【译】.NET 8 网络改进（一） - 郑子铭

原文 | Máňa，Natalia Kondratyeva

翻译 | 郑子铭

随着新的 .NET 版本的发布，发布有关网络空间中新的有趣变化的博客文章已成为一种传统。今年，我们希望引入 HTTP 空间的变化、新添加的指标、新的 HttpClientFactory API 等。

HTTP协议

.NET 8 使用 .NET 6 中引入的 System.Diagnostics.Metrics API 将内置 HTTP 指标添加到 ASP.NET Core 和 HttpClient。指标 API 和新内置指标的语义都是在与 OpenTelemetry 密切合作，确保新指标符合标准，并与 Prometheus 和 Grafana 等流行工具良好配合。

System.Diagnostics.Metrics API 引入了许多 EventCounters 所缺少的新功能。新的内置指标广泛利用了这些功能，从而通过更简单、更优雅的仪器集实现了更广泛的功能。举几个例子：

• 直方图使我们能够报告持续时间，例如。请求持续时间 (http.client.request.duration) 或连接持续时间 (http.client.connection.duration)。这些是没有 EventCounter 对应项的新指标。
• 多维性允许我们将标签（又名属性或标签）附加到测量值上，这意味着我们可以报告诸如 server.address （标识 URI 来源）或 error.type （描述请求失败时的错误原因）之类的信息测量值。多维还可以实现简化：报告打开的 HTTP 连接数 SocketsHttpHandler 使用 3 个 EventCounters：http11-connections-current-total、http20-connections-current-total 和 http30-connections-current-total，而 Metrics 相当于这些counters 是一个单一的工具，http.client.open_connections，其中 HTTP 版本是使用 network.protocol.version 标签报告的。
• 为了帮助内置标签不足以对传出 HTTP 请求进行分类的用例，http.client.request.duration 指标支持注入用户定义的标签。这称为浓缩。
• IMeterFactory 集成可以隔离用于发出 HTTP 指标的 Meter 实例，从而更轻松地编写针对内置测量运行验证的测试，并实现此类测试的并行执行。
• 虽然这并不是特定于内置网络指标，但值得一提的是 System.Diagnostics.Metrics 中的集合 API 也更高级：它们是强类型的且性能更高，并允许多个同时侦听器和侦听器访问未聚合的测量结果。

这些优势共同带来了更好、更丰富的指标，这些指标可以通过 Prometheus 等第三方工具更有效地收集。得益于 PromQL（Prometheus 查询语言）的灵活性，它允许针对从 .NET 网络堆栈收集的多维指标创建复杂的查询，用户现在可以深入了解 HttpClient 和 SocketsHttpHandler 实例的状态和运行状况，其级别如下：以前是不可能的。

不利的一面是，我们应该提到，.NET 8 中只有 System.Net.Http 和 System.Net.NameResolution 组件使用 System.Diagnostics.Metrics 进行检测，这意味着您仍然需要使用 EventCounters 从较低层提取计数器堆栈的级别，例如 System.Net.Sockets。虽然仍然支持以前版本中存在的所有内置 EventCounters，但 .NET 团队预计不会对 EventCounters 进行大量新投资，并且在未来版本中将使用 System.Diagnostics.Metrics 添加新的内置检测。

有关使用内置 HTTP 指标的更多信息，请阅读我们有关 .NET 中的网络指标的教程。它包括有关使用 Prometheus 和 Grafana 进行收集和报告的示例，还演示了如何丰富和测试内置 HTTP 指标。有关内置工具的完整列表，请参阅 System.Net 指标的文档。如果您对服务器端更感兴趣，请阅读有关 ASP.NET Core 指标的文档。

除了新指标之外，.NET 5 中引入的现有基于 EventSource 的遥测事件还增加了有关 HTTP 连接的更多信息 (dotnet/runtime#88853)：

- ConnectionEstablished(byte versionMajor, byte versionMinor)
+ ConnectionEstablished(byte versionMajor, byte versionMinor, long connectionId, string scheme, string host, int port, string? remoteAddress)

- ConnectionClosed(byte versionMajor, byte versionMinor)
+ ConnectionClosed(byte versionMajor, byte versionMinor, long connectionId)

