ASP.NET内幕-ISAPI和应用程序域之间的桥梁

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介绍
在前一篇，也是这一系列的第一篇中，我介绍了web服务器接收到web请求之后进行的第一步处理，以及如果被确定为ASP.NET资源请求时如何路由请求。你已经明白不同的IIS版本在处理ASP.NET相关请求时的差异，最终请求被分发到一个叫做aspnet_isapi.dll的非托管Win32组件，这个组件的作用就是web服务器和托管ASP.NET架构之间的桥梁。
这篇文章中我将继续讨论上一篇中的遗留问题，开始研究处理环境的托管部分，在前一篇文章中它被称作ASP.NET运行时环境，作为一个黑盒子提到过。
注意：ASP.NET运行时环境有时也叫做ASP.NET管道、Http运行时管道，或者是这些单词的混合。
从aspnet_isapi.dll扩展到托管世界
前一篇文章中我解释了IIS 5和IIS 6怎样管理ASP.NET请求，忽略它们怎样处理工作进程的创建、管理和回收，最后所有与请求相关的讯息归结到了aspnet_isapi.dll扩展上。
这是非托管和托管世界的桥梁，也是所有ASP.NET架构中最缺乏文档的部分。
注意：在写这篇文章的时候，IIS 7以一个上线许可与Longhorn Server Beta 3一起发布了。IIS 7中许多事情会改变，尽管这些前期文章只是关注之前的IIS版本，以后的文章将会致力于IIS 7中引入的改进。
因为在这个主题的很多方面缺乏可用的文档，我将进行的解释可能不完全正确，特别是涉及到非托管结构的部分。然而我关于未文档化部分主题的考量，是基于一些对理解框架内部工作原理很有帮助的工具进行的：

Lutz Roeder's .NET Reflector, 静态分析、反编译.NET托管类代码。
Microsoft CLR Profiler, 通过查看方法调用、内存分配、类结构以及它提供的很多其他特性，分析框架的动态行为。
JetBrains dotTrace Profiler, 用于.NET应用程序的商业化分析工具，也可以获取一个有时间限制的免费版本。
Red Gate ANTS Profiler, 另一个用于.NET应用程序的商业化分析工具，可以获取一个有时间限制的免费版本。

回到非托管和托管世界的桥梁上来，不管是IIS 6处理模式的情况下通过ISAPI扩展，还是IIS5处理模式的情况下通过工作进程，在CLR加载之后，黑暗魔法出现了。ASP.NETISAPI组件通过位于System.Web.Hosting命名空间中的两个托管类，调用一大把的非托管COM接口，通过COM接口方式暴露这些方法的类是AppManagerAppDomainFactory和ISAPIRuntime。
注意：公共语言运行时CLR掌管每一个.NET应用程序的执行环境，它为运行托管应用程序提供环境和服务。CLR必须运行在Win32进程中，ASP.NET是.NET框架为CLR提供的一个宿主之一，确切地说在ASP.NET中，ASP.NET工作进程（IIS 5中为aspnet_wp.exe，IIS6中为w3wp.exe）就是运行CLR的进程。
在研究这些类中发生的交互行为的技术细节之前，我们先大致看一下处理请求时究竟发生了什么。我前面已经介绍过这两个类，因为处理请求的入口点可以大致的分为两个方面。
1. 如果AppDomain还不存在则创建APPDomain，将AppDomain指派给与请求对应的应用程序，这通过AppManagerAppDomain类实现。
2. 提交和处理请求，由ISAPIRuntime类实现。
这两个方面都很重要，第一个包括了不需要开发者参与的一些交互动作，主要涉及应用程序的运行环境，而第二个则是结构上最可配置的部分，我将在这个系列的后续文章中完整地探讨。
从另一个角度来看，第一步包含的操作在应用程序生存期里只执行一次，就是说在启动的时候，而第二步包含的交互在每一次定位请求的目标应用程序时都会出现。
创建AppDomain
在前面文章中了解到，一个ASP.NET应用程序被封装成一个叫做应用程序域的实体，简写AppDomain，由ASP.NET架构中的一个类AppDomain表示。当特定应用程序的请求到达时，如果不存在则必须创建AppDomain对象，这通常发生在属于特定应用程序的请求第一次到达时，或者由于某种原因相应的AppDomain被关闭掉了，几个可能导致这个问题的原因我在后面会谈到。注意一个ASP.NET应用程序只会有一个AppDomain存在，它跟IIS应用程序一对一映射，可能基于物理目录或者虚拟目录创建。那么这个类的实例是怎样创建的呢？
图1：创建AppDomain实例时由JetBrains dotTrace Profiler产生的调用栈

