AppBuilder（四）SignatureConversions

源码参见Microsoft.Owin.Builder.AppBuilder

                 Microsoft.Owin.Infrastructure.SignatureConversions

在AppBuilder中遇到了_middleware三元组的Item1，微软工程师称之为signature不一致的问题，一种是AppFunc，一种是OwinMiddleware，因此需要用到SignatureConversions，这是在AppBuilder实例化的时候完成的工作，先看看AppBuilder的构造函数。

public AppBuilder()
        {
            _properties = new Dictionary<string, object>();    //初始化环境字典
            _conversions = new Dictionary<Tuple<Type, Type>, Delegate>();    //初始化_conversion字典
            _middleware = new List<Tuple<Type, Delegate, object[]>>();    //初始化_middleware链表

            _properties[Constants.BuilderAddConversion] = new Action<Delegate>(AddSignatureConversion);    //绑定AddSignatureConversion方法
            _properties[Constants.BuilderDefaultApp] = NotFound;    //绑定默认最后一步处理流程

            SignatureConversions.AddConversions(this);    //开始往_conversions中添加具体的处理方法
        }

实际的_conversions完成初始化由SignatureConversions.AddConversions完成。

public static class SignatureConversions
    {
        /// <summary>
        /// Adds adapters between <typeref name="Func&lt;IDictionary&lt;string,object&gt;, Task&gt;"/> and OwinMiddleware.
        /// </summary>
        /// <param name="app"></param>
        public static void AddConversions(IAppBuilder app)    //实际上是对Conversion1和Conversion2的包装，调用的是AppBuilderExtension中的方法
        {
            app.AddSignatureConversion<AppFunc, OwinMiddleware>(Conversion1);    //完成从AppFunc到OwinMiddleware的转换
            app.AddSignatureConversion<OwinMiddleware, AppFunc>(Conversion2);    //完成从OwinMiddleware到AppFunc的转换
        }

        private static OwinMiddleware Conversion1(AppFunc next)
        {
            return new AppFuncTransition(next);
        }

        private static AppFunc Conversion2(OwinMiddleware next)
        {
            return new OwinMiddlewareTransition(next).Invoke;
        }
    }

来看看AddSignatureConversion，还是一层封装

public static void AddSignatureConversion<T1, T2>(this IAppBuilder builder, Func<T1, T2> conversion)
        {
            AddSignatureConversion(builder, (Delegate)conversion);    //实际会调用下面的方法
        }
public static void AddSignatureConversion(this IAppBuilder builder, Delegate conversion)
        {
            if (builder == null)
            {
                throw new ArgumentNullException("builder");
            }
            object obj;
            if (builder.Properties.TryGetValue("builder.AddSignatureConversion", out obj))    //寻找AppBuilder构造函数中绑定的AddSignatureConversion，是Action<Delegate>
            {
                var action = obj as Action<Delegate>;    //还原为Action<Delegate>
                if (action != null)
                {
                    action(conversion);    //将conversion存入_conversion字典
                    return;
                }
            }
            throw new MissingMethodException(builder.GetType().FullName, "AddSignatureConversion");
        }

来看看这个Action<Delegate>在拿到private static OwinMiddleware Conversion1(AppFunc next)这个方法之后做了什么。

private void AddSignatureConversion(Delegate conversion)
        {
            if (conversion == null)
            {
                throw new ArgumentNullException("conversion");
            }

            Type parameterType = GetParameterType(conversion);    //以Conversion1为例，这里的parameterType为AppFunc，ReturnType为OwinMiddleware
            if (parameterType == null)
            {
                throw new ArgumentException(Resources.Exception_ConversionTakesOneParameter, "conversion");
            }
            Tuple<Type, Type> key = Tuple.Create(conversion.Method.ReturnType, parameterType);    //使用conversion的ReturnType和parameterType作为key，相当于签名
            _conversions[key] = conversion;    //记录conversion
        }

同理Conversion2也是这样的操作，不过parameterType为OwinMiddleware，而ReturnType为AppFunc。

解释一下转换原理，Conversion1这个方法return了一个AppFuncTransition实例，而AppFuncTransition继承自OwinMiddleware，自然就完成了转换。

而Conversion2这个方法返回的是OwinMiddlewareTransition实例的Invoke方法，自然就是一个AppFunc了

可见两种签名对应的是OwinMiddleware实例和AppFunc委托的相互转换。

回顾AppBuilder（三）中的_middleware.Reverse遍历操作：

第一次取到的是app.Use(decoupler)对应的middleware，第一次Convert操作完成了PipelineStage的切换，而且使得PreHandlerExcute这一Stage的EntryPoint为NotFound，新建的Authenticate这一Stage的NextStage指向PreHandlerExcute这一Stage，第二次Convert操作很快返回，现在app指向(AppFunc)IntegratedPipelineContext.ExitPointInvoked。

第二次取到的是app.Use(typeof(CookieAuthenticationMiddleware), app, options)对应的CookieAuthenticationMiddleware，三元组解耦之后

Item1	OwinMiddleware的Type
Item2	CookieAuthenticationMiddleware(OwinMiddleware next, IAppBuilder app, CookieAuthenticationOptions options)  构造函数
Item3	[IAppBuilder app,  CookieAuthenticationOptions options] 长度为2的object[]