- RequestHeadersStart()
+ RequestHeadersStart(long connectionId)

现在，当建立新连接时，该事件会记录其连接 ID 及其方案、端口和对等 IP 地址。这使得可以通过 RequestHeadersStart 事件将请求和响应与连接关联起来（当请求关联到池连接并开始处理时发生），该事件还记录关联的 ConnectionId。这在用户想要查看为其 HTTP 请求提供服务的服务器的 IP 地址的诊断场景中尤其有价值，这是添加项背后的主要动机 (dotnet/runtime#63159)。

事件可以通过多种方式使用，请参阅.NET 中的网络遥测 – 事件。但为了进程内增强日志记录，可以使用自定义 EventListener 将请求/响应对与连接数据相关联：

using IPLoggingListener ipLoggingListener = new();
using HttpClient client = new();

// Send requests in parallel.
await Parallel.ForAsync(0, 1000, async (i, ct) =>
{
    // Initialize the async local so that it can be populated by "RequestHeadersStart" event handler.
    RequestInfo info = RequestInfo.Current;
    using var response = await client.GetAsync("https://testserver");
    Console.WriteLine($"Response {response.StatusCode} handled by connection {info.ConnectionId}. Remote IP: {info.RemoteAddress}");

    // Process response...
});

internal sealed class RequestInfo
{
    private static readonly AsyncLocal<RequestInfo> _asyncLocal = new();
    public static RequestInfo Current => _asyncLocal.Value ??= new();

    public string? RemoteAddress;
    public long ConnectionId;
}

internal sealed class IPLoggingListener : EventListener
{
    private static readonly ConcurrentDictionary<long, string> s_connection2Endpoint = new ConcurrentDictionary<long, string>();

    // EventId corresponds to [Event(eventId)] attribute argument and the payload indices correspond to the event method argument order.

    // See: https://github.com/dotnet/runtime/blob/a6e4834d53ac591a4b3d4a213a8928ad685f7ad8/src/libraries/System.Net.Http/src/System/Net/Http/HttpTelemetry.cs#L100-L101
    private const int ConnectionEstablished_EventId = 4;
    private const int ConnectionEstablished_ConnectionIdIndex = 2;
    private const int ConnectionEstablished_RemoteAddressIndex = 6;

    // See: https://github.com/dotnet/runtime/blob/a6e4834d53ac591a4b3d4a213a8928ad685f7ad8/src/libraries/System.Net.Http/src/System/Net/Http/HttpTelemetry.cs#L106-L107
    private const int ConnectionClosed_EventId = 5;
    private const int ConnectionClosed_ConnectionIdIndex = 2;

    // See: https://github.com/dotnet/runtime/blob/a6e4834d53ac591a4b3d4a213a8928ad685f7ad8/src/libraries/System.Net.Http/src/System/Net/Http/HttpTelemetry.cs#L118-L119
    private const int RequestHeadersStart_EventId = 7;
    private const int RequestHeadersStart_ConnectionIdIndex = 0;

    protected override void OnEventSourceCreated(EventSource eventSource)
    {
        if (eventSource.Name == "System.Net.Http")
        {
            EnableEvents(eventSource, EventLevel.LogAlways);
        }
    }

    protected override void OnEventWritten(EventWrittenEventArgs eventData)
    {
        ReadOnlyCollection<object?>? payload = eventData.Payload;
        if (payload == null) return;

        switch (eventData.EventId)
        {
            case ConnectionEstablished_EventId:
                // Remember the connection data.
                long connectionId = (long)payload[ConnectionEstablished_ConnectionIdIndex]!;
                string? remoteAddress = (string?)payload[ConnectionEstablished_RemoteAddressIndex];
                if (remoteAddress != null)
                {
                    Console.WriteLine($"Connection {connectionId} established to {remoteAddress}");
                    s_connection2Endpoint.TryAdd(connectionId, remoteAddress);
                }
                break;
            case ConnectionClosed_EventId:
                connectionId = (long)payload[ConnectionClosed_ConnectionIdIndex]!;
                s_connection2Endpoint.TryRemove(connectionId, out _);
                break;
            case RequestHeadersStart_EventId:
                // Populate the async local RequestInfo with data from "ConnectionEstablished" event.
                connectionId = (long)payload[RequestHeadersStart_ConnectionIdIndex]!;
                if (s_connection2Endpoint.TryGetValue(connectionId, out remoteAddress))
                {
                    RequestInfo.Current.RemoteAddress = remoteAddress;
                    RequestInfo.Current.ConnectionId = connectionId;
                }
                break;
        }
    }
}

