型Web应用程序的ISAPI扩展程序，就能实现对IIS功能上的扩展,从而使IIS可以处理不同类型的客户端请求，例如让IIS处理Perl或PHP应用程序[2]。
IIS管理器提供了应用程序配置功能，可以对不同的客户端请求配置不同的ISAPI扩展程序。ISAPI扩展程序通常以DLL的形式存在，可以被IIS加载并调用。在2.0下，对应于.aspx的应用程序，其ISAPI扩展程序默认情况下位于C:\WINDOWS\\Framework\v2.0.50727\目录下，以aspnet_isapi.dll(下文简称aspnet_isapi)文件的形式存在[3]。
有了ISAPI扩展,IIS服务器就可以根据客户端请求的资源扩展名，来决定应由哪个ISAPI扩展来处理客户端请求，然后就可以将请求转发给合适的ISAPI扩展。例如当访问资源的扩展名为.aspx、.ascx、.ashx 和 .asmx时，IIS服务器会自动将请求转发给缺省情况下位于C:\WINDOWS\\Framework\v2.0.50727\目录下aspnet_isapi.dll进行处理[4]，这个动态库就是一个ISAPI扩展程序，负责处理应用程序的请求。
3 的后台辅助进程aspnet_wp.exe
实际上客户发起的请求最终要由aspnet_isapi传递给它背后的aspnet_wp.exe去处理，.Net平台将其称为 Worker Process(下文简称WP)，该文件位于.NET framework安装目录下，与aspnet_isapi.dll所在位置相同。
当aspnet_isapi接收到IIS转发的请求后，会将请求放入队列，并根据实际情况分配请求处理任务给WP进程，一旦请求被转送给WP进程，WP进程便会通知aspnet_isapi，请求正在被处理。这个通知的过程是通过同步I/0完成的，这么实现目的是为了保证处理过程的完整性，因为只有当请求在aspnet_isapi内部被标记为“executing”后，WP才会真正开始处理该请求。此后请求便在WP的上下文环境中执行，当执行结束后，处理结果会通过一个异步的开放管道回送给aspnet_isapi，这时请求的状态会被更新为“Done”，接着请求就会从队列中清除。如果WP进程崩溃，所有正在处理中的请求，都将维持“executing”状态一段时间，等到aspnet_isapi检测到WP进程死掉后，会自动丢弃所有的请求，并释放已经分配的资源[5]。其过程如图1所示。
WP会分析每一个请求的信息，解析出其中的虚拟目录信息，并检查该虚拟目录对应的AppDomain是否已经存在，如果不存在则创建一个新的AppDomain，然后使用它，否则直接重用已经建立的AppDomain对象。这里的AppDomain指的是.NET中引入的应用程序域的概念，它可以理解为一个进程或一个边界，或一个容器，它是应用程序的执行环境，.NET下所有的应用程序都运行在AppDomain中,每一个应用程序(IIS中的站点或者虚拟目录)都会有一个AppDomain与之对应[6]，它保存了Applcation对象、Cache等全局变量。
4 请求在运行时中的处理，步骤一：ISAPIRuntime->HttpRuntime
WP接收到aspnet_isapi转发的请求后，就将请求转送给指定虚拟目录对应的AppDomain中的ISAPIRuntime对象，由它完成对aspnet_isapi封装后的请求包的解析工作，笔者使用Lutz Roeder's .NET Reflector工具查看System.Web.Dll，通过分析ISAPIRuntime的源码发现，客户的请求首先会被该类的ProcessRequest方法处理，该方法的部分代码如下：
ISAPIWorkerRequest wr = null;
try{
bool useOOP = iWRType == 1;
wr = ISAPIWorkerRequest.CreateWorkerRequest(ecb, useOOP);
wr.Initialize();
……
if (……){
HttpRuntime.ProcessRequestNoDemand(wr);
return 0;
}
……
}
可以看出在ProcessRequest方法中，主要通过调用一些非托管代码生成HttpWorkerRequest对象，在上述代码中，对应于wr对象(ISAPIWorkerRequest类型继承自HttpWorkerRequest类)，该对象包含当前请求的所有信息，然后ISAPIRuntime调用HttpRuntime的ProcessRequestNoDemand方法传递创建好的HttpWorkerRequest对象，这个方法的代码如下：
internal static void ProcessRequestNoDemand(HttpWorkerRequest wr){
RequestQueue queue = _theRuntime._requestQueue;
if (queue != null){
wr = queue.GetRequestToExecute(wr);
}
if (wr != null){
CalculateWaitTimeAndUpdatePerfCounter(wr);
wr.ResetStartTime();
ProcessRequestNow(wr);
}
}
该方法先从请求队列中取出一个请求，然后更新请求的引用计数器等信息，接着就让ProcessRequestNow方法处理请求，这个方法的代码如下：
internal static void ProcessRequestNow(HttpWorkerRequest wr){
_theRuntime.ProcessRequestInternal(wr);
