Asp.net Core 主机生命周期的管理

1. 回顾CancellationToken

CancellationToken类有个容易被忽视的功能，那就是它包含一个Register()方法，这个方法可以注册一个委托，当这个CancellationToken类对象被Cancel时可以触发这个委托的执行。Register()可以被执行多次，表示注册了好几个委托，Cancel到来时，可以触发执行所有这些已注册的委托。
Asp.net Core的非泛型主机运用了这个原理进行生命周期管理。

2. 生命周期管理

生命周期管理指代码框架可以管理主机启动和停止（甚至停止中）的过程。用户可以很方便的嵌入自己的代码，对这些生命过程进行监控，比如我们想在启动时输出点信息。

3. 泛型主机与应用类主机服务

Asp.net Core将主机分为泛型主机(Host)和应用主机服务(Application Host，我们也称非泛型主机)，Web主机就是一个应用主机，应用主机也称为主机服务(必需实现IHostedService)，总之：

泛型主机Host，它实现的是IHost接口，它好比是黑社会老大，其他的应用主机都归它管，它是全场唯一的。
非泛型主机，即应用类主机服务，它必须实现IHostedService接口，它可以是多个的，它是由泛型主机Host启动的。最重要的Web 主机，其实就是非泛型主机之一。我们可以往泛型主机里注入自己想要注入的其他应用主机。asp.net core 3.1利用IHostedService为系统注入自己的主机

下面解密下Host公开的StartAsync()方法内的源码：

        public async Task StartAsync(CancellationToken cancellationToken = default){_logger.Starting();await _hostLifetime.WaitForStartAsync(cancellationToken);// 默认_hostLifetime就是ConsoleLifetime对象cancellationToken.ThrowIfCancellationRequested();_hostedServices = Services.GetService<IEnumerable<IHostedService>>();foreach (var hostedService in _hostedServices){// Fire IHostedService.Startawait hostedService.StartAsync(cancellationToken).ConfigureAwait(false);}// Fire IApplicationLifetime.Started_applicationLifetime?.NotifyStarted();// _applicationLifetime是ApplicationLifetime对象。_logger.Started();}

看这里的这个foreach语句，就是将hostedService里头的IHostedService主机服务挨个启动。hostedService则是通过DI（依赖注入）注入的。

4. IHostLifetime

Asp.net Core会注入一个IHostLifetime的类对象，并且这个对象是Singletone的，即它是全场唯一的。它是用来掌管泛型Host主机的生命周期的。除非我们想自己实现一个，否则我们可以不需要建这么个类对象，它默认注入的是ConsoleLifetime类对象，该类实现了IHostLifetime接口。
看一下内部代码ConsoleLifetime.cs片段（WaitForStartAsync()方法是IHostLifetime接口的方法）：

        public Task WaitForStartAsync(CancellationToken cancellationToken){if (!Options.SuppressStatusMessages){ApplicationLifetime.ApplicationStarted.Register(() =>{Console.WriteLine("Application started. Press Ctrl+C to shut down.");Console.WriteLine($"Hosting environment: {Environment.EnvironmentName}");Console.WriteLine($"Content root path: {Environment.ContentRootPath}");});}AppDomain.CurrentDomain.ProcessExit += (sender, eventArgs) =>{ApplicationLifetime.StopApplication();_shutdownBlock.WaitOne();};Console.CancelKeyPress += (sender, e) =>{e.Cancel = true;ApplicationLifetime.StopApplication();};// Console applications start immediately.return Task.CompletedTask;}

这里的第13-22行，是用来捕获程序退出事件的，包括在控制台下按了Ctrl+C，或者点击了控制台对话框右上角的×。注意，这里(15行，21行)退出的时候触发了ApplicationLifetime.StopApplication()的执行。这个方法则是被Host的StartAsync()方法所调用。
后面我们会看到ApplicationLifetime.StopApplication()的执行就会触发一系列CancellationToken注册的委托的执行，而这里的ApplicationLifetime则代表了非泛型主机（应用主机服务）的生命管理对象。

