ASP.NET Core MVC如何實(shí)現(xiàn)運(yùn)行時動態(tài)定義Controller類型

更新時間：2020年06月11日 15:04:09 作者：蔣金楠

這篇文章主要介紹了ASP.NET Core MVC如何實(shí)現(xiàn)運(yùn)行時動態(tài)定義Controller類型，文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì)，對大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價值，需要的朋友們下面隨著小編來一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧

昨天有個朋友在微信上問我一個問題：他希望通過動態(tài)腳本的形式實(shí)現(xiàn)對ASP.NET Core MVC應(yīng)用的擴(kuò)展，比如在程序運(yùn)行過程中上傳一段C#腳本將其中定義的Controller類型注冊到應(yīng)用中，問我是否有好解決方案。我當(dāng)時在外邊，回復(fù)不太方便，所以只給他說了兩個接口/類型：IActionDescriptorProvider和ApplicationPartManager。這是一個挺有意思的問題，所以回家后通過兩種方案實(shí)現(xiàn)了這個需求。源代碼從這里下載。

一、實(shí)現(xiàn)的效果

我們先來看看實(shí)現(xiàn)的效果。如下所示的是一個MVC應(yīng)用的主頁，我們可以在文本框中通過編寫C#代碼定義一個有效的Controller類型，然后點(diǎn)擊“Register”按鈕，定義的Controller類型將自動注冊到MVC應(yīng)用中

由于我們采用了針對模板為“{controller}/{action}”的約定路由，所以我們采用路徑“/foo/bar”就可以訪問上圖中定義在FooController中的Action方法Bar，下圖證實(shí)了這一點(diǎn)。

二、動態(tài)編譯源代碼

要實(shí)現(xiàn)如上所示的“針對Controller類型的動態(tài)注冊”，首先需要解決的是針對提供源代碼的動態(tài)編譯問題，我們知道這個可以利用Roslyn來解決。具體來說，我們定義了如下這個ICompiler接口，它的Compile方法將會對參數(shù)sourceCode提供的源代碼進(jìn)行編譯。該方法返回源代碼動態(tài)編譯生成的程序集，它的第二個參數(shù)代表引用的程序集。

public interface ICompiler
{
  Assembly Compile(string text, params Assembly[] referencedAssemblies);
}

如下所示的Compiler類型是對ICompiler接口的默認(rèn)實(shí)現(xiàn)。

public class Compiler : ICompiler
{
  public Assembly Compile(string text, params Assembly[] referencedAssemblies)
  {
    var references = referencedAssemblies.Select(it => MetadataReference.CreateFromFile(it.Location));
    var options = new CSharpCompilationOptions(OutputKind.DynamicallyLinkedLibrary);
    var assemblyName = "_" + Guid.NewGuid().ToString("D");
    var syntaxTrees = new SyntaxTree[] { CSharpSyntaxTree.ParseText(text) };
    var compilation = CSharpCompilation.Create(assemblyName, syntaxTrees, references, options);
    using var stream = new MemoryStream();
    var compilationResult = compilation.Emit(stream);
    if (compilationResult.Success)
    {
      stream.Seek(0, SeekOrigin.Begin);
      return Assembly.Load(stream.ToArray());
    }
    throw new InvalidOperationException("Compilation error");
  }
}

三、自定義IActionDescriptorProvider

解決了針對提供源代碼的動態(tài)編譯問題之后，我們可以獲得需要注冊的Controller類型，那么如何將它注冊MVC應(yīng)用上呢？要回答這個問題，我們得對MVC框架的執(zhí)行原理有一個大致的了解：ASP.NET Core通過一個由服務(wù)器和若干中間件構(gòu)成的管道來處理請求，MVC框架建立在通過EndpointRoutingMiddleware和EndpointMiddleare這兩個中間件構(gòu)成的終結(jié)點(diǎn)路由系統(tǒng)上。此路由系統(tǒng)維護(hù)著一組路由終結(jié)點(diǎn)，該終結(jié)點(diǎn)體現(xiàn)為一個路由模式（Route Pattern）與對應(yīng)處理器（通過RequestDelegate委托表示）之間的映射。

由于針對MVC應(yīng)用的請求總是指向某一個Action，所以MVC框架提供的路由整合機(jī)制體現(xiàn)在為每一個Action創(chuàng)建一個或者多個終結(jié)點(diǎn)（同一個Action方法可以注冊多個路由）。針對Action方法的路由終結(jié)點(diǎn)是根據(jù)描述Action方法的ActionDescriptor對象構(gòu)建而成的。至于ActionDescriptor對象，則是通過注冊的一組IActionDescriptorProvider對象來提供的，那么我們的問題就迎刃而解：通過注冊自定義的IActionDescriptorProvider從動態(tài)定義的Controller類型中解析出合法的Action方法，并創(chuàng)建對應(yīng)的ActionDescriptor對象即可。

