浅谈ASP.NET Core中间件实现分布式 Session

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1.1. 中间件原理

1.1.1. 什么是中间件

中间件是段代码用于处理请求和响应，通常多个中间件链接起来形成管道，由每个中间件自己来决定是否要调用下一个中间件。

1.1.2. 中间件执行过程

举一个示例来演示中间件的执行过程（分别有三个中间件：日志记录、权限验证和路由）：当请求进入应用程序时，执行执行日志记录的中间件，它记录请求属性并调用链中的下一个中间件权限验证，如果权限验证通过则将控制权传递给下一个中间件，不通过则设置401 HTTP代码并返回响应，响应传递给日志中间件进行返回。

1.1.3. 中间件的配置

中间件配置主要是用Run、Map和Use方法进行配置；简单的中间件可以直接使用匿名方法就可以搞定，如下代码：

app.Run(async (context,next) =>
    {
      await context.Response.WriteAsync("environment " + env);
      await next();
    });

如果想重用中间件，就需要单独封装到一个类中进行调用。

1.2. 依赖注入中间件

在实际项目中，中间件往往需要调用其它对象的方法。所以要创建对象之间的依赖,由于ASP.NET Core 内置的依赖注入系统，写程序的时候可以创建更优雅的代码。

首先需要要在IOC容器中注册类，就是Startup类中的ConfigureServices方法中进行注册，ConfigureServices方法会在Configure方法之前被执行。以便在用中间件时所有依赖都准备好了。

现在有一个Greeter类：

public class Greeter : IGreeter
{
  public string Greet()
  {
    return "Hello from Greeter!";
  }
}

public interface IGreeter
{
  string Greet();
}

第一步在ConfigureServices方法中进行注册

public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
{
  services.AddTransient<IGreeter, Greeter>();
}

笔者这里使用的是AddTransient进行注册，该方法在每次请求时创建该类的新实例。可以选择其它方法：AddSingleton，AddScoped或简单的Add（所有在幕后前使用）。整个DI系统在官方文档中有所描述。

在注册了依赖项后，就可以使用它们了。IApplicationBuilder实例允许在Configure方法中有一个RequestServices属性用于获取Greeter实例。由于已经注册了这个IGreeter接口，所以不需要将中间件与具体的Greeter实现相结合。

app.Use(async (ctx, next) =>
  {
    IGreeter greeter = ctx.RequestServices.GetService<IGreeter>();
    await ctx.Response.WriteAsync(greeter.Greet());
    await next();
  });

如果Greeter类有一个参数化的构造函数，它的依赖关系也必须在其中注册ConfigureServices。

中间件可以很容易解决依赖关系。可以向中间件构造函数添加其他参数：

public class MyMiddleware
{
  private readonly RequestDelegate _next;
  private readonly IGreeter _greeter;

  public MyMiddleware(RequestDelegate next, IGreeter greeter)
  {
    _next = next;
    greeter = greeter;
  }

  public async Task Invoke(HttpContext context)
  {
    await context.Response.WriteAsync(_greeter.Greet());
    await _next(context);
  }
}

或者，可以将此依赖关系添加到Invoke方法中：

public async Task Invoke(HttpContext context, IGreeter greeter)
{
  await context.Response.WriteAsync(greeter.Greet());
  await _next(context);
}

如果DI系统知道这些参数的类型，则在类被实例化时，它们将被自动解析。很简单！

1.3. Cookies和session中间件

1.3.1. Session

HTTP是一个无状态协议，Web服务器将每一个请求都视为独立请求。并且不保存之前请求中用户的值。

Session 状态是ASP.NET Core提供的一个功能，它可以在用户通应用访问网络服务器的时候保存和存储用户数据。由服务器上的字典和散列表组成，Session状态通过浏览器的请求中得到，Session的数据保存到缓存中。

ASP.NET Core通过包含Session ID的Cookie来维护会话状态，每个请求都会携带此Session ID。

在Microsoft.AspNetCore.Session包中提供的中间件用来管理Session状态。要启用Session中间件，Startup类里面需要做以下几个操作：

使用任何一个实现了IDistributedCache接口的服务来启用内存缓存，
设置AddSession回调，由于AddSession是在Microsoft.AspNetCore.Session包内实现的，所以必须在Nuget中添加Microsoft.AspNetCore.Session包
UseSession回调

