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ASP.NET Web API Controller 是怎樣建成的

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這篇筆記主要在解釋 ASP.NET Web API Controller 是怎麼建成的。摘自《.NET 相依性注入》第五章（其實先前也摘過一些，只是這篇比較完整）。

先看ASP.NET Web API 訊息管線：
註：為了避免圖片太大以至於超過版面，上圖中的「HTTP 訊息處理常式」區塊省略了 HttpRoutingDispatcher 處理路由分派的部分。「控制器」區塊則省略了篩選條件（filter）的處理細節。微軟網站有提供一份比較完整的 Web API 訊息處理流程圖，網址是 http://www.microsoft.com/zh-tw/download/details.aspx?id=36476。
此訊息管線架構圖分為三層，由上至下，分別是裝載（Hosting）、訊息處理常式（Message
Handlers）、以及控制器（Controller）。圖中的紅色實心箭頭代表 HTTP 請求訊息，虛線箭
頭代表 HTTP 回應訊息。訊息處理流程如下：
  1. 當用戶端對伺服器發出的 HTTP 請求開始進入 ASP.NET Web API 框架時，該 HTTP 請求訊息會被包裝成 HttpRequestMessage 物件，並且進入圖中最頂端「裝載」方塊的 HttpServer（web 裝載）或 HttpSelfHostServer（自我裝載）。接著該訊息便流入管線的下一個階段，直到整個訊息流程處理完畢，會得到一個代表 HTTP 回應訊息的HttpResponseMessage 物件，並將此物件的訊息內容傳回用戶端。
  2. HttpRequestMessage 物件進入「訊息處理常式」管線。在此階段，HTTP 訊息行經數個訊息處理常式（message handlers），並且在返回 HTTP 回應訊息時以相反的順序執行。
  3. 在各個訊息處理常式之後，HTTP 請求訊息接著會傳遞給 HttpControllerDispatcher，並且由這個物件來建立 Web API controller，然後將 HTTP 請求傳遞給 controller 物件（圖中標示「(A) 建立 controller」的步驟）。
  4. Controller 會先決定目標動作方法（即圖中標示「(B) 選擇 action」的步驟），然後呼叫它。動作方法將負責產生回應內容，之後便依前述管線流程的反方向沿路返回。

以上便是 Web API HTTP 訊息管線的大致處理流程。其中的建立 controller 這項工作還有一些細節，接著說明。

Controller 是怎樣建成的？

剛才只說明了 Web API HTTP 訊息管線的大致處理流程，而欲注入相依物件至 controller 類
別的建構函式，或從中動些手腳來改變預設行為，必得了解 Web API 框架建立 controller 的
內部過程。本節將進一步說明其中的複雜環節，其中會反覆提及多個抽象介面，第一次閱
讀時可能略感吃力，並難免心生疑惑，但等到實際寫過、跑過一遍後面的範例程式，再回
頭來看這一節的說明，整個拼圖應該就會漸漸明朗了。

剛才提到，HttpControllerDispatcher 會建立目標 controller 物件，亦即先前 ASP.NET Web
API 管線架構圖中標示「(A) 建立 controller」的步驟。此步驟其實包含兩件工作：

  1.  解析目標 controller。亦即決定該使用哪一個 controller 類別。
  2. 建立目標 controller 類別的執行個體，並將 HTTP 請求（HttpRequestMessage 物件）傳遞給它，以便由 controller 進行後續處理。

首先，「解析目標 controller」的工作主要是從應用程式的 DLL 組件中尋找所有可用的
controller 類別，再從中選擇一個與當前 HTTP request 匹配的。其處理邏輯如下圖所示：

說明：

  • 圖中下方的 IAssembliesResolver 物件的 GetAssemblies 方法將提供應用程式的組件清單，並由 IHttpControllerTypeResolver 物件的 GetControllerTypes 方法取得可用的controller 類別清單。
  • IHttpControllerSelector 負責決定要選擇哪一個 controller 類別，然後返回一個包含其型別資訊的 HttpControllerDescriptor 物件給 HttpControllerDispatcher。

