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.net 1.1中预编译asp.net页面实现原理浅析
ms在发布asp.net时的一大功能特性是，与asp和php等脚本语言不同，asp.net实际上是一种编译型的快速网页开发环境。这使得asp.net在具有开发和修改的简便性的同时，不会负担效率方面的损失。实现上asp.net与jsp的思路类似，引擎在第一次使用一个页面之前，会将之编译成一个类，自动生成assembly并载入执行。
而通过《在winform程序中嵌入asp.net》一文中我们可以了解到，asp.net引擎实际上是可以无需通过iis等web服务器调用而被使用的，这就使得手工预编译asp.net页面成为可能。实际上这个需求是普遍存在的，早在asp时代就层有第三方产品支持将asp页面编译成二进制程序，以提高执行效率和保障代码安全性，而将伴随whidbey发布的asp.net 2.0更是直接内置了预编译asp.net页面的功能。
实际上网上早就有人讨论过在asp.net 1.1中模拟预编译特性的实现方法，例如以下两篇文章
pre-compiling asp.net web pages
pre-compile aspx pages in .net 1.1
其思路基本上都是遍历所有需要预编译的页面文件，然后通过模拟web页面请求的方式，触发asp.net引擎的自动预编译机制。这样做的好处是完全模拟真实情况，无需了解asp.net引擎的实现原理；但同时也会受到诸多限制，如预编译结果不透明，无法脱离原始asp.net页面文件使用等等，而且无法使我们从原理上理解预编译特性的实现。
下面我将分三到四个小节，简要讨论 asp.net 自动编译机制的实现、asp.net 页面文件编译的实现以及如何在asp.net 1.1中实现手动预编译页面和相应分发机制。
[1] 自动预编译机制浅析
本节我们将详细分析讨论.net 1.1中，asp.net引擎内部实现自动页面预编译的原理。
首先，我们所说的asp.net页面实际上主要分为四类：
1.web 应用程序文件 global.asax
2.web 页面文件 *.aspx
3.用户自定义控件文件 *.ascx
4.web 服务程序文件 *.asmx
web 应用程序文件对于每个web 应用程序来说是可选唯一的，用来处理asp.net应用程序一级的事件，并将被预编译为一个system.web.httpapplication类的子类；
web 页面文件是普通的asp.net页面，处理特定页面的事件，将被预编译为一个system.web.ui.page类的子类；
用户自定义控件文件是特殊的asp.net页面，处理控件自身的事件，将被预编译为一个system.web.ui.usercontrol类的子类；
web 服务程序文件则是与前三者不太相同的一种特殊页面文件，暂时不予讨论。
然后，前三种asp.net文件的编译时机也不完全相同。web 应用程序文件在此 web 应用程序文件第一次被使用时自动编译；web 页面文件在此web页面第一次被使用时自动编译，实际上是调用 httpruntime.processrequest 函数触发预编译；用户自定义控件文件则在其第一次被 web 页面使用的时候自动编译，实际上是调用 page.loadcontrol 函数触发预编译。
在了解了以上这些基本知识后，我们来详细分析一下自动预编译的实现机制。
httpruntime.processrequest 函数是处理web页面请求的调用发起者，伪代码如下：
以下为引用：
public static void httpruntime.processrequest(httpworkerrequest wr)
{
// 检查当前调用者有没有作为asp.net宿主(host)的权限
internalsecuritypermissions.aspnethostingpermissionlevelmedium.demand();
if(wr == null)
{
throw new argumentnullexception("custom");
}
requestqueue queue = httpruntime._theruntime._requestqueue;
if(queue != null)
{
// 将参数中的web页面请求放入请求队列中
// 并从队列中使用fifo策略获取一个页面请求
wr = queue.getrequesttoexecute(wr);
}
if(wr != null)
{
// 更新性能计数器
httpruntime.calculatewaittimeandupdateperfcounter(wr);
// 实际完成页面请求工作
httpruntime.processrequestnow(wr);
}
}
httpruntime.processrequestnow函数则直接调用缺省httpruntime实例的processrequestinternal函数完成实际页面请求工作，伪代码如下：
以下为引用：
internal static void httpruntime.processrequestnow(httpworkerrequest wr)
{
httpruntime._theruntime.processrequestinternal(wr);
}
httpruntime.processrequestinternal函数逻辑稍微复杂一些，大致可分为四个部分。
首先检查当前httpruntime实例是否第一次被调用，如果是第一次调用则通过firstrequestinit函数初始化；
接着调用httpresponse.initresponsewriter函数初始化页面请求的返回对象httpworkerrequest.response；
然后调用httpapplicationfactory.getapplicationinstance函数获取当前 web 应用程序实例；
最后使用web应用程序实例完成实际的页面请求工作。
伪代码如下：
以下为引用：
private void httpruntime.processrequestinternal(httpworkerrequest wr)
{
// 构造 http 调用上下文对象
httpcontext ctxt = new httpcontext(wr, 0);
// 设置发送结束异步回调函数
wr.setendofsendnotification(this._asyncendofsendcallback, ctxt);
// 更新请求计数器
interlocked.increment(&(this._activerequestcount));
try
{
// 检查当前httpruntime实例是否第一次被调用
if(this._beforefirstrequest)
{
lock(this)
{
// 使用 double-checked 模式 避免冗余锁定
if(this._beforefirstrequest)
{
this._firstrequeststarttime = datetime.utcnow;
this.firstrequestinit(ctxt); // 初始化当前 httpruntime 运行时环境
this._beforefirstrequest = false;
}
}
}
// 根据配置文件设置，扮演具有较高特权的角色
ctxt.impersonation.start(true, false);
try
{
// 初始化页面请求的返回对象
