《KestrelServer詳解[1]：注冊監聽終結點（Endpoint）》已經詳細講述了如何使用KestrelServer，現在我們來簡單聊聊這種服務器的總體設計和實現原理。當KestrelServer啟動的時候，注冊的每個終結點將轉換成對應的“連接監聽器”，后者在監聽到初始請求時會創建“連接”，請求的接收和響應的回復都在這個連接中完成。[本文節選《ASP.NET Core 6框架揭秘》第18章]
一、連接上下文（ConnectionContext ）
監聽器創建的連接是一個抽象的概念，我們可以將其視為客戶端和服務端完成消息交換而構建的“上下文”，該上下文通過如下這個ConnectionContext類型表示。ConnectionContext派生于抽象基類BaseConnectionContext，后者實現了IAsyncDisposable接口。每個連接具有一個通過ConnectionId屬性表示的ID，它的LocalEndPoint和RemoteEndPoint屬性返回本地（服務端）和遠程（客戶端）終結點。服務器提供的特性集合體現在它的Features屬性上，另一個Items提供了一個存放任意屬性的字典。ConnectionClosed屬性提供的CancellationToken可以用來接收連接關閉的通知。Abort方法可以中斷當前連接，這兩個方法在ConnectionContext被重寫。ConnectionContext類型的Transport屬性提供的IDuplexPipe對象是用來對請求和響應進行讀寫的雙向管道。
public?abstract?class?ConnectionContext?:?BaseConnectionContext
{public?abstract?IDuplexPipe?Transport?{?get;?set;?}public?override?void?Abort(ConnectionAbortedException?abortReason);public?override?void?Abort();
}public?abstract?class?BaseConnectionContext?:?IAsyncDisposable
{public?virtual?EndPoint??LocalEndPoint?{?get;?set;?}public?virtual?EndPoint??RemoteEndPoint?{?get;?set;?}public?abstract?string?ConnectionId?{?get;?set;?}public?abstract?IFeatureCollection?Features?{?get;?}public?abstract?IDictionary<object,?object?>?Items?{?get;?set;?}public?virtual?CancellationToken?ConnectionClosed?{?get;?set;?}public?abstract?void?Abort();public?abstract?void?Abort(ConnectionAbortedException?abortReason);public?virtual?ValueTask?DisposeAsync();
}如果采用HTTP 1.X和HTTP 2協議，KestrelServer會采用TCP套接字（Socket）進行通信，對應的連接體現為一個SocketConnection對象。如果采用的是HTTP 3，會采用基于UDP的QUIC協議進行通信，對應的連接體現為一個QuicStreamContext對象。如下面的代碼片段所示，這兩個類型都派生于TransportConnection，后者派生于ConnectionContext。
internal?abstract?class?TransportConnection?:?ConnectionContext{}
internal?sealed?class?SocketConnection?:?TransportConnection{}
internal?sealed?class?QuicStreamContext?:?TransportConnection{}二、連接監聽器（IConnectionListener ）
KestrelServer同時支持三個版本的HTTP協議，HTTP 1.X和HTTP 2建立在TCP協議之上，針對這樣的終結點會轉換成通過如下這個IConnectionListener接口表示的監聽器。它的EndPoint屬性表示監聽器綁定的終結點，當AcceptAsync方法被調用時，監聽器便開始了網絡監聽工作。當來自某個客戶端端的初始請求抵達后，它會將創建代表連接的ConnectionContext上下文創建出來。另一個UnbindAsync方法用來解除終結點綁定，并停止監聽。
public?interface?IConnectionListener?:?IAsyncDisposable
{EndPoint?EndPoint?{?get;?}ValueTask<ConnectionContext?>?AcceptAsync(CancellationToken?cancellationToken?=?default(CancellationToken));ValueTask?UnbindAsync(CancellationToken?cancellationToken?=?default(CancellationToken));
}QUIC利用傳輸層的UDP協議實現了真正意義上的“多路復用”，所以它將對應的連接監聽器接口命名為IMultiplexedConnectionListener。它的AcceptAsync方法創建的是代表多路復用連接的MultiplexedConnectionContext對象，后者的AcceptAsync會將ConnectionContext上下文創建出來。QuicConnectionContext 類型是對MultiplexedConnectionContext的具體實現，它的AcceptAsync方法創建的就是上述的QuicStreamContext對象，該類型派生于抽象類TransportMultiplexedConnection。
