Minimal API仅仅是在基于IHost/IHostBuilder的服务承载系统上作了小小的封装而已，它利用WebApplication和WebApplicationBuilder这两个类型提供了更加简洁的API，同时提供了与现有API的兼容。[本文节选《ASP.NET Core 6框架揭秘》第17章]

一、基础模型
二、WebApplication
三、WebApplication的构建
     1. BootstrapHostBuilder
     2. ConfigureHostBuilder
     3. ConfigureWebHostBuilder
     4. WebApplicationBuilder
四、 工厂方法

一、基础模型

对于由WebApplication和WebApplicationBuilder构建的承载模型，我们没有必要了解其实现的每一个细节，知道其大致的设计和实现原理就可以了，所以本节会采用最简洁的代码模拟这两个类型的实现。如图1所示，代表承载应用的WebApplication对象是对一个IHost对象的封装，而且该类型自身也实现了IHost接口， WebApplication对象其实还是作为一个IHost对象被启动的。作为构建这的WebApplicationBuilder则是对一个IHostBuilder对象的封装，它对WebApplication对象的构建体现在利用封装的IHostBuilder对象构建一个对应的IHost对象，最终利用后者将WebApplication对象创建出来。

图17-8　完整的请求处理管道

二、WebApplication

WebApplication类型不仅仅实现了IHost接口，还同时实现IApplicationBuilder接口，所以中间件可以直接注册到这个对象上的。该类型还实现了IEndpointRouteBuilder接口，所以我们还能利用它进行路由注册，我们在20章才会涉及到路由，所以我们现在先忽略针对该接口的实现。下面的代码模拟WebApplication类型的实现。如代码片段所示，WebApplication的构造函数定义了一个IHost类型的参数，它利用这个对象完成了对IHost接口所有成员的实现，针对IApplicationBuilder接口成员的实现则利用创建的ApplicationBuilder对象来完成。WebApplication还提供了一个BuildRequestDelegate方法利用这个ApplicationBuilder对象完成了对中间件管道的构建。

public class WebApplication : IApplicationBuilder, IHost
{private readonly IHost _host;private readonly ApplicationBuilder _app;public WebApplication(IHost host){_host = host;_app = new ApplicationBuilder(host.Services);}IServiceProvider IHost.Services => _host.Services;Task IHost.StartAsync(CancellationToken cancellationToken) => _host.StartAsync(cancellationToken);Task IHost.StopAsync(CancellationToken cancellationToken) => _host.StopAsync(cancellationToken);IServiceProvider IApplicationBuilder.ApplicationServices { get => _app.ApplicationServices; set => _app.ApplicationServices = value; }IFeatureCollection IApplicationBuilder.ServerFeatures => _app.ServerFeatures;IDictionary<string, object?> IApplicationBuilder.Properties => _app.Properties;RequestDelegate IApplicationBuilder.Build() => _app.Build();IApplicationBuilder IApplicationBuilder.New() => _app.New();IApplicationBuilder IApplicationBuilder.Use(Func<RequestDelegate, RequestDelegate> middleware) => _app.Use(middleware);void IDisposable.Dispose() => _host.Dispose();public IServiceProvider Services => _host.Services;internal RequestDelegate BuildRequestDelegate() => _app.Build();...
}

WebApplication额外定义了如下的RunAsync和Run方法，它们分别以异步和同步方式启动承载的应用。调用这两个方法的时候可以指定监听地址，指定的地址被添加到IServerAddressesFeature特性中，而服务器正式利用这个特性来提供监听地址的。

public class WebApplication : IApplicationBuilder, IHost
{private readonly IHost _host;public ICollection<string> Urls => _host.Services.GetRequiredService<IServer>().Features.Get<IServerAddressesFeature>()?.Addresses ?? throw new InvalidOperationException("IServerAddressesFeature is not found.");public Task RunAsync(string? url = null){Listen(url);return HostingAbstractionsHostExtensions.RunAsync(this);}public void Run(string? url = null){Listen(url);HostingAbstractionsHostExtensions.Run(this);}private void Listen(string? url){if (url is not null){var addresses = _host.Services.GetRequiredService<IServer>().Features.Get<IServerAddressesFeature>()?.Addresses ?? throw new InvalidOperationException("IServerAddressesFeature is not found.");addresses.Clear();addresses.Add(url);}}...
}