具体示例代码如下：

using Microsoft.AspNetCore.Builder;
using Microsoft.Extensions.DependencyInjection;
using System;

public class Startup
{
  public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
  {
    services.AddMvc();

    // 添加一个内存缓存
    services.AddDistributedMemoryCache();

    services.AddSession(options =>
    {
      // 设置10秒钟Session过期来测试
      options.IdleTimeout = TimeSpan.FromSeconds(10);
      options.Cookie.HttpOnly = true;
    });
  }

  public void Configure(IApplicationBuilder app)
  {
    app.UseSession();
    app.UseMvcWithDefaultRoute();
  }
}

上面代码中IdleTimeout属性用来确定用户多久没有操作时丢弃Session。此属性和Cookie超时无关，通过Session中间件的每个请求都会重置超时时间。

1.3.2. Session保存到Redis中

实现分布式Session方法官方提供有Redis、Sql Server等。但是Sql Server效率对于这种以key/value获取值的方式远远不及Redis效率高，所以这里笔者选用Redis来作示例实现分布式Session。

准备Redis

由于目前Redis还不支持windows，所以大家在安装Redis的时候准备一台linux操作系统，笔者这里的系统是ubuntu 16.04；下载及安装方式可以参考官方示例。

安装成功以后启动Redis 服务，如果看到以下信息，就代表Redis启动成功：

相关配置

首先需要用Nuget安装包Microsoft.Extensions.Caching.Redis，安装成功以后就可以在app.csproj文件中可以看到。

在Configure方法中添加app.UseSession()；然后再ConfigureServices添加Redis服务

public void ConfigureServices(IServiceCollection services){
  services.AddDistributedRedisCache(options=>{
    options.Configuration="127.0.0.1"; //多个redis服务器：{RedisIP}:{Redis端口},{RedisIP}:{Redis端口}
    options.InstanceName="sampleInstance";
  });
  services.AddMvc();
  services.AddSession();
}

以上代码中笔者只用一个Redis服务器来作测试，实际项目中需要多个Redis服务器；配置方法如：options.Configuration="地址1:端口,地址2:端口";，这里笔者并没有给端口而是用的默认端口6379

完整代码

Startup.cs

using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Threading.Tasks;
using Microsoft.AspNetCore.Builder;
using Microsoft.AspNetCore.Hosting;
using Microsoft.Extensions.Configuration;
using Microsoft.Extensions.DependencyInjection;
using Microsoft.Extensions.Caching.Redis;
using Microsoft.Extensions.Caching.Distributed;

namespace app{  
  public class Startup{    
    public Startup(IConfiguration configuration)    
    {      
      Configuration = configuration;    
    }
    public IConfiguration Configuration { get; }

    public void ConfigureServices(IServiceCollection services){           
      services.AddDistributedRedisCache(options =>{        
        options.Configuration = "127.0.0.1";        
        options.InstanceName = "sampleInstance";      
      });      
      services.AddMvc();      
      services.AddSession();    
    }

    public void Configure(IApplicationBuilder app, IHostingEnvironment env){      
      if (env.IsDevelopment())
      {        
        app.UseDeveloperExceptionPage();      
      }      
      else      
      {        
        app.UseExceptionHandler("/Home/Error");      
      }
      app.UseSession();
      app.UseStaticFiles();
      app.UseMvc(routes =>{        
        routes.MapRoute(name: "default",template: "{controller=Home}/{action=Index}/{id?}");      
      });    
    }  
  }
}

HomeControler.cs

public class HomeController : Controller  
{    
  public IActionResult Index()    
  {      
    HttpContext.Session.Set("apptest",Encoding.UTF8.GetBytes("apptestvalue"));
    return View();    
  }
  public IActionResult ShowRedis()    
  {      
    byte[] temp;
    if(HttpContext.Session.TryGetValue("apptest",out temp))
    {        
      ViewData["Redis"]=Encoding.UTF8.GetString(temp);      
    }      
    return View();    
  }
}

Index页面只做一件事给Session设置值："apptestvalue"，ShowRedis页面显示Session值。

ShowRedis.cshtml

Redis Session Value:ViewData["Redis"]