那么ActionDescriptor如何創(chuàng)建呢？我們能想到簡單的方式是調(diào)用如下這個Build方法。針對該方法的調(diào)用存在兩個問題：第一，ControllerActionDescriptorBuilder是一個內(nèi)部（internal）類型，我們指定以反射的方式調(diào)用這個方法，第二，這個方法接受一個類型為ApplicationModel的參數(shù)。

internal static class ControllerActionDescriptorBuilder
{
  public static IList<ControllerActionDescriptor> Build(ApplicationModel application);
}

ApplicationModel類型涉及到一個很大的主題：MVC應(yīng)用模型，目前我們現(xiàn)在只關(guān)注如何創(chuàng)建這個對象。表示MVC應(yīng)用模型的ApplicationModel對象是通過對應(yīng)的工廠ApplicationModelFactory創(chuàng)建的。這個工廠會自動注冊到MVC應(yīng)用的依賴注入框架中，但是這依然是一個內(nèi)部（內(nèi)部）類型，所以還得反射。

internal class ApplicationModelFactory
{
  public ApplicationModel CreateApplicationModel(IEnumerable<TypeInfo> controllerTypes);
}

我們定義了如下這個DynamicActionProvider類型實(shí)現(xiàn)了IActionDescriptorProvider接口。針對提供的源代碼向ActionDescriptor列表的轉(zhuǎn)換體現(xiàn)在AddControllers方法中：它利用ICompiler對象編譯源代碼，并在生成的程序集中解析出有效的Controller類型，然后利用ApplicationModelFactory創(chuàng)建出代表應(yīng)用模型的ApplicationModel對象，后者作為參數(shù)調(diào)用ControllerActionDescriptorBuilder的靜態(tài)方法Build創(chuàng)建出描述所有Action方法的ActionDescriptor對象。

public class DynamicActionProvider : IActionDescriptorProvider
{
  private readonly List<ControllerActionDescriptor> _actions;
  private readonly Func<string, IEnumerable<ControllerActionDescriptor>> _creator;

  public DynamicActionProvider(IServiceProvider serviceProvider, ICompiler compiler)
  {
    _actions = new List<ControllerActionDescriptor>();
    _creator = CreateActionDescrptors;

    IEnumerable<ControllerActionDescriptor> CreateActionDescrptors(string sourceCode)
    {
      var assembly = compiler.Compile(sourceCode, 
        Assembly.Load(new AssemblyName("System.Runtime")),
        typeof(object).Assembly,
        typeof(ControllerBase).Assembly,
        typeof(Controller).Assembly);
      var controllerTypes = assembly.GetTypes().Where(it => IsController(it));
      var applicationModel = CreateApplicationModel(controllerTypes);

      assembly = Assembly.Load(new AssemblyName("Microsoft.AspNetCore.Mvc.Core"));
      var typeName = "Microsoft.AspNetCore.Mvc.ApplicationModels.ControllerActionDescriptorBuilder";
      var controllerBuilderType = assembly.GetTypes().Single(it => it.FullName == typeName);
      var buildMethod = controllerBuilderType.GetMethod("Build", BindingFlags.Static | BindingFlags.Public);
      return (IEnumerable<ControllerActionDescriptor>)buildMethod.Invoke(null, new object[] { applicationModel });
    }

    ApplicationModel CreateApplicationModel(IEnumerable<Type> controllerTypes)
    {
      var assembly = Assembly.Load(new AssemblyName("Microsoft.AspNetCore.Mvc.Core"));
      var typeName = "Microsoft.AspNetCore.Mvc.ApplicationModels.ApplicationModelFactory";
      var factoryType = assembly.GetTypes().Single(it => it.FullName == typeName);
      var factory = serviceProvider.GetService(factoryType);
      var method = factoryType.GetMethod("CreateApplicationModel");
      var typeInfos = controllerTypes.Select(it => it.GetTypeInfo());
      return (ApplicationModel)method.Invoke(factory, new object[] { typeInfos });
    }

    bool IsController(Type typeInfo)
    {
      if (!typeInfo.IsClass) return false;
      if (typeInfo.IsAbstract) return false;
      if (!typeInfo.IsPublic) return false;
      if (typeInfo.ContainsGenericParameters) return false;
      if (typeInfo.IsDefined(typeof(NonControllerAttribute))) return false;
      if (!typeInfo.Name.EndsWith("Controller", StringComparison.OrdinalIgnoreCase) && !typeInfo.IsDefined(typeof(ControllerAttribute))) return false;
      return true;
    }
  }

  public int Order => -100;
  public void OnProvidersExecuted(ActionDescriptorProviderContext context) { }
  public void OnProvidersExecuting(ActionDescriptorProviderContext context)
  {
    foreach (var action in _actions)
    {
      context.Results.Add(action);
    }
  }
  public void AddControllers(string sourceCode) => _actions.AddRange(_creator(sourceCode));
}