public?interface?IMultiplexedConnectionListener?:?IAsyncDisposable
{EndPoint?EndPoint?{?get;?}ValueTask<MultiplexedConnectionContext?>?AcceptAsync(IFeatureCollection??features?=?null,CancellationToken?cancellationToken?=?default(CancellationToken));ValueTask?UnbindAsync(CancellationToken?cancellationToken?=?default(CancellationToken));
}public?abstract?class?MultiplexedConnectionContext?:?BaseConnectionContext
{public?abstract?ValueTask<ConnectionContext?>?AcceptAsync(CancellationToken?cancellationToken?=?default(CancellationToken));public?abstract?ValueTask<ConnectionContext>?ConnectAsync(IFeatureCollection??features?=?null,CancellationToken?cancellationToken?=?default(CancellationToken));
}internal?abstract?class?TransportMultiplexedConnection?:?MultiplexedConnectionContext
internal?sealed?class?QuicConnectionContext?:?TransportMultiplexedConnectionKestrelServer使用的連接監聽器均由對應的工廠來構建。如下所示的IConnectionListenerFactory接口代表用來構建IConnectionListener監聽器的工廠，IMultiplexedConnectionListenerFactory工廠則用來構建IMultiplexedConnectionListener監聽器。
public?interface?IConnectionListenerFactory
{ValueTask<IConnectionListener>?BindAsync(EndPoint?endpoint,CancellationToken?cancellationToken?=?default(CancellationToken));
}public?interface?IMultiplexedConnectionListenerFactory
{ValueTask<IMultiplexedConnectionListener>?BindAsync(EndPoint?endpoint,?IFeatureCollection??features?=?null,CancellationToken?cancellationToken?=?default(CancellationToken));
}三、總體設計
上面圍繞著“連接”介紹了一系列接口和類型，它們之間的關系體現在如圖1所示的UML中。KestrelServer啟動時會根據每個終結點支持的HTTP協議利用IConnectionListenerFactory或者IMultiplexedConnectionListenerFactory工廠來創建代表連接監聽器的IConnectionListener或者IMultiplexedConnectionListener對象。IConnectionListener監聽器會直接將代表連接的ConnectionContext上下文創建出來，IMultiplexedConnectionListener監聽器創建的則是一個MultiplexedConnectionContext上下文，代表具體連接的ConnectionContext上下文會進一步由該對象進行創建。
圖1 “連接”相關的接口和類型
四、利用連接接收請求和回復響應
下面演示的實例直接利用IConnectionListenerFactory工廠創建的IConnectionListener監聽器來監聽連接請求，并利用建立的連接來接收請求和回復響應。由于表示連接的ConnectionContext上下文直接面向傳輸層，接受的請求和回復的響應都體現為二進制流，解析二進制數據得到請求信息是一件繁瑣的事情。這里我們借用了“HttpMachine”NuGet包提供的HttpParser組件來完成這個任務，為此我們為它定義了如下這個HttpParserHandler類型。如果將這個HttpParserHandler對象傳遞給HttpParser對象，后者在請求解析過程中會調用前者相應的方法，我們利用這些方法利用讀取的內容將描述請求的HttpRequestFeature特性構建出來。源代碼可以從這里查看。
public?class?HttpParserHandler?:?IHttpParserHandler
{private?string??headerName?=?null;public?HttpRequestFeature?Request?{?get;?}?=?new?HttpRequestFeature();public?void?OnBody(HttpParser?parser,?ArraySegment<byte>?data)?=>?Request.Body?=?new?MemoryStream(data.Array!,?data.Offset,?data.Count);public?void?OnFragment(HttpParser?parser,?string?fragment)?{?}public?void?OnHeaderName(HttpParser?parser,?string?name)?=>?headerName?=?name;public?void?OnHeadersEnd(HttpParser?parser)?{?