此外，重定向事件已扩展为包含重定向 URI：

-void Redirect();
+void Redirect(string redirectUri);

HTTP 错误代码

HttpClient 的诊断问题之一是，在发生异常时，不容易以编程方式区分错误的确切根本原因。区分其中许多的唯一方法是解析来自 HttpRequestException 的异常消息。此外，其他 HTTP 实现（例如带有 ERROR_WINHTTP_* 错误代码的 WinHTTP）以数字代码或枚举的形式提供此类功能。因此.NET 8引入了类似的枚举，并在HTTP处理抛出的异常中提供它，它们是：

dotnet/runtime#76644 API 提案中描述了 HttpRequestError 枚举的设计以及如何将其插入 HTTP 异常。

现在，HttpClient 方法的使用者可以更轻松、更可靠地处理特定的内部错误：

using HttpClient httpClient = new();

// Handling problems with the server:
try
{
    using HttpResponseMessage response = await httpClient.GetAsync("https://testserver", HttpCompletionOption.ResponseHeadersRead);
    using Stream responseStream = await response.Content.ReadAsStreamAsync();
    // Process responseStream ...
}
catch (HttpRequestException e) when (e.HttpRequestError == HttpRequestError.NameResolutionError)
{
    Console.WriteLine($"Unknown host: {e}");
    // --> Try different hostname.
}
catch (HttpRequestException e) when (e.HttpRequestError == HttpRequestError.ConnectionError)
{
    Console.WriteLine($"Server unreachable: {e}");
    // --> Try different server.
}
catch (HttpIOException e) when (e.HttpRequestError == HttpRequestError.InvalidResponse)
{
    Console.WriteLine($"Mangled responses: {e}");
    // --> Block list server.
}

// Handling problems with HTTP version selection:
try
{
    using HttpResponseMessage response = await httpClient.SendAsync(new HttpRequestMessage(HttpMethod.Get, "https://testserver")
    {
        Version = HttpVersion.Version20,
        VersionPolicy = HttpVersionPolicy.RequestVersionExact
    }, HttpCompletionOption.ResponseHeadersRead);
    using Stream responseStream = await response.Content.ReadAsStreamAsync();
    // Process responseStream ...
}
catch (HttpRequestException e) when (e.HttpRequestError == HttpRequestError.VersionNegotiationError)
{
    Console.WriteLine($"HTTP version is not supported: {e}");
    // Try with different HTTP version.
}

HTTPS 代理支持

此版本实现的最受欢迎的功能之一是支持 HTTPS 代理 (dotnet/runtime#31113)。现在可以使用代理通过 HTTPS 处理请求，这意味着与代理的连接是安全的。这并没有说明来自代理的请求本身，它仍然可以是 HTTP 或 HTTPS。如果是纯文本 HTTP 请求，与 HTTPS 代理的连接是安全的（通过 HTTPS），然后是从代理到目标的纯文本请求。如果是 HTTPS 请求（代理隧道），打开隧道的初始 CONNECT 请求将通过安全通道 (HTTPS) 发送到代理，然后通过隧道将 HTTPS 请求从代理发送到目的地。

要利用该功能，只需在设置代理时使用 HTTPS 方案即可：

using HttpClient client = new HttpClient(new SocketsHttpHandler()
{
    Proxy = new WebProxy("https://proxy.address:12345")
});

using HttpResponseMessage response = await client.GetAsync("https://httpbin.org/");

HttpClientFactory

.NET 8 扩展了配置 HttpClientFactory 的方式，包括客户端默认设置、自定义日志记录和简化的 SocketsHttpHandler 配置。这些 API 在 Microsoft.Extensions.Http 包中实现，该包可在 NuGet 上获取，并包含对 .NET Standard 2.0 的支持。因此，此功能不仅适用于 .NET 8 上的客户，而且适用于所有版本的 .NET，包括 .NET Framework（唯一的例外是仅适用于 .NET 5+ 的 SocketsHttpHandler 相关 API）。