三、WebApplication的构建

要创建一个WebApplication对象，只需要提供一个对应的IHost对象即可。IHost对象是通过IHostBuilder对象构建的，所以WebApplicationBuilder需要一个IHostBuilder对象，具体来说是一个HostBuilder对象。我们针对WebApplicationBuilder对象所作的一切设置最终都需要转移到这个HostBuilder对象上才能生效。为了提供更加简洁的API，WebApplicationBuilder类型提供了一系列的属性。比如它利用Serrvices属性提供了可以直接进行服务注册的IServiceCollection集合，利用Environment属性提供了表示当前承载环境的IWebHostEnvironment对象，利用Configuration属性提供的ConfigurationManager对象不仅可以作为IConfigurationBuilder对象帮助我们完成对配置系统的一切设置，它自身也可以作为IConfiguration对象为我们提供配置。

WebApplicationBuilder还定义了Host和WebHost属性，对应类型为ConfigureHostBuilder和ConfigureWebHostBuilder，它们分别实现了IHostBuilder和IWebHostBuilder接口，其目的是为了复用IHostBuilder和IWebHostBuilder接口承载的API（主要是扩展方法）。为了会尽可能使用现有方法对IHostBuilder对象进行初始化设置，它还使用了一个实现了IHostBuilder接口的BootstrapHostBuilder类型。有这些对象组成了WebApplicationBuilder针对HostBuilder的构建模型。如图2所示，WebApplicationBuilder的所有工作都是为了构建它封装的HostBuilder对象。

当WebApplicationBuilder初始化的时候，它除了会创建这个HostBuilder对象，还会创建存储服务注册的IServiceCollection对象，以及用来对配置进行设置的ConfigurationManager对象。接下来它会创建一个BootstrapHostBuilder对象，并将它参数调用相应的方法（比如ConfigureWebHostDefaults方法）将初始化设置收集起来，收集的服务注册和针对配置系统的设置分别转移到创建的IServiceCollection和ConfigurationManager对象中，其他设置直接应用到封装的HostBuilder对象上。

图2 HostBuilder构建模型

WebApplicationBuilder在此之后会创建出代表承载环境的IWebHostEnvironment对象，并对Environment属性进行初始化。在得到表示承载上下文的WebHostBuilderContext对象之后，上述的ConfigureHostBuilder和ConfigureWebHostBuilder对象被创建出来，并赋值给Host和WebHost属性。与BootstrapHostBuilder作用类似，我们利用这两个对象所作的设置最终都会转移到上述的三个对象中。当WebApplicationBuilder进行WebApplication对象构建的时候，IServiceCollection对象存储的服务注册和ConfigurationManager对象承载配置最终转移到HostBuilder对象上。此时再利用后者构建出对应的IHost对象，代表承载应用的WebApplication对象最终由该对象构建出来。

1. BootstrapHostBuilder

如下所示的是我们模拟的BootstrapHostBuilder类型的定义。正如上面所说，这个它的作用是收集初始化IHostBuilder对象提供的设置并将它们分别应用到指定的IServiceCollection、ConfigurationManager和IHostBuilder对象上。这一使命体现在BootstrapHostBuilder的Apply方法上，该方法还通过一个输出参数返回创建的HostBuilderContext上下文。