四、讓應(yīng)用感知到變化

DynamicActionProvider 解決了將提供的源代碼向?qū)?yīng)ActionDescriptor列表的轉(zhuǎn)換，但是MVC默認(rèn)情況下對提供的ActionDescriptor對象進(jìn)行了緩存。如果框架能夠使用新的ActionDescriptor對象，需要告訴它當(dāng)前應(yīng)用提供的ActionDescriptor列表發(fā)生了改變，而這可以利用自定義的IActionDescriptorChangeProvider來實(shí)現(xiàn)。為此我們定義了如下這個DynamicChangeTokenProvider類型，該類型實(shí)現(xiàn)了IActionDescriptorChangeProvider接口，并利用GetChangeToken方法返回IChangeToken對象通知MVC框架當(dāng)前的ActionDescriptor已經(jīng)發(fā)生改變。從實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)代碼可以看出，當(dāng)我們調(diào)用NotifyChanges方法的時候，狀態(tài)改變通知會被發(fā)出去。

public class DynamicChangeTokenProvider : IActionDescriptorChangeProvider
{
  private CancellationTokenSource _source;
  private CancellationChangeToken _token;
  public DynamicChangeTokenProvider()
  {
    _source = new CancellationTokenSource();
    _token = new CancellationChangeToken(_source.Token);
  }
  public IChangeToken GetChangeToken() => _token;

  public void NotifyChanges()
  {
    var old = Interlocked.Exchange(ref _source, new CancellationTokenSource());
    _token = new CancellationChangeToken(_source.Token);
    old.Cancel();
  }
}

五、應(yīng)用構(gòu)建

到目前為止，核心的兩個類型DynamicActionProvider和DynamicChangeTokenProvider已經(jīng)定義好了，接下來我們按照如下的方式將它們注冊到MVC應(yīng)用的依賴注入框架中。

public class Program
{
  public static void Main()
  {

    Host.CreateDefaultBuilder()
      .ConfigureWebHostDefaults(web => web
        .ConfigureServices(svcs => svcs
          .AddSingleton<ICompiler, Compiler>()
          .AddSingleton<DynamicActionProvider>()
          .AddSingleton<DynamicChangeTokenProvider>()
          .AddSingleton<IActionDescriptorProvider>(provider => provider.GetRequiredService<DynamicActionProvider>())
          .AddSingleton<IActionDescriptorChangeProvider>(provider => provider.GetRequiredService<DynamicChangeTokenProvider>())
          .AddRouting().AddControllersWithViews())
        .Configure(app => app
          .UseRouting()
          .UseEndpoints(endpoints => endpoints.MapControllerRoute(
            name: default,
            pattern: "{controller}/{action}"
            ))))
      .Build()
      .Run();
  }
}

然后我們定義了如下這個HomeController。針對GET請求的Index方法會將上圖所示的視圖呈現(xiàn)出來。當(dāng)我們點(diǎn)擊“Register”按鈕之后，提交的源代碼會通過針對POST請求的Index方法進(jìn)行處理。如下面的代碼片段所示，在將將提交的源代碼作為參數(shù)調(diào)用了DynamicActionProvider對象的 AddControllers方法之后，我們調(diào)用了DynamicChangeTokenProvider對象的 NotifyChanges方法。

public class HomeController : Controller
{

  [HttpGet("/")]
  public IActionResult Index() => View();

  [HttpPost("/")]
  public IActionResult Index(
    string source,
    [FromServices]DynamicActionProvider actionProvider,
    [FromServices] DynamicChangeTokenProvider tokenProvider)
  {
    try
    {
      actionProvider.AddControllers(source);
      tokenProvider.NotifyChanges();
      return Content("OK");
    }
    catch (Exception ex)
    {
      return Content(ex.Message);
    }
  }
}

如下所示的是View的定義。

<html>
<body>
  <form method="post">
    <textarea name="source" cols="50" rows="10">Define your controller here...</textarea>
    <br/>
    <button type="submit">Register</button>
  </form>
</body>
</html>