在Convert(neededSignature, app)的时候等同于Convert(typeof(OwinMiddleware), AppFunc)

signature.IsInstanceOfType(app)和typeof(Delegate).IsAssignableFrom(signature)均会返回false，所以会进入本文的重点

foreach (var conversion in _conversions)    //经过推断会调用Conversion1
            {
                Type returnType = conversion.Key.Item1;    //returnType为OwinMiddleware
                Type parameterType = conversion.Key.Item2;    //parameterType为AppFunc
                if (parameterType.IsInstanceOfType(app) &&
                    signature.IsAssignableFrom(returnType))
                {
                    return conversion.Value.DynamicInvoke(app);    //等同于调用new AppFuncTransition(app)
                }
            }

_conversions字典中有两个conversion，分别为Conversion1和Conversion2，由于我们需要从AppFunc到OwinMiddleware的转换，经过参数和返回值的检查，会调用Conversion1进行转换实例化了一个AppFuncTransition，参数为app

来看看AppFuncTransition

internal sealed class AppFuncTransition : OwinMiddleware
    {
        private readonly AppFunc _next;

        /// <summary>
        /// 
        /// </summary>
        /// <param name="next"></param>
        public AppFuncTransition(AppFunc next) : base(null)    //调用的是这个构造函数，base(null)父对象实例化一个空的middleware
        {
            _next = next;    //使_next指向app
        }

        /// <summary>
        /// 
        /// </summary>
        /// <param name="context"></param>
        /// <returns></returns>
        public override Task Invoke(IOwinContext context)
        {
            if (context == null)
            {
                throw new ArgumentNullException("context");
            }

            return _next(context.Environment);
        }
    }

可见上面的代码巧妙的返回一个Next=null的OwinMiddleware，而利用了(AppFunc)_next来记录链接关系，当调用这个OwinMiddleware的Invoke方法的时候，实际执行的还是_next(context.Environment)，等同于还是执行的AppFunc(context.Envrionment)，与原来并没有什么区别。

再看看OwinMiddlewareTransition

internal sealed class OwinMiddlewareTransition
    {
        private readonly OwinMiddleware _next;

        /// <summary>
        /// 
        /// </summary>
        /// <param name="next"></param>
        public OwinMiddlewareTransition(OwinMiddleware next)
        {
            _next = next;
        }

        /// <summary>
        /// 
        /// </summary>
        /// <param name="environment">OWIN environment dictionary which stores state information about the request, response and relevant server state.</param>
        /// <returns></returns>
        public Task Invoke(IDictionary<string, object> environment)
        {
            return _next.Invoke(new OwinContext(environment));
        }
    }

我们需要的是OwinMiddlewareTransition.Invoke方法，这是一个AppFunc，也是Conversion2返回的，当调用这个Invoke方法的时候实际执行的是_next.Invoke(new OwinContext(environment))，等同于执行OwinMiddleware.Invoke(new OwinContext(envrionment))，与原来也并没有什么区别。

这里可以看出虽然实例和方法之间实现了转换，但因为都会调用Invoke方法，与不转换之前并没有什么区别，不改变执行的逻辑，只是改变了承载这个Invoke方法的载体而已，这也是pipeline中middleware和stage更换能够无缝衔接的原因。

现在我们知道经过Conversion1转换之后，app更新为Convert的返回值，由一个AppFunc变成了一个OwinMiddleware。

app = middlewareDelegate.DynamicInvoke(invokeParameters)执行的时候等同于执行OwinMiddleware.Invoke(OwinMiddleware, IAppBuilder app,  CookieAuthenticationOptions options)，返回一个CookieAuthenticationMiddleware。

对应的构造函数为

public CookieAuthenticationMiddleware(OwinMiddleware next, IAppBuilder app, CookieAuthenticationOptions options) : base(next, options)

最终达到的效果是CookieAuthenticationMiddleware执行Next.Invoke(conetxt)方法，实际上是执行的IntegratedPipelineContext.ExitPointInvoked(context.Environment)，执行PipelineStage的切换工作。

此时app为CookieAuthenticationMiddleware的实例，同理这次的app = Convert(neededSignature, app)会很快返回，app不变。

至此已经可以解释很多东西了。

1 为什么要反向遍历？

因为每个OwinMiddleware的构造函数的第一个参数或者Func<AppFunc,AppFunc>的参数都是一个next，指向下一个要运行的组件，那么这个next不应该为空，而且要真实有效，反向遍历会先生成后面OwinMiddleware或者Func，然后用其作为前一个的参数，这能保证构造的pipeline的有效性。

2 OwinMiddleware或者Func是如何串起来的？

如上所述，每个OwinMiddleware或者Func的第一个参数都是一个next，OwinMiddleware或Func的方法都会调用其Invoke方法，不同的是OwinMiddleware的Invoke是一个可以重写的方法，参数为OwinContext，而Func是Delegate，其Invoke方法等同执行这个Func，参数为Envrionment。在Invoke中做了自己的工作之后，执行next.Invoke方法，并返回其结果，这样就串起来了。

3 PipelineStage是如何切换的？

这将是下一节所要涉及的内容，每个PipelineStage都记录了NextStage，Pipeline调度部分可以在所有异步处理完成之后启用NextStage，这主要是未开源的System.Web.Application来完成调度的，采用了事件的机制。

总结，每个PipelineStage有个EntryPoint和ExitPoint，他们以及他们之前的其他OwinMiddleware或者Func通过next串联起来，执行的时候，由HttpApplication触发相应的事件。pipeline能流动的关键因素是每个组件对于下一组件都有合法有效引用，所以采用反向遍历的方法来重建，Func调用下一Func为next.Invoke(environment)，OwinMiddleware调用下一OwinMiddleware为Next.Invoke(context)，所以conversion主要是OwinMiddleware或者Func看到的next都是跟自己一个类型的。OwinMiddleware为了与Func一致，都采用了Invoke作为入口。