public class BootstrapHostBuilder : IHostBuilder
{private readonly List<Action<IConfigurationBuilder>> _configureHostConfigurations = new();private readonly List<Action<HostBuilderContext, IConfigurationBuilder>> _configureAppConfigurations = new();private readonly List<Action<HostBuilderContext, IServiceCollection>> _configureServices = new();private readonly List<Action<IHostBuilder>> _others = new();public IDictionary<object, object> Properties { get; } = new Dictionary<object, object>();public IHost Build() => throw new NotImplementedException();public IHostBuilder ConfigureHostConfiguration(Action<IConfigurationBuilder> configureDelegate){_configureHostConfigurations.Add(configureDelegate);return this;}public IHostBuilder ConfigureAppConfiguration(Action<HostBuilderContext, IConfigurationBuilder> configureDelegate){_configureAppConfigurations.Add(configureDelegate);return this;}public IHostBuilder ConfigureServices(Action<HostBuilderContext, IServiceCollection> configureDelegate){_configureServices.Add(configureDelegate);return this;}public IHostBuilder UseServiceProviderFactory<TContainerBuilder>(IServiceProviderFactory<TContainerBuilder> factory){_others.Add(builder => builder.UseServiceProviderFactory(factory));return this;}public IHostBuilder UseServiceProviderFactory<TContainerBuilder>(Func<HostBuilderContext, IServiceProviderFactory<TContainerBuilder>> factory){_others.Add(builder => builder.UseServiceProviderFactory(factory));return this;}public IHostBuilder ConfigureContainer<TContainerBuilder>(Action<HostBuilderContext, TContainerBuilder> configureDelegate){_others.Add(builder => builder.ConfigureContainer(configureDelegate));return this;}internal void Apply(IHostBuilder hostBuilder, ConfigurationManager configuration,IServiceCollection services, out HostBuilderContext builderContext){// 初始化针对宿主的配置var hostConfiguration = new ConfigurationManager();_configureHostConfigurations.ForEach( it => it(hostConfiguration));// 创建承载环境var environment = new HostingEnvironment(){ApplicationName = hostConfiguration[HostDefaults.ApplicationKey],EnvironmentName = hostConfiguration[HostDefaults.EnvironmentKey] ?? Environments.Production,ContentRootPath = HostingPathResolver.ResolvePath(hostConfiguration[HostDefaults.ContentRootKey])};environment.ContentRootFileProvider = new PhysicalFileProvider(environment.ContentRootPath);// 创建HostBuilderContext上下文var hostContext = new HostBuilderContext(Properties){Configuration = hostConfiguration,HostingEnvironment = environment,};// 将针对宿主的配置添加到ConfigurationManager中configuration.AddConfiguration(hostConfiguration, true);// 初始化针对应用的配置_configureAppConfigurations.ForEach( it => it(hostContext, configuration));// 收集服务注册_configureServices.ForEach( it => it(hostContext, services));// 将针对依赖注入容器的设置应用到指定的IHostBuilder对象上_others.ForEach(it => it(hostBuilder));// 将自定义属性转移到指定的IHostBuilder对象上foreach (var kv in Properties){hostBuilder.Properties[kv.Key] = kv.Value;}builderContext = hostContext;}
}

除了Build方法，IHostBuilder接口中定义的所有方法的参数都是委托，所以实现的这些方法将提供的委托收集起来。在Apply方法中，我们通过执行这些委托对象，将初始化设置应用到指定的IServiceCollection、ConfigurationManager和IHostBuilder对象上，并根据初始化宿主配置构建出代表承载环境的HostingEnvironment对象。该方法最后根据承载环境结合配置将HostBuilderContext上下文创建出来，并以输出参数的形式返回。

internal static class HostingPathResolver
{public static string ResolvePath(string? contentRootPath) => ResolvePath(contentRootPath, .BaseDirectory);public static string ResolvePath(string? contentRootPath, string basePath) => string.IsNullOrEmpty(contentRootPath)? Path.GetFullPath(basePath): Path.IsPathRooted(contentRootPath)? Path.GetFullPath(contentRootPath): Path.GetFullPath(Path.Combine(Path.GetFullPath(basePath), contentRootPath));
}

2. ConfigureHostBuilder

ConfigureHostBuilder是在应用了BootstrapHostBuilder收集的初始化设置之后创建的，在创建该对象时提供了HostBuilderContext上下文， ConfigurationManager和IServiceCollection对象。提供的服务注册直接添加到IServiceCollection对象中，针对配置的设置已经应用到ConfigurationManager对象，直接针对IHostBuilder对象的设置则利用_configureActions字段暂存起来。