5. IHostApplicationLifetime与三个生命周期类型的委托

IHostApplicationLifetime原来叫IApplicationLifetime，微软将这个东西改名了，说实话，改名后的源码未找到，也不知道这是为什么。我们找不到IHostApplicationLifetime，但我们可以找到IApplicationLifetime，它包含一个叫做StopApplication()方法。我们先理解它就可以了。这接口它也是被依赖注入的，它是用来掌管其他非泛型主机生命周期的，并且它也是Singleton，即它也是独一份的，Asp.net Core框架默认注入的是ApplicationLifetime这个类对象。那么问题来了，既然我们可以注入无数个不同的非泛型主机，按道理一个非泛型主机包含一个生命管理周期对象，怎么就只有一个生命周期管理对象？这里的原因是，Asp.net Core将非泛型主机和IHostApplicationLifetime是分为两个独立的类，然后用一个IHostApplicationLifetime对象的注册机制（也就是刚开始谈到的CancellationToken的Register()方法）来掌管所有非泛型主机的生命周期。ApplicationLifetime类对象里包含三个CancellationToken类对象:

ApplicationStarted，它可以触发Started委托，即非泛型主机启动完毕的委托；
ApplicationStopping，它可以触发Stopping委托，即非泛型主机开始停止的委托；
ApplicationStopped，它可以触发Stopped委托，即非泛型主机停止完毕后的委托；

从这三个名字就可以知道分别是用来掌管启动完毕、停止中、停止完毕后三个生命周期。分别对这三个令牌执行Cancel取消来触发各自注册了的委托。所以说，这里Cancel根本不是本来的取消意思，仅仅是Asp.net Core的技术团队使用了CancellationToken类的这个特性而已，我自己想想感觉这个用法是巧妙，但是总感觉有点蛋疼。从这里，我们就可以推断出，如果自己注册的非泛型主机，想使用生命周期管理，那就可以在非泛型主机的构造函数中携带入这个IHostApplicationLifetime，然后我们只要在这里头为上面的三个令牌Regiseter()一下自己想要的委托。
现在我们看一下ApplicationLifetime的StopApplication()方法，这个方法是IHostApplicationLifetime的接口方法。这个方法里面实际上就是调用了令牌的Cancel()方法，触发一连串的Regiseter()委托的执行。
那么Asp.net Core框架又是在哪里触发StopApplication()方法的呢？我们再回顾IHostLifetime一节提到的代码片段的第13-22行，这里在捕获到程序退出时会触发ApplicationLifetime的StopApplication()方法。由此触发Stopping的生命过程比较清晰了。

6. 已启动与已停止的生命过程

ApplicationLifetime的StopApplication()方法可以触发Stopping委托。Started委托和Stopped的委托则是靠调用ApplicationLifetime的NotifyStarted()和NotifyStopped()方法达成的。NotifyStarted()在Host的StartAsync()方法中被调用。NotifyStopped()在Host的StopAsync()方法中被调用。NotifyStarted()方法前面已经贴过了，现在贴出Host的StopAsync()方法：

        public async Task StopAsync(CancellationToken cancellationToken = default){_logger.Stopping();using (var cts = new CancellationTokenSource(_options.ShutdownTimeout))using (var linkedCts = CancellationTokenSource.CreateLinkedTokenSource(cts.Token, cancellationToken)){var token = linkedCts.Token;// Trigger IApplicationLifetime.ApplicationStopping_applicationLifetime?.StopApplication();IList<Exception> exceptions = new List<Exception>();if (_hostedServices != null) // Started?{foreach (var hostedService in _hostedServices.Reverse()){token.ThrowIfCancellationRequested();try{await hostedService.StopAsync(token).ConfigureAwait(false);}catch (Exception ex){exceptions.Add(ex);}}}token.ThrowIfCancellationRequested();await _hostLifetime.StopAsync(token);// Fire IApplicationLifetime.Stopped_applicationLifetime?.NotifyStopped();// 这里通知已停止委托的执行if (exceptions.Count > 0){var ex = new AggregateException("One or more hosted services failed to stop.", exceptions);_logger.StoppedWithException(ex);throw ex;}}_logger.Stopped();}

现在新的问题来了，哪里调用了Host的StartAsync()方法和StopAsync()方法？这个答案在HostingAbstractionsHostExtensions.cs源码当中可以清晰的找到，贴出它的整个源码：