使用Reflector可以推断AppDomain有一个抛出NotSupportedException异常的私有构造器，因此很明显这个方法行不通。实际上初始化AppDomain实例的入口点是AppManagerAppDomainFactory.Create方法，为了找出这一点，需要使用一个分析器跟踪初始化对象时生成的调用栈。图1显示了JetBrains dotTracProfiler的截屏，它显示了运行在IIS上的一个web应用程序在初始化AppDomain时生成的调用栈。有很多类参与了这个过程，它们也许是开发者永远不需要用到的。
注意：AppManagerAppDomainFactory类在CLR初始化过程中只运行一次，就像它的名字暗示的，它作为创建AppDomain以及其他重要对象的入口点。
图2显示了一个跟前面图1一样的调用栈，这次是从微软CLR Profiler调用树的输出中截取的，它为AppDomain的初始化提供了更多的信息。实际上高亮行表明主线程创建了两个AppDomain类的实例。
图2：微软CLR Profiler调用树视图显示的创建AppDomain实例时的调用栈

那么是怎样创建这个额外的实例呢，为什么创建？很不幸这不是个容易的问题。前面图中显示的调用栈，指示了在创建与实际执行应用程序相关的AppDomain实例时采用的步骤，因此这个额外的实例，看起来像是用于某些难于理解的目的的辅助对象，尽我所能的猜测，它被用于容纳所有不属于任何应用程序的对象，例如AppManagerAppDomainFactory，因此被放置在一个隔离的AppDomain中。对于AppManagerAppDomainFactory类，这个辅助AppDomain只在CLR初始化时实例化一次，它在CLR初始化很早的时候进行，如图3所示。
图3：额外AppDomain实例的顺序和分配方法

图3展示了Red Gate ANTSProfiler的一个截屏，它显示了额外AppDomain实例在CLR初始化很早的时候创建，很明显它比AppManagerAppDomainFactory类更早创建，因为很有可能它是AppManagerAppDomainFactory的容器。实际上在前面分析会话图示中，单例AppManagerAppDomainFactory实例的ID为52。
另一个查看前面提到的两个AppDomain实例初始化过程的方法，是微软CLR Profiler提供的分配视图，它创建一个图形流程，展示处理中类的使用位置，像图4显示那样。
图4：微软CLR Profiler分配视图显示的两个AppDomain初始化过程

它展示了一个平面视图，从根元素，即CLR，和线程类之间裁剪出所有的类，然而它清晰的显示了创建两个AppDomain时的调用顺序。
从前面图中可以得到另外一个关于AppDomain实例的信息是，每个实例占用100字节内存。这不会带来多少问题，但有人会认为AppDomain是一个很大的类，因为它必须容纳整个应用程序。实际上它提供很多的服务，但并不存储太多数据。
到现在辅助AppDomain实例已经被创建了，包括AppManagerAppDomainFactory类，它的Create方法就是图1和2中显示的调用栈的入口方法。
这个方法通过COM暴露出来，提供给调用者，因此是非托管代码。AppManagerAppDomainFactory类实现了 IAppManagerAppDomainFactory接口，它的结构显示在图5中。
图5：IAppManagerAppDomainFactory接口结构

这个接口使用ComImport和InterfaceType属性修饰，它们将类型绑定到非托管接口类型上。调用这个方法时，将产生图1和2的调用栈图形，最终触发AppDomain类实例的创建，容纳用于处理请求的目标应用程序。
AppDomain对象创建以及运行之后，剩余工作就是处理请求，这比前面已经完成的工作内容更多，这也许是ASP.NET架构中最有意思的部分，但在这个有趣的部分开始之前我已经介绍了一些关键的主题。
总结
这篇文章中我介绍了ASP.NET基础结构中一些很底层的主题，涉及那些由ASP.NETISAPI扩展展示的非托管世界，以及运行web应用程序的AppDomain所展示的托管世界之间的一些接口。我展示了初始化AppDomain的机制，以及哪些类参与了这个处理。下一篇文章中我会通过HTTP管道讨论托管代码，在我的映像里这应当是ASP.NET架构最吸引人的一章，实际上它使得ASP.NET不同于其他所有的web开发框架。我希望你像我写这篇文章时一样充满兴趣的阅读，我的建议是打开一些分析工具自己尝试这些内容，这是充分理解它怎样工作的最好方法。