ctxt.response.initresponsewriter();
}
finally
{
ctxt.impersonation.stop();
}
// 获取当前 web 应用程序实例
ihttphandler handler = httpapplicationfactory.getapplicationinstance(ctxt);
if (handler == null)
{
throw new httpexception(httpruntime.formatresourcestring("unable_create_app_object"));
}
// 使用web应用程序实例完成实际的页面请求工作
if((handler as ihttpasynchandler) != null)
{
ihttpasynchandler asynchandler = ((ihttpasynchandler) handler);
ctxt.asyncapphandler = asynchandler;
// 使用异步处理机制
asynchandler.beginprocessrequest(ctxt, this._handlercompletioncallback, ctxt);
}
else
{
handler.processrequest(ctxt);
this.finishrequest(ctxt.workerrequest, ctxt, null);
}
}
catch(exception e)
{
ctxt.response.initresponsewriter();
this.finishrequest(wr, ctxt, e);
}
}
httpruntime.processrequestinternal函数中，涉及到文件预编译的有两部分：一是获取当前 web 应用程序实例时，会根据情况自动判断是否预编译web 应用程序文件；二是在完成实际页面请求时，会在第一次使用某个页面时触发预编译行为。
首先来看看对 web 应用程序文件的处理。
httpruntime.processrequestinternal函数中调用了httpapplicationfactory.getapplicationinstance函数获取当前 web 应用程序实例。system.web.httpapplicationfactory是一个内部类，用以实现对多个web应用程序实例的管理和缓存。getapplicationinstance函数返回的是一个ihttphandler接口，提供ihttphandler.processrequest函数用于其后对web页面文件的处理。伪代码如下：
以下为引用：
internal static ihttphandler httpapplicationfactory.getapplicationinstance(httpcontext ctxt)
{
// 定制应用程序
if(httpapplicationfactory._customapplication != null)
{
return httpapplicationfactory._customapplication;
}
// 调试请求
if(httpdebughandler.isdebuggingrequest(ctxt))
{
return new httpdebughandler();
}
// 判断是否需要初始化当前 httpapplicationfactory 实例
if(!httpapplicationfactory._theapplicationfactory._inited)
{
httpapplicationfactory factory = httpapplicationfactory._theapplicationfactory;
lock(httpapplicationfactory._theapplicationfactory);
{
// 使用 double-checked 模式 避免冗余锁定
if(!httpapplicationfactory._theapplicationfactory._inited)
{
// 初始化当前 httpapplicationfactory 实例
httpapplicationfactory._theapplicationfactory.init(ctxt);
httpapplicationfactory._theapplicationfactory._inited = true;
}
}
}
// 获取 web 应用程序实例
return httpapplicationfactory._theapplicationfactory.getnormalapplicationinstance(ctxt);
}
在处理特殊情况和可能的实例初始化之后，调用httpapplicationfactory.getnormalapplicationinstance函数完成获取web应用程序实例的实际功能，伪代码如下：
以下为引用：
private httpapplication httpapplicationfactory.getnormalapplicationinstance(httpcontext context)
{
httpapplication app = null;
// 尝试从已施放的 web 应用程序实例队列中获取
lock(this._freelist)
{
if(this._numfreeappinstances > 0)
{
app = (httpapplication)this._freelist.pop();
this._numfreeappinstances–;
}
}
if(app == null)
{
// 构造新的 web 应用程序实例
app = (httpapplication)system.web.httpruntime.createnonpublicinstance(this._theapplicationtype);
// 初始化 web 应用程序实例
app.initinternal(context, this._state, this._eventhandlermethods);
}
return app;
}
构造新的 web 应用程序实例的代码很简单，实际上就是对activator.createinstance函数的简单包装，伪代码如下：
以下为引用：
internal static object httpruntime.createnonpublicinstance(type type, object[] args)
{
return activator.createinstance(type, bindingflags.createinstance | bindingflags.instance |
bindingflags.nonpublic | bindingflags.public, null, args, null);
}
internal static object httpruntime.createnonpublicinstance(type type)
{
return httpruntime.createnonpublicinstance(type, null);
}
至此一个 web 应用程序实例就被完整构造出来，再经过initinternal函数的初始化，就可以开始实际页面处理工作了。而httpapplicationfactory实例的_theapplicationtype类型，则是结果预编译后的global.asax类。实际的预编译工作在httpapplicationfactory.init函数中完成，伪代码如下：
