【翻译】ASP.NET Web API 2 中的全局错误处理

原文链接 Global Error Handling in ASP.NET Web API 2
由于翻译水平有限，如果感觉翻译不通顺的地方，请对照原文，如果有翻译错误，还请不吝指正，共同进步！

直到今天在 Web API 中也没有一种简单的方式来记录或处理全局的错误。一些未处理的异常可以通过 Exception Filters 处理，但是还有许多 Exception Filters 不能处理的情况。例如：

来自 Controller 构造器的异常。
来自 Message Handlers 的异常。
匹配路由过程中的异常
在序列化响应内容期间产生的异常

我们想提供一种简单、一致的方法去记录和处理（在可能的情况下）这些异常。

处理异常有两种主要的情形：发送一个包含错误消息的响应，或者用日志记录异常。后者的一个例子是异常在将响应内容转换为网络流时被抛出，在这种情况下，发送一个新的响应消息已经晚了，因为状态码、响应头和内容部分已经确定下来了，于是我们只能粗暴地终止连接。即使异常不能作为一个新的响应消息去处理，我们仍然支持记录异常。一旦我们检测到一个错误，我们可以返回一个适当的错误响应，如下所示：

public IHttpActionResult GetProduct(int id)
{
    var product = products.FirstOrDefault((p) => p.Id == id);
    if (product == null)
    {
        return NotFound();
    }
    return Ok(product);
}

已存在的选项

除了 exception filters，message handlers 也可以用来观察所有 500 级别的响应，但是对这些响应做更改却是困难的，因为它们缺少关于原始错误的上下文。对于能处理的异常情况， message handlers 也存在一些和 exception filters 同样的限制。
尽管Web API 的具有可以捕获错误的跟踪基础架构，但跟踪基础架构用于诊断目的，不是设计用来或不适用于在生产环境中运行。
应该提供这样的全局异常处理和日志记录，它们可以在生产环境中运行，并且可以添加到现有的监控解决方案（例如， ELMAH）。

解决方案预览

我们提供两种新的用户可替换的方案， IExceptionLogger 和 IExceptionHandler，去记录和处理未处理的异常。这两个方案很相似，但是有两个区别：

支持注册多个 Exception Loggers，但是只能有一个 ExceptionHandler。
Exception Loggers 总是会被调用，即使我们即将终止请求。 Exception Handlers 只在当我们仍然可以选择要发送的响应消息时被调用。

两种服务都提供访问包含检测到异常时的关键信息的异常上下文，特别是 HttpRequestMessage.aspx)，HttpRequestContext.aspx)，抛出的异常和异常来源（详情往下看）。

设计原则

没有重大更改 因为这个功能将要被添加到次要版本中，一个影响解决方案的重要约束是不能有重大更改，无论是对原有类型定义还是行为。这个约束条件使我们放弃了一些清理工作，即在现有的catch块中将异常转换为500响应（in terms of existing catch blocks turning exceptions into 500 responses）。我们可能会考虑在下个主版本中加入这个额外的清理功能。如果你觉得这个功能很重要，可以在 ASP.NET Web API user voice 投票。
保持 Web API 架构一致性Web API的过滤器管道是一种处理跨领域问题的好方法，可以灵活地在特定于操作，控制器或全局范围内应用逻辑。包括异常过滤器在内，即使注册在全局范围，过滤器总是有 action 和 controller 的上下文，。这个契约对过滤器有用，但是又意味着异常过滤器即使注册在全局范围内，对一些异常情况也并不适用，例如来自 message handlers 的异常，不存在 action 或 controller 的上下文。如果我们想利用过滤器提供的灵活性去处理异常，我们就仍然需要它。但是如果我们需要在一个 controller 上下文之外处理异常，我们也需要一个和全局错误处理程序分离的结构（一些没有 controller 和 action 上下文约束的东西）。

什么时候去用

Exception loggers 是查看 Web API 捕获的所有未处理的异常的解决方案。
Exception handlers 是定制 Web API 捕获的所有未处理的异常的可能响应的解决方案。
Exception filters 是处理与特定 action 或 controller 相关的未处理异常子集的最简单的解决方案。

方案详情

异常日志记录器和处理程序服务接口是简单的异步方法，带有各自的上下文。

public interface IExceptionLogger
{
   Task LogAsync(ExceptionLoggerContext context, 
                 CancellationToken cancellationToken);
}

public interface IExceptionHandler
{
   Task HandleAsync(ExceptionHandlerContext context, 
                    CancellationToken cancellationToken);
}