演示结果

现在开始运行页面，首先直接进入到ShowRedis页面，Session值显示为空

当点击SetSessionValue以后，再次回到ShowRedis页面，Session就值显示出来了

看到apptestvalue代表Session值已经存到Redis里面，怎样证明apptestvalue值是从Redis里面取到呢？接下来就证明给大家看。

1.3.3. 实现分布Session

前面已经将Session保存到Redis中，但是大家不清楚这个值是否是真的保存到Redis里面去了还是在项目内存中；所以这里就实现在两个不的应用程序（或两台不同的机器）中共享Session，也就是实现分布式Session，分布式即代表了不同的机器不同的应用程序，但往往有下面的一种尴尬的情况，就算是每个HTTP请求时都携带了相同的cookie值。

造成这个的问题的原因是每个机器上面的ASP.NET Core的应用程序的密钥是不一样的，所以没有办法得到前一个应用程序保存的Session数据;为了解决这个问题，.NET Core团队为提供了Microsoft.AspNetCore.DataProtection.AzureStorage和Microsoft.AspNetCore.DataProtection.Redis包将密钥保存到Azure或Redis中。这里选择将密钥保存到Redis。

利用Microsoft.AspNetCore.DataProtection.Redis包提供的PersistKeysToRedis重载方法将密钥保存到Redis里面去。所以这里需要在ConfigureServices方法中添AddDataProtection()

var redis = ConnectionMultiplexer.Connect("127.0.0.1:6379");
  services.AddDataProtection()
    .SetApplicationName("session_application_name")
    .PersistKeysToRedis(redis, "DataProtection-Keys");

下面演示怎样实现分布式Session

配置步骤

同时创建两个项目，分别为app1和app2

添加Microsoft.AspNetCore.DataProtection.Redis和StackExchange.Redis.StrongName包

由于在同一台机器上，ASP.NET Core程序默认启动的时候端口为5000，由于app1已经占用了，所以将app2的启端口设置为5001

完整代码

app1项目

Startup.cs

using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Threading.Tasks;
using Microsoft.AspNetCore.Builder;
using Microsoft.AspNetCore.Hosting;
using Microsoft.Extensions.Configuration;
using Microsoft.Extensions.DependencyInjection;
using Microsoft.Extensions.Caching.Redis;
using Microsoft.Extensions.Caching.Distributed;

namespace app1{  
  public class Startup{    
    public Startup(IConfiguration configuration)    
    {      
      Configuration = configuration;    
    }
    public IConfiguration Configuration { get; }

    public void ConfigureServices(IServiceCollection services){
      var redis = ConnectionMultiplexer.Connect("127.0.0.1:6379");
      services.AddDataProtection()
        .SetApplicationName("session_application_name")
        .PersistKeysToRedis(redis, "DataProtection-Keys");     
      services.AddDistributedRedisCache(options =>{        
        options.Configuration = "127.0.0.1";        
        options.InstanceName = "sampleInstance";      
      });      
      services.AddMvc();      
      services.AddSession();    
    }

    public void Configure(IApplicationBuilder app, IHostingEnvironment env){      
      if (env.IsDevelopment())
      {        
        app.UseDeveloperExceptionPage();      
      }      
      else      
      {        
        app.UseExceptionHandler("/Home/Error");      
      }
      app.UseSession();
      app.UseStaticFiles();
      app.UseMvc(routes =>{        
        routes.MapRoute(name: "default",template: "{controller=Home}/{action=Index}/{id?}");      
      });    
    }  
  }
}

HomeControler.cs

public class HomeController : Controller  
{    
  public IActionResult Index()    
  {      
    HttpContext.Session.Set("app1test",Encoding.UTF8.GetBytes("app1testvalue"));
    return View();    
  }
  public IActionResult ShowRedis()    
  {      
    byte[] temp;
    if(HttpContext.Session.TryGetValue("app1test",out temp))
    {        
      ViewData["Redis"]=Encoding.UTF8.GetString(temp);      
    }      
    return View();    
  }
}

ShowRedis.cshtml

Redis Session Value:ViewData["Redis"]

app2项目

Startup.cs
配置同app1配置一样。

HomeControler.cs

public class HomeController : Controller  
{    
  public IActionResult Index()    
  {      
    byte[] temp;
    if(HttpContext.Session.TryGetValue("app1test",out temp))
    {        
      ViewData["Redis"]=Encoding.UTF8.GetString(temp);      
    } 
    return View();    
  }
}

Index.cshtml