public class ConfigureHostBuilder : IHostBuilder
{private readonly ConfigurationManager _configuration;private readonly IServiceCollection _services;private readonly HostBuilderContext _context;private readonly List<Action<IHostBuilder>> _configureActions = new();internal ConfigureHostBuilder(HostBuilderContext context, ConfigurationManager configuration, IServiceCollection services){_configuration = configuration;_services = services;_context = context;}public IDictionary<object, object> Properties => _context.Properties;public IHost Build() => throw new NotImplementedException();public IHostBuilder ConfigureAppConfiguration(Action<HostBuilderContext, IConfigurationBuilder> configureDelegate)=> Configure(() => configureDelegate(_context, _configuration));public IHostBuilder ConfigureHostConfiguration(Action<IConfigurationBuilder> configureDelegate){var applicationName = _configuration[HostDefaults.ApplicationKey];var contentRoot = _context.HostingEnvironment.ContentRootPath;var environment = _configuration[HostDefaults.EnvironmentKey];configureDelegate(_configuration);// 与环境相关的三个配置不允许改变Validate(applicationName, HostDefaults.ApplicationKey, "Application name cannot be changed.");Validate(contentRoot, HostDefaults.ContentRootKey, "Content root cannot be changed.");Validate(environment, HostDefaults.EnvironmentKey, "Environment name cannot be changed.");return this;void Validate(string previousValue, string key, string message){if (!string.Equals(previousValue, _configuration[key], StringComparison.OrdinalIgnoreCase)){throw new NotSupportedException(message);}}}public IHostBuilder ConfigureServices(Action<HostBuilderContext, IServiceCollection> configureDelegate)=> Configure(() => configureDelegate(_context, _services));public IHostBuilder UseServiceProviderFactory<TContainerBuilder>(IServiceProviderFactory<TContainerBuilder> factory)=> Configure(() => _configureActions.Add(b => b.UseServiceProviderFactory(factory)));public IHostBuilder UseServiceProviderFactory<TContainerBuilder>(Func<HostBuilderContext, IServiceProviderFactory<TContainerBuilder>> factory)=> Configure(() => _configureActions.Add(b => b.UseServiceProviderFactory(factory)));public IHostBuilder ConfigureContainer<TContainerBuilder>(Action<HostBuilderContext, TContainerBuilder> configureDelegate)=> Configure(() => _configureActions.Add(b => b.ConfigureContainer(configureDelegate)));private IHostBuilder Configure(Action configure){configure();return this;}internal void Apply(IHostBuilder hostBuilder) => _configureActions.ForEach(op => op(hostBuilder));
}

WebApplicationBuilder对象一旦被创建出来后，针对承载环境的配置是不能改变的，所以ConfigureHostBuilder的ConfigureHostConfiguration方法针对此添加了相应的验证。两个UseServiceProviderFactory方法和ConfigureContainer方法针对依赖注入容器的设置最终需要应用到IHostBuilder对象上，所以我们将方法中提供的委托对象利用configureActions字段存起来，并最终利用Apply方法应用到指定的IHostBuilder对象上。

3. ConfigureWebHostBuilder

ConfigureWebHostBuilder同样是在应用了BootstrapHostBuilder提供的初始化设置后创建的，创建该对象时能够提供WebHostBuilderContext上下文和承载配置和服务注册的ConfigurationManager和IServiceCollection对象。由于IWebHostBuilder接口定义的方法只涉及服务注册和针对配置的设置，所以方法提供的委托对象可以直接应用到这两个对象上。

public class ConfigureWebHostBuilder : IWebHostBuilder, ISupportsStartup
{private readonly WebHostBuilderContext _builderContext;private readonly IServiceCollection _services;private readonly ConfigurationManager _configuration;public ConfigureWebHostBuilder(WebHostBuilderContext builderContext, ConfigurationManager configuration, IServiceCollection services){_builderContext = builderContext;_services = services;_configuration = configuration;}public IWebHost Build() => throw new NotImplementedException();public IWebHostBuilder ConfigureAppConfiguration(Action<WebHostBuilderContext, IConfigurationBuilder> configureDelegate) => Configure(() => configureDelegate(_builderContext, _configuration));public IWebHostBuilder ConfigureServices(Action<IServiceCollection> configureServices) => Configure(() => configureServices(_services));public IWebHostBuilder ConfigureServices(Action<WebHostBuilderContext, IServiceCollection> configureServices) => Configure(() => configureServices(_builderContext, _services));public string? GetSetting(string key) => _configuration[key];public IWebHostBuilder UseSetting(string key, string? value) => Configure(() => _configuration[key] = value);IWebHostBuilder ISupportsStartup.UseStartup(Type startupType) => throw new NotImplementedException();IWebHostBuilder ISupportsStartup.UseStartup<TStartup>(Func<WebHostBuilderContext, TStartup> startupFactory) => throw new NotImplementedException();IWebHostBuilder ISupportsStartup.Configure(Action<IApplicationBuilder> configure) => throw new NotImplementedException();IWebHostBuilder ISupportsStartup.Configure(Action<WebHostBuilderContext, IApplicationBuilder> configure) => throw new NotImplementedException();private IWebHostBuilder Configure(Action configure){configure();return this;}
}