我们还为这两个接口提供基类。覆盖核心方法（异步或非异步）是必要的，这样就可以在推荐的时间去记录日志或做一些处理。用于记录的 ExceptionLogger 基类会确保核心方法对每个异常只被调用一次（即使它稍后在调用堆栈中进一步传播并再次被捕获）。 ExceptionHandler 基类将调用核心处理方法，并且只处理调用堆栈栈顶的异常，忽略旧的嵌套的catch块。（这些基类的简化版本在下文附录部分）
IExceptionLogger 和 IExceptionHandler 都通过 ExceptionContext 接收有关异常的信息。

public class ExceptionContext
{
   public Exception Exception { get; set; }

   public HttpRequestMessage Request { get; set; }

   public HttpRequestContext RequestContext { get; set; }

   public HttpControllerContext ControllerContext { get; set; }

   public HttpActionContext ActionContext { get; set; }

   public HttpResponseMessage Response { get; set; }

   public string CatchBlock { get; set; }

   public bool IsTopLevelCatchBlock { get; set; }
}

当框架调用一个 exception logger 或一个 exception handler时，它总是会提供一个 Exception 和一个 Request 。此外为了单元测试，它还会一直提供一个 RequestContext。它很少会提供 ControllerContext 和 ActionContext （只有当从catch块调用异常过滤器时），也很少会提供 Response （只有在某些 IIS 的情况下，在中间尝试写响应）。需要注意的是，由于其中一些属性可能是 null ，它是由使用者在访问异常类的属性之前检查 null 。 CatchBlock 是一个字符串，用来表示哪个catch块查看到异常。 catch block 字符串有如下值：

HttpServer（SendAsync 方法）
HttpControllerDispatcher（SendAsync 方法）
HttpBatchHandler（SendAsync 方法）
OWIN host：
- HttpMessageHandlerAdapter.BufferResponseContentAsync (for buffering output)
- HttpMessageHandlerAdapter.CopyResponseContentAsync (for streaming output)
Web host:
- HttpControllerHandler.WriteBufferedResponseContentAsync (for buffering output)
- HttpControllerHandler.WriteStreamedResponseContentAsync (for streaming output)
- HttpControllerHandler.WriteErrorResponseContentAsync (for failures in error recovery under buffered output mode)

catch 块字符串列表也可通过静态只读属性访问（核心的 catch 块字符串在静态类 ExceptionCatchBlocks 中，其余的分别定义在针对 OWIN 托管和 Web 托管的静态类中）。
IsTopLevelCatchBlock 有助于遵守异常处理时的推荐模式，即只处理调用堆栈顶部的异常。
exception handler 允许异常传播，直到它们即将被宿主看到，而不是在任何地方就将异常转换为500响应。

除了 ExceptionContext 之外，日志记录器还通过 ExceptionLoggerContext 获取更多信息。

public class ExceptionLoggerContext
{
   public ExceptionContext ExceptionContext { get; set; }
   public bool CanBeHandled { get; set; }
}

第二个属性 CanBeHandled 允许一个日志记录器识别一个不能被处理的异常。当连接即将被终止并且没有新的响应消息被发送时，记录器就会被调用，但是处理程序不会被调用，而日志记录器就可以利用这个属性识别这个场景。

除了 ExceptionContext 之外，异常处理程序还从 ExceptionHandlerContext 中获取更多它能够设置的属性去处理异常：

public class ExceptionHandlerContext
{
   public ExceptionContext ExceptionContext { get; set; }
   public IHttpActionResult Result { get; set; }
}

一个异常处理程序通过设置 Result 属性为一个 action result 来表示它已经处理过一个异常了，比如一个 ExceptionResult.aspx)，InternalServerErrorResult.aspx)，StatusCodeResult.aspx) 或者一个自定义result。如果 Result 属性是 null，那么这个异常不被处理并且会抛出最原始的异常。

对于调用堆栈顶部的异常，我们采取了额外的步骤，以确保响应适合API调用者。如果异常传播到宿主，调用者将看到报错的黄色页面或一些其他宿主提供的响应，通常是HTML，通常不是合适的API错误响应。在这些情况下，结果从非空开始，并且只有当自定义异常处理程序显式地将其设置为空（未处理）时，异常才会传播到宿主。在这种情况下将 Result 设置为 null 对于两种情况可能有用：

OWIN托管Web API与在Web API之前/之外注册的自定义异常处理中间件。
通过浏览器进行本地调试，其中报错的黄色页面实际上是对未处理异常的有帮助的响应。