}public?void?OnHeaderValue(HttpParser?parser,?string?value)?=>?Request.Headers[headerName!]?=?value;public?void?OnMessageBegin(HttpParser?parser)?{?}public?void?OnMessageEnd(HttpParser?parser)?{?}public?void?OnMethod(HttpParser?parser,?string?method)?=>?Request.Method?=?method;public?void?OnQueryString(HttpParser?parser,?string?queryString)?=>?Request.QueryString?=?queryString;public?void?OnRequestUri(HttpParser?parser,?string?requestUri)?=>?Request.Path?=?requestUri;
}如下所示的演示程序利用WebApplication對象的Services屬性提供的IServicePovider對象來提供IConnectionListenerFactory工廠。我們調用該工廠的BindAsync方法創建了一個連接監聽器并將其綁定到采用5000端口本地終結點。在一個無限循環中，我們調用監聽器的AcceptAsync方法開始監聽連接請求，并最終將代表連接的ConnectionContext上下文創建出來。
using?App;
using?HttpMachine;
using?Microsoft.AspNetCore.Connections;
using?Microsoft.AspNetCore.Http.Features;
using?System.Buffers;
using?System.IO.Pipelines;
using?System.Net;
using?System.Text;var?factory?=?WebApplication.Create().Services.GetRequiredService<IConnectionListenerFactory>();
var?listener?=?await?factory.BindAsync(new?IPEndPoint(IPAddress.Any,?5000));
while?(true)
{var?context?=?await?listener.AcceptAsync();_?=?HandleAsync(context!);static?async?Task?HandleAsync(ConnectionContext?connection){var?reader?=?connection!.Transport.Input;while?(true){var?result?=?await?reader.ReadAsync();var?request?=?ParseRequest(result);reader.AdvanceTo(result.Buffer.End);Console.WriteLine("[{0}]Receive?request:?{1}?{2}?Connection:{3}",connection.ConnectionId,?request.Method,?request.Path,?request.Headers?["Connection"]????"N/A");var?response?=?@"HTTP/1.1?200?OK
Content-Type:?text/plain;?charset=utf-8
Content-Length:?12Hello?World!";await?connection.Transport.Output.WriteAsync(Encoding.UTF8.GetBytes(response));if?(request.Headers.TryGetValue("Connection",?out?var?value)?&&?string.Compare(value,?"close",?true)?==?0){await?connection.DisposeAsync();return;}if?(result.IsCompleted){break;}}}static??HttpRequestFeature?ParseRequest(ReadResult?result){var?handler?=?new?HttpParserHandler();var?parserHandler?=?new?HttpParser(handler);parserHandler.Execute(new?ArraySegment<byte>(result.Buffer.ToArray()));return?handler.Request;}
}針對連接的處理實現在HandleAsync方法中。HTTP 1.1默認會采用長連接，多個請求會使用同一個連接發送過來，所以針對單個請求的接收和處理會放在一個循環中，直到連接被關閉。請求的接收利用ConnectionContext對象的Transport屬性返回的IDuplexPipe對象來完成。簡單起見，我們假設每個請求的讀取剛好能夠一次完成，所以每次讀取的二進制剛好是一個完整的請求。讀取的二進制內容利用ParseRequest方法借助于HttpParser對象轉換成HttpRequestFeature對象后，我們直接生成一個表示響應報文的字符串并采用UTF-8對其編碼，編碼后的響應利用上述的IDuplexPipe對象發送出去。手工生成的“Hello World！”響應將以圖18-5的形式呈現在瀏覽器上。
圖2 面向“連接”編程
按照HTTP 1.1規范的約定，如果客戶端希望關閉默認開啟的長連接，可以在請求中添加“Connection:Close”報頭。HandleAsync方法在處理每個請求時會確定是否攜帶了此報頭，并在需要的時候調用ConnectionContext上下文的 DisposeAsync方法關閉并釋放當前連接。該方法在對請求進行處理時會將此報頭和連接的ID輸出到控制臺上。圖2所示的控制臺輸出是先后接收到三次請求的結果，后面兩次顯式添加了“Connection:Close”，可以看出前兩次復用同一個連接。