我们在前面说过，传统承载方式将初始化操作定义在注册的Startup类型的编程方式在Minima API中已经不再被支持了，所以WebApplicationBuilder本不该实现ISupportsStartup接口，但是我们希望用户在采用这种编程方式时得到显式的提醒，所以依然让它实现该接口，并在实现的方法中抛出NotImplementedException类型的异常。

4. WebApplicationBuilder

如下的代码片段模拟了WebApplicationBuilder针对WebApplication的构建。它的构造函数会创建一个BootstrapHostBuilder对象，调用它的ConfigureDefaults和ConfigureWebHostDefaults扩展方法将初始化设置收集起来。ConfigureWebHostDefaults方法会利用提供的Action<IWebHostBuilder>委托进行中间件的注册，由于中间件的注册被转移到WebApplication对象上，并且它提供了一个BuildRequestDelegate方法返回由注册中间件组成的管道，所以在这里只需调用构建的WebApplication对象（通过_application字段表示，虽然此时尚未创建，但是中间件真正被注册时会被创建出来）的这个方法，并将返回的RequestDelegate对象作为参数调用IApplicationBuilder接口的Run方法将中间件管道注册为请求处理器。

public class WebApplicationBuilder
{private readonly HostBuilder _hostBuilder = new HostBuilder();private WebApplication _application;public ConfigurationManager Configuration { get; }  = new ConfigurationManager();public IServiceCollection Services { get; }  = new ServiceCollection();public IWebHostEnvironment Environment { get; }public ConfigureHostBuilder Host { get; }public ConfigureWebHostBuilder WebHost { get; }public ILoggingBuilder Logging { get; }public WebApplicationBuilder(WebApplicationOptions options){//创建BootstrapHostBuilder并利用它收集初始化过程中设置的配置、服务和针对依赖注入容器的设置var args = options.Args;var bootstrap = new BootstrapHostBuilder();bootstrap.ConfigureDefaults(null).ConfigureWebHostDefaults(webHostBuilder => webHostBuilder .Configure(app => app.Run(_application.BuildRequestDelegate()))).ConfigureHostConfiguration(config => {// 添加命令行配置源if (args?.Any() == true){config.AddCommandLine(args);}// 将WebApplicationOptions配置选项转移到配置中Dictionary<string, string>? settings = null;if (options.EnvironmentName is not null)  (settings ??= new())[HostDefaults.EnvironmentKey]   = options.EnvironmentName;if (options.ApplicationName is not null)   (settings ??= new())[HostDefaults.ApplicationKey]   = options.ApplicationName;if (options.ContentRootPath is not null)   (settings ??= new())[HostDefaults.ContentRootKey]   = options.ContentRootPath;if (options.WebRootPath is not null)   (settings ??= new())[WebHostDefaults.WebRootKey]   = options.EnvironmentName;if (settings != null){config.AddInMemoryCollection(settings);}});// 将BootstrapHostBuilder收集到配置和服务转移到Configuration和Services上// 将应用到BootstrapHostBuilder上针对依赖注入溶质的设置转移到_hostBuilder上// 得到BuilderContext上下文bootstrap.Apply(_hostBuilder, Configuration,  Services, out var builderContext);// 如果提供了命令行参数，在Configuration上添加对应配置源if (options.Args?.Any() == true){Configuration.AddCommandLine(options.Args);}// 构建WebHostBuilderContext上下文// 初始化Host、WebHost和Logging属性var webHostContext = (WebHostBuilderContext)builderContext  .Properties[typeof(WebHostBuilderContext)];Environment = webHostContext.HostingEnvironment;Host = new ConfigureHostBuilder( builderContext, Configuration, Services);WebHost = new ConfigureWebHostBuilder( webHostContext, Configuration, Services);Logging = new LogginigBuilder(Services);}public WebApplication Build(){// 将ConfigurationManager的配置转移到_hostBuilder_hostBuilder.ConfigureAppConfiguration(builder =>{builder.AddConfiguration(Configuration);foreach (var kv in  ((IConfigurationBuilder)Configuration).Properties){builder.Properties[kv.Key] = kv.Value;}});// 将添加的服务注册转移到_hostBuilder_hostBuilder.ConfigureServices((_, services) =>{foreach (var service in Services){services.Add(service);}});// 将应用到Host属性上的设置转移到_hostBuilderHost.Apply(_hostBuilder);// 利用_hostBuilder构建的IHost对象创建WebApplicationreturn _application = new WebApplication(_hostBuilder.Build());}
}