}
追踪分析源码可以发现_theRuntime对象是在HttpRuntime内部定义的，其类型就是HttpRuntime自身，它在HttpRuntime的静态构造函数中被初始化。
5 请求在运行时中的处理，步骤二：HttpRuntime.ProcessRequestInternal()
接下来我们重点分析HttpRuntime类ProcessRequestInternal方法的运作细节！使用Reflector工具追踪至ProcessRequestInternal方法的内部：
HttpContext context;
context = new HttpContext(wr, false);
……
this.EnsureFirstRequestInit(context);
context.Response.InitResponseWriter();
……
IHttpHandler applicationInstance = HttpApplicationFactory.GetApplicationInstance(context);
……
IHttpAsyncHandler handler2 = (IHttpAsyncHandler)applicationInstance;
context.AsyncAppHandler = handler2;
handler2.BeginProcessRequest(context,this._handlerCompletionCallback, context);
……
通过分析该方法的源码，发现它主要完成如下处理：
1) 根据HttpWorkerRequest对象初始化HttpContext对象，它包含了request、response等属性，在编程中经常会用到这些重要的属性来完成特定的任务。
2) 调用EnsureFirstRequestInit方法完成第一次请求的初始化工作，该方法锁定全局变量_beforeFirstRequest，然后调用FirstRequestInit(context)完成应用程序配置文件的加载、初始化请求队列、装载Bin目录下的所有程序集等工作，然后更新_beforeFirstRequest为false。
3) 执行InitResponseWriter创建HttpWriter对象，用于写入处理结果返回信息。
4) 调用HttpApplicationFactory类的GetApplicationInstance方法来生成IHttpHandler(这里生成的是一个默认的HttpApplication对象，HttpApplication实现了IHttpHandler接口)。
5) 调用HttpApplication对象（它同时实现了IHttpAsyncHandler接口）的BeginProcessRequest方法执行客户请求。
需要注意的是，笔者在跟踪至HttpApplicationFactory类的GetApplicationInstance方法内部时发现它最终通过调用该类的GetNormalApplicationInstance方法获取HttpApplication实例：
return _theApplicationFactory.GetNormalApplicationInstance(context);
再深入一步，进入GetNormalApplicationInstance方法内部，我们终于看到HttpApplication对象是如何被创建和初始化的：
HttpApplication application = null;
……
application = (HttpApplication)HttpRuntime.CreateNonPublicInstance(this._theApplicationType);
using (new ApplicationImpersonationContext()){
application.InitInternal(context, this._state, this._eventHandlerMethods);
}
我们发现HttpApplication类提供了一个名为InitInternal的方法，调用方通过它来完成HttpApplication实例的初始化工作，在这个方法的内部，有如下代码：
……
this.InitModules();
……
this.HookupEventHandlersForApplicationAndModules(handlers);
……
this._stepManager = new ApplicationStepManager(this);
this._stepManager.BuildSteps(this._resumeStepsWaitCallback);
……
可以看到在HttpApplication对象初始化时，首先会自动调用自身的InitModules方法来加载在web.config文件中配置的所有HttpModule模块。接着HookupEventHandlersForApplicationAndModules方法被调用，这个方法完成global.asax文件中配置的HttpApplication或HttpModule事件的绑定。最后ApplicationStepManager对象的BuildSteps方法被调用，完成HttpApplication事件的绑定，这个方法很重要，它将创建各种HttpApplication.IExecutionStep对象并保存到一个数组列表中，以便在BeginProcessRequest方法内部调用ResumeSteps方法依次执行这些对象的Execute()方法，完成各种处理。