六、換一種實(shí)現(xiàn)方式

接下來我們提供一種更加簡單的解決方案。通過上面的介紹我們知道，用來描述Action方法的ActionDescriptor列表是由一組IActionDescriptorProvider對象提供的，對于針對Controller的MVC編程模型（另一種是針對Razor Page的編程模型）來說，對應(yīng)的實(shí)現(xiàn)類型為ControllerActionDescriptorProvider。

當(dāng)ControllerActionDescriptorProvider在提供對應(yīng)ActionDescriptor對象之前，會從作為當(dāng)前應(yīng)用組成部分（ApplicationPart）的程序集中解析出所有Controller類型。如果我們能夠讓動態(tài)提供給源代碼編程生成的程序集成為其合法的組成部分，那么我們面對的問題自然就能迎刃而解。添加應(yīng)用組成部分其實(shí)很簡單，我們只需要按照如下的方式調(diào)用ApplicationPartManager對象的Add方法就可以了。為了讓MVC框架感知到提供的ActionDescriptor列表已經(jīng)發(fā)生改變，我們還是需要調(diào)用DynamicChangeTokenProvider對象的NotifyChanges方法。

public class HomeController : Controller
{

  [HttpGet("/")]
  public IActionResult Index() => View();

  [HttpPost("/")]
  public IActionResult Index(string source,
    [FromServices] ApplicationPartManager manager,
    [FromServices] ICompiler compiler,
    [FromServices] DynamicChangeTokenProvider tokenProvider)
  {
    try
    {
      manager.ApplicationParts.Add(new AssemblyPart(compiler.Compile(source, Assembly.Load(new AssemblyName("System.Runtime")),
        typeof(object).Assembly,
        typeof(ControllerBase).Assembly,
        typeof(Controller).Assembly)));
      tokenProvider.NotifyChanges();
      return Content("OK");
    }
    catch (Exception ex)
    {
      return Content(ex.Message);
    }
  }
}

由于我們不在需要自定義的DynamicActionProvider，自然也就不需要對應(yīng)的服務(wù)注冊了。

public class Program
{
  public static void Main()
  {

    Host.CreateDefaultBuilder()
      .ConfigureWebHostDefaults(web => web
        .ConfigureServices(svcs => svcs
          .AddSingleton<ICompiler, Compiler>()
          .AddSingleton<DynamicChangeTokenProvider>()
          .AddSingleton<IActionDescriptorChangeProvider>(provider => provider.GetRequiredService<DynamicChangeTokenProvider>())
          .AddRouting().AddControllersWithViews())
        .Configure(app => app
          .UseRouting()
          .UseEndpoints(endpoints => endpoints.MapControllerRoute(
            name: default,
            pattern: "{controller}/{action}"
            ))))
      .Build()
      .Run();
  }
}

七、這其實(shí)不是一個小問題

有人可能覺得上面我們所做的好像只是一些“奇淫巧計(jì)”，其實(shí)不然，這里涉及到MVC應(yīng)用一個重大的主題，我個人將它稱為“動態(tài)模塊化”。對于一個面向Controller的MVC應(yīng)用來說，Controller類型是應(yīng)用基本的組成單元，所以其應(yīng)用模型（通過上面提到的ApplicationModel對象表示）呈現(xiàn)出這樣的結(jié)構(gòu)：Application->Controller->Action。如果一個MVC應(yīng)用需要拆分為多個獨(dú)立的模塊，意味著需要將Controller類型分別定義在不同的程序集中。為了讓這些程序集成為應(yīng)用的一個有效組成部分，程序集需要封裝成ApplicationPart對象并利用ApplicationPartManager進(jìn)行注冊。針對應(yīng)用組成部分的注冊不是靜態(tài)的（在應(yīng)用啟動的時候進(jìn)行），而是動態(tài)的（在運(yùn)行的任意時刻都可以進(jìn)行）。

從提供的代碼來看，兩種解決方案所需的成本都是很少的，但是能否找到解決方案，取決于我們是否對MVC框架的架構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)原理的了解。對于很大一部分.NET 開發(fā)人員來說，他們的知識領(lǐng)域大都僅限于對基本編程模型的了解，他們可能知道Controller的所有API，也了解各種Razor View的各種定義方式，能夠熟練使用各種過濾器已經(jīng)算是很不錯的了。但是這是不夠的。

到此這篇關(guān)于ASP.NET Core MVC如何實(shí)現(xiàn)運(yùn)行時動態(tài)定義Controller類型的文章就介紹到這了,更多相關(guān)ASP.NET Core MVC動態(tài)定義Controller內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

作者：蔣金楠
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