接下来BootstrapHostBuilder的ConfigureHostConfiguration方法被调用，我们利用它将提供的WebApplicationOptions配置选项转移到BootstrapHostBuilder针对宿主的配置上。针对IHostBuilder初始化设置应用到BootstrapHostBuilder对象上之后，我们调用其Apply方法将这些设置分别转移到承载服务注册和配置的IServiceCollection和ConfigurationManager对象，以及封装的HostBuilder对象上。Apply方法利用输出参数提供了HostBuilderContext上下文，我们进一步从中提取出WebHostBuilderContext上下文（GenericWebHostBuilder会将构建的WebHostBuilderContext上下文置于HostBuilderContext对象的属性字典中）。我们利用这个上下文将ConfigureHostBuilder和ConfigureWebHostBuilder对象创建出来，并作为Host和WebHost属性。用于对日志做进一步设置的Logging属性也在这里被初始化，返回的LoggingBuilder对象仅仅是对IServiceCollection对象的简单封装而已。

构建WebApplication对象的Build方法分别调用ConfigureAppConfiguration和ConfigureServices方法将ConfigurationManager和IServiceCollection对象承载的配置和服务注册转移到HostBuilder对象上。它接下来提取出Host属性返回的ConfigureHostBuilder对象，并调用其Apply方法将应用在该对象上针对依赖注入容器的设置转移到HostBuilder对象上。至此所有的设置全部转移到了HostBuilder对象上，我们调用其Build方法构建出对应的IHost对象后，最后利用后者将代码承载应用的WebApplication对象构建出来。我们将这个对象赋值到_application字段上，前面调用ConfigureWebHostDefaults扩展方法提供的委托会将它的BuildRequestDelegate方法构建的中间件管道作为请求处理器。

四、 工厂方法

代表承载应用的WebApplication对象由WebApplicationBuilder构建的，但是我们一般不会通过调用构造函数的方式来创建WebApplicationBuilder对象，这有违“面向接口”编程的原则，所以我们都会使用WebApplication类型提供的静态工厂方法来创建它。WebApplication除了提供了三个用于创建WebApplicationBuilder的CreateBuilder方法重载，还提供了一个直接创建WebApplication对象的Create方法。

public sealed class WebApplication
{public static WebApplicationBuilder CreateBuilder() => new WebApplicationBuilder(new WebApplicationOptions());public static WebApplicationBuilder CreateBuilder(string[] args){var options = new WebApplicationOptions();options.Args = args;return new WebApplicationBuilder(options);}public static WebApplicationBuilder CreateBuilder(WebApplicationOptions options) => new WebApplicationBuilder(options, null);public static WebApplication Create(string[]? args = null){var options = new WebApplicationOptions();options.Args = args;return new WebApplicationBuilder(options).Build();}
}

本节内容通过针对WebApplication和WebApplicationBuilder这两个类型的实现模拟来讲解Minimal API的实现原理。一方面为了让讲解更加清晰，另一方面也出于篇幅的限制，不得不省去很多细枝末节的内容，但是设计思想和实现原理别无二致。上面提供的源代码也不是伪代码，如下所示的就是在“模拟的Minimal API”构建的ASP.NET Core应用，它是可以正常运行的。如果读者朋友们对真实的实现感兴趣，可以将它作为一个“向导”去探寻“真实的Minimal API”。

var app = App.WebApplication.Create();
app.Run(httpContext => httpContext.Response.WriteAsync("Hello World!"));
app.Run();