// Copyright (c) .NET Foundation. All rights reserved.
// Licensed under the Apache License, Version 2.0. See License.txt in the project root for license information.using System;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
using Microsoft.Extensions.DependencyInjection;namespace Microsoft.Extensions.Hosting
{public static class HostingAbstractionsHostExtensions{/// <summary>/// Starts the host synchronously./// </summary>/// <param name="host"></param>public static void Start(this IHost host){host.StartAsync().GetAwaiter().GetResult();}/// <summary>/// Attempts to gracefully stop the host with the given timeout./// </summary>/// <param name="host"></param>/// <param name="timeout">The timeout for stopping gracefully. Once expired the/// server may terminate any remaining active connections.</param>/// <returns></returns>public static Task StopAsync(this IHost host, TimeSpan timeout){return host.StopAsync(new CancellationTokenSource(timeout).Token);}/// <summary>/// Block the calling thread until shutdown is triggered via Ctrl+C or SIGTERM./// </summary>/// <param name="host">The running <see cref="IHost"/>.</param>public static void WaitForShutdown(this IHost host){host.WaitForShutdownAsync().GetAwaiter().GetResult();}/// <summary>/// Runs an application and block the calling thread until host shutdown./// </summary>/// <param name="host">The <see cref="IHost"/> to run.</param>public static void Run(this IHost host){host.RunAsync().GetAwaiter().GetResult();}/// <summary>/// Runs an application and returns a Task that only completes when the token is triggered or shutdown is triggered./// </summary>/// <param name="host">The <see cref="IHost"/> to run.</param>/// <param name="token">The token to trigger shutdown.</param>public static async Task RunAsync(this IHost host, CancellationToken token = default){using (host){await host.StartAsync(token);await host.WaitForShutdownAsync(token);}}/// <summary>/// Returns a Task that completes when shutdown is triggered via the given token./// </summary>/// <param name="host">The running <see cref="IHost"/>.</param>/// <param name="token">The token to trigger shutdown.</param>public static async Task WaitForShutdownAsync(this IHost host, CancellationToken token = default){var applicationLifetime = host.Services.GetService<IApplicationLifetime>();token.Register(state =>{((IApplicationLifetime)state).StopApplication();},applicationLifetime);var waitForStop = new TaskCompletionSource<object>(TaskCreationOptions.RunContinuationsAsynchronously);applicationLifetime.ApplicationStopping.Register(obj =>{var tcs = (TaskCompletionSource<object>)obj;tcs.TrySetResult(null);}, waitForStop);await waitForStop.Task;// Host will use its default ShutdownTimeout if none is specified.await host.StopAsync();}}
}

改源码就是对Host的扩展。这里面有我们熟悉的Asp.net Core模板中的Run()方法，这个方法最后就会调用Host的StartAsync()方法。而Host的扩展方法WaitForShutdownAsync()则会调用StopAsync()。
这里Run()内部通过GetAwaiter().GetResult()可以将系统处于停等状态。它内部又利用了TaskCompletionSource的特性达到停等状态。

7. 评论

应该说利用CancellationToken类的特性来管理生命周期，是一种技巧。这种技巧对于我们外人来说感到生搬硬套。不去了解，确实很难把"取消"和生命管理过程联系在一起，但是微软技术团队就是这么直接的把它们粘在了一起。
IHostApplicationLifetime接口直接暴露有StopApplication()方法，用来触发Stopping委托执行。IHostApplicationLifetime的默认实现有额外的NotifyStarted()和NotifyStopped()方法，用来触发Started和Stopped委托。但是遗憾的是，这两个方法并不在IHostApplicationLifetime接口中，因此Host在使用ApplicationLifetime时需要类型转换（参考下方Host.cs代码的第5行），如果这样的话，是不是意味着用户无法替换IHostApplicationLifetime的实现了？经过试验，真的无法注入自定义的IHostApplicationLifetime，运行时会直接抛出异常。这不能算是一个Bug，感觉像是微软技术团队代码框架设计问题。好在我们一般是不需要自定义一个IHostApplicationLifetime。

        public Host(IServiceProvider services, IApplicationLifetime applicationLifetime, ILogger<Host> logger,IHostLifetime hostLifetime, IOptions<HostOptions> options){Services = services ?? throw new ArgumentNullException(nameof(services));_applicationLifetime = (applicationLifetime ?? throw new ArgumentNullException(nameof(applicationLifetime))) as ApplicationLifetime;_logger = logger ?? throw new ArgumentNullException(nameof(logger));_hostLifetime = hostLifetime ?? throw new ArgumentNullException(nameof(hostLifetime));_options = options?.Value ?? throw new ArgumentNullException(nameof(options));}