对于 exception loggers 和 exception handlers 自身抛出的异常，我们不会做任何恢复（除了让异常传播，你也可以在页面底部留下你更好的方法）。 exception loggers 和 exception handlers 的契约设计是它们不应该让异常传播到它们的调用者，否则的话异常会一直传播到宿主，并返回给客户端一个HTML错误（像 ASP.NET 的黄色报错页面），而这一般并不是API调用者期待的 JSON 或 XML 。

PS. contract 契约，有本书名叫《Design by contract》翻译为《契约式设计》，有评论认为

“在我看来Design by contract不是一种编程范型，它是一种设计风格，一种语法规范，甚至是个商标

这里我个人觉得可以理解为一种设计风格。

参考：维基百科契约式设计知乎讨论怎样解释 Design by Contract (契约式设计)?

示例

追踪 Exception Logger

以下的 exception logger 将异常数据发送给 Trace 源（包括Visual Sutido 中的调试输出窗口）。

class TraceExceptionLogger : ExceptionLogger
{
    public override void LogCore(ExceptionLoggerContext context)
    {
        Trace.TraceError(context.ExceptionContext.Exception.ToString());
    }
}

自定义错误消息异常处理程序

以下代码给客户端产生一个自定义的错误响应，包含一个联系支持的邮箱地址。

class OopsExceptionHandler : ExceptionHandler
{
    public override void HandleCore(ExceptionHandlerContext context)
    {
        context.Result = new TextPlainErrorResult
        {
            Request = context.ExceptionContext.Request,
            Content = "Oops! Sorry! Something went wrong." +
                      "Please contact [email protected] so we can try to fix it."
        };
    }

    private class TextPlainErrorResult : IHttpActionResult
    {
        public HttpRequestMessage Request { get; set; }

        public string Content { get; set; }

        public Task<HttpResponseMessage> ExecuteAsync(CancellationToken cancellationToken)
        {
            HttpResponseMessage response = 
                             new HttpResponseMessage(HttpStatusCode.InternalServerError);
            response.Content = new StringContent(Content);
            response.RequestMessage = Request;
            return Task.FromResult(response);
        }
    }
}

如何使用定制 ExceptionLogger 和 ExceptionHandler

添加定制 ExceptionLogger 如下：

webConfiguration.Services.Add(typeof(IExceptionLogger), new MyExceptionLogger());

添加定制 Exception Handler 如下：

webConfiguration.Services.Replace(typeof(IExceptionHandler), new MyExceptionHandler());

只能用 Replace() 方法因为 Web API 仅支持一个 handler。

PS. 其中 webConfiguration 是 System.Web.Http.HttpConfiguration 的一个实例。

附录：基类详情

public class ExceptionLogger : IExceptionLogger
{
    public virtual Task LogAsync(ExceptionLoggerContext context, 
                                 CancellationToken cancellationToken)
    {
        if (!ShouldLog(context))
        {
            return Task.FromResult(0);
        }

        return LogAsyncCore(context, cancellationToken);
    }

    public virtual Task LogAsyncCore(ExceptionLoggerContext context, 
                                     CancellationToken cancellationToken)
    {
        LogCore(context);
        return Task.FromResult(0);
    }

    public virtual void LogCore(ExceptionLoggerContext context)
    {
    }

    public virtual bool ShouldLog(ExceptionLoggerContext context)
    {
        IDictionary exceptionData = context.ExceptionContext.Exception.Data;

        if (!exceptionData.Contains("MS_LoggedBy"))
        {
            exceptionData.Add("MS_LoggedBy", new List<object>());
        }

        ICollection<object> loggedBy = ((ICollection<object>)exceptionData[LoggedByKey]);

        if (!loggedBy.Contains(this))
        {
            loggedBy.Add(this);
            return true;
        }
        else
        {
            return false;
        }
    }
}

public class ExceptionHandler : IExceptionHandler
{
    public virtual Task HandleAsync(ExceptionHandlerContext context, 
                                    CancellationToken cancellationToken)
    {
        if (!ShouldHandle(context))
        {
            return Task.FromResult(0);
        }

        return HandleAsyncCore(context, cancellationToken);
    }

    public virtual Task HandleAsyncCore(ExceptionHandlerContext context, 
                                       CancellationToken cancellationToken)
    {
        HandleCore(context);
        return Task.FromResult(0);
    }

    public virtual void HandleCore(ExceptionHandlerContext context)
    {
    }

    public virtual bool ShouldHandle(ExceptionHandlerContext context)
    {
        return context.ExceptionContext.IsOutermostCatchBlock;
    }
}

ASP.NET Web API 2 中的全局错误处理

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自定义错误消息异常处理程序

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