從確定目標 controller 型別之後，到建立完成 controller 執行個體的過程中，還有經過一些核
心標準介面所提供的擴充點。底下再用一張 UML 活動圖搭配 Web API 原始碼的方式來解構其內部處理過程。


說明如下（與上圖中的數字編號對應）：

(1) HttpControllerDispatcher 透過 IHttpControllerSelector 物件的 SelectController 方法來取得目標 controller 型別資訊，這型別資訊是包在一個 HttpControllerDescriptor 物件裡。

(2) HttpControllerDispatcher 接著呼叫 HttpControllerDescriptor 物件的 CreateController 方法，而該方法又會去呼叫 ServicesContainer 物件的 GetHttpControllerActivator 方法來取得 IHttpControllerActivator 物件。以下程式片段摘自 Web API 原始碼，涵蓋了此步驟至下一步驟的部分邏輯：

// HttpControllerDescriptor 類別的 CreateController 方法。
public virtual IHttpController CreateController(HttpRequestMessage request) 
{
    IHttpControllerActivator activator = Configuration.Services.GetHttpControllerActivator();
    IHttpController instance = activator.Create(request, this, ControllerType); 
    return instance;
}

(3) 取得 IHttpControllerActivator 物件之後，便接著呼叫它的 Create 方法，而此方法會呼叫自己的 GetInstanceOrActivator 方法，以便取得 controller 執行個體。以下程式片段摘自 DefaultHttpControllerActivator 類別的原始碼，我把錯誤處理以及快取機制的部分拿掉，並加上了中文註解：

// DefaultHttpControllerActivator 類別的 Create 方法（重點摘錄）
public IHttpController Create(HttpRequestMessage request, 
    HttpControllerDescriptor controllerDescriptor, Type controllerType)
{
    Func activator;

    IHttpController controller = 
        GetInstanceOrActivator(request, controllerType, out activator);
    if (controller != null)
    {
        // 註冊至 Web API 框架的 dependency resolver 
        // 已經建立此 controller 型別的執行個體。
        return controller; // 那就直接使用此物件。
    }
    // 目標 controller 物件尚未建立
    return activator();  // 那就用 GetInstanceOrActivator 方法傳回的委派來建立物件
}

(4) IHttpControllerActivator 物件的 GetInstanceOrActivator 方法會呼叫 HttpRequestMessage 的擴充方法 GetDependencyScope 來取得與當前 request 關聯的 IDependencyScope 物件（其實就是個 Service Locator），並利用它的 GetService 方法來取得 controller 物件。若 GetService 方法並未傳回 controller 物件，而是傳回 null（代表無法解析服務型別），則退而求其次，改用型別反射（reflection）機制來建立 controller 物件。一樣搭配原始碼來看：

// 摘自 DefaultHttpControllerActivator.cs
private static IHttpController GetInstanceOrActivator(HttpRequestMessage request, Type controllerType, out Func> activator)
{
   // 若 dependency scope 有傳回 controller 物件，便使用它。
   IHttpController instance = (IHttpController)request.GetDependencyScope().GetService(controllerType);
   if (instance != null)
   {
      activator = null;
      return instance;
   }

   // 否則，建立一個委派來創建此型别的執行個體。
   activator = TypeActivator.Create(controllerType);
   return null;
}

其中的 request.GetDependencyScope() 就是對應到剛才說的「呼叫 HttpRequestMessage 的擴充方法 GetDependencyScope 來取得與當前 request 關聯的 IDependencyScope 物件。」而這裡實際取得的 IDependencyScope 物件會是 Web API 框架提供的預設實作：EmptyResolver。從類別名稱可知，這類別其實啥事也沒做——它的 GetService 方法一律傳回 null。因此，在預設情況下，Web API 框架會一律使用型別反射（reflection）機制來建立 controller 物件，而這也就是為什麼我們的 controller 類別一定要有預設建構函式（default constructor）的緣故。

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