为所有客户端设置默认值

.NET 8 添加了设置默认配置的功能，该配置将用于 HttpClientFactory (dotnet/runtime#87914) 创建的所有 HttpClient。当所有或大多数注册客户端包含相同的配置子集时，这非常有用。

考虑一个定义了两个命名客户端的示例，并且它们的消息处理程序链中都需要 MyAuthHandler。

services.AddHttpClient("consoto", c => c.BaseAddress = new Uri("https://consoto.com/"))
    .AddHttpMessageHandler<MyAuthHandler>();

services.AddHttpClient("github", c => c.BaseAddress = new Uri("https://github.com/"))
    .AddHttpMessageHandler<MyAuthHandler>();

要提取公共部分，您现在可以使用ConfigureHttpClientDefaults方法：

services.ConfigureHttpClientDefaults(b => b.AddHttpMessageHandler<MyAuthHandler>());

// both clients will have MyAuthHandler added by default
services.AddHttpClient("consoto", c => c.BaseAddress = new Uri("https://consoto.com/"));
services.AddHttpClient("github", c => c.BaseAddress = new Uri("https://github.com/"));

与 AddHttpClient 一起使用的所有 IHttpClientBuilder 扩展方法也可以在 ConfigureHttpClientDefaults 中使用。

默认配置 (ConfigureHttpClientDefaults) 在客户端特定 (AddHttpClient) 配置之前应用于所有客户端；他们在注册中的相对位置并不重要。配置HttpClientDefaults可以注册多次，在这种情况下，配置将按照注册的顺序一一应用。配置的任何部分都可以在特定于客户端的配置中覆盖或修改，例如，您可以为 HttpClient 对象或主处理程序设置其他设置，删除以前添加的其他处理程序等。

请注意，从 8.0 开始，ConfigureHttpMessageHandlerBuilder 方法已被弃用。您应该改用ConfigurePrimaryHttpMessageHandler(Action<HttpMessageHandler,IServiceProvider>) 或ConfigureAdditionalHttpMessageHandlers 方法来分别修改先前配置的主处理程序或附加处理程序列表。

// by default, adds User-Agent header, uses HttpClientHandler with UseCookies=false
// as a primary handler, and adds MyAuthHandler to all clients
services.ConfigureHttpClientDefaults(b =>
    b.ConfigureHttpClient(c => c.DefaultRequestHeaders.UserAgent.ParseAdd("HttpClient/8.0"))
     .ConfigurePrimaryHttpMessageHandler(() => new HttpClientHandler() { UseCookies = false })
     .AddHttpMessageHandler<MyAuthHandler>());

// HttpClient will have both User-Agent (from defaults) and BaseAddress set
// + client will have UseCookies=false and MyAuthHandler from defaults
services.AddHttpClient("modify-http-client", c => c.BaseAddress = new Uri("https://httpbin.org/"))

// primary handler will have both UseCookies=false (from defaults) and MaxConnectionsPerServer set
// + client will have User-Agent and MyAuthHandler from defaults
services.AddHttpClient("modify-primary-handler")
    .ConfigurePrimaryHandler((h, _) => ((HttpClientHandler)h).MaxConnectionsPerServer = 1);

// MyWrappingHandler will be inserted at the top of the handlers chain
// + client will have User-Agent, UseCookies=false and MyAuthHandler from defaults
services.AddHttpClient("insert-handler-into-chain"))
    .ConfigureAdditionalHttpMessageHandlers((handlers, _) =>
        handlers.Insert(0, new MyWrappingHandler());

// MyAuthHandler (initially from defaults) will be removed from the handler chain
// + client will still have User-Agent and UseCookies=false from defaults
services.AddHttpClient("remove-handler-from-chain"))
    .ConfigureAdditionalHttpMessageHandlers((handlers, _) =>
        handlers.Remove(handlers.Single(h => h is MyAuthHandler)));

.NET 8 Networking Improvements

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