以下为引用：
private void httpapplicationfactory.init(httpcontext ctxt)
{
if(httpapplicationfactory._customapplication != null)
return;
using(httpcontextwrapper wrapper = new httpcontextwrapper(ctxt))
{
ctxt.impersonation.start(true, true);
try
{
try
{
this._appfilename = httpapplicationfactory.getapplicationfile(ctxt);
this.compileapplication(ctxt);
this.setupchangesmonitor();
}
finally
{
ctxt.impersonation.stop();
}
}
catch(object)
{
}
this.fireapplicationonstart(ctxt);
}
}
getapplicationfile函数返回web请求物理目录下的global.asax文件路径；compileapplication函数则根据此文件是否存在，判断是预编译之并载入编译后类型，还是直接返回缺省的httpapplication类型，伪代码如下：
以下为引用：
internal static string httpapplicationfactory.getapplicationfile(httpcontext ctxt)
{
return path.combine(ctxt.request.physicalapplicationpath, "global.asax");
}
private void httpapplicationfactory.compileapplication(httpcontext ctxt)
{
if(fileutil.fileexists(this._appfilename))
{
applicationfileparser parser;
// 获取编译后的 web 应用程序类型
this._theapplicationtype = applicationfileparser.getcompiledapplicationtype(this._appfilename, context, out parser);
this._state = new httpapplicationstate(parser1.applicationobjects, parser.sessionobjects);
this._filedependencies = parser.sourcedependencies;
}
else
{
this._theapplicationtype = typeof(httpapplication);
this._state = new httpapplicationstate();
}
this.reflectonapplicationtype();
}
分析到这里我们可以发现，内部类型system.web.ui.applicationfileparser的getcompiledapplicationtype函数是实际上进行web应用程序编译工作的地方。但现在我们暂且打住，等下一节分析编译过程时再详细解说。 🙂
然后我们看看对 web 页面文件的处理。
在前面分析httpruntime.processrequestinternal函数时我们曾了解到，在获得了web应用程序实例后，会使用此实例的ihttpasynchandler接口或ihttphandler接口，完成实际的页面请求工作。而无论有否global.asax文件，最终返回的web应用程序实例都是一个httpapplication类或其子类的实例，其实现了ihttpasynchandler接口，支持异步的web页面请求工作。对此接口的处理伪代码如下：
以下为引用：
private void httpruntime.processrequestinternal(httpworkerrequest wr)
{
…
// 使用web应用程序实例完成实际的页面请求工作
if((handler as ihttpasynchandler) != null)
{
ihttpasynchandler asynchandler = ((ihttpasynchandler) handler);
ctxt.asyncapphandler = asynchandler;
// 使用异步处理机制
asynchandler.beginprocessrequest(ctxt, this._handlercompletioncallback, ctxt);
}
else
{
handler.processrequest(ctxt);
this.finishrequest(ctxt.workerrequest, ctxt, null);
}
…
}
httpruntime.processrequestinternal函数通过调用httpapplication.ihttpasynchandler.beginprocessrequest函数开始页面请求工作。而httpapplication实际上根本不支持同步形式的ihttphandler接口，伪代码如下：
以下为引用：
void httpapplication.processrequest(system.web.httpcontext context)
{
throw new httpexception(httpruntime.formatresourcestring("sync_not_supported"));
}
bool httpapplication.get_isreusable()
{
return true;
}
而在httpapplication.ihttpasynchandler.beginprocessrequest函数中，将完成非常复杂的异步调用后台处理操作，这儿就不多罗嗦了，等有机会写篇文章专门讨论一下asp.net中的异步操作再说。而其最终调用还是使用system.web.ui.pageparser对需要处理的web页面进行解析和编译。
最后我们看看对用户自定义控件文件的处理。
page类的loadcontrol函数实际上是在抽象类templatecontrol中实现的，伪代码如下：
以下为引用：
public control loadcontrol(string virtualpath)
{
virtualpath = urlpath.combine(base.templatesourcedirectory, virtualpath);
type type = usercontrolparser.getcompiledusercontroltype(virtualpath, null, base.context);
return this.loadcontrol(type1);
}
实际的用户自定义控件预编译操作还是在usercontrolparser类中完成的。
至此，在这一节中我们已经大致了解了asp.net自动预编译的实现原理，以及在什么时候对页面文件进行预编译。下一节我们将详细分析applicationfileparser、pageparser和usercontrolparser，了解asp.net是如何对页面文件进行预编译的。
