وحید نصیری وحید نصیری
مطالب
امن سازی برنامه‌های ASP.NET Core توسط IdentityServer 4x - قسمت چهاردهم- آماده شدن برای انتشار برنامه
در «قسمت دهم- ذخیره سازی اطلاعات کاربران IDP در بانک اطلاعاتی»، اطلاعات TestUser تنظیم شده‌ی در کلاس Config برنامه‌ی IDP را به بانک اطلاعاتی منتقل کردیم که در نتیجه‌ی آن سه جدول Users، UserClaims و UserLogins، تشکیل شدند. در اینجا می‌خواهیم سایر قسمت‌های کلاس Config را نیز به بانک اطلاعاتی منتقل کنیم.


تنظیم مجوز امضای توکن‌های IDP 

namespace DNT.IDP
{
    public class Startup
    {
        public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
        {
            services.AddIdentityServer()
                .AddDeveloperSigningCredential()
                .AddCustomUserStore()
                .AddInMemoryIdentityResources(Config.GetIdentityResources())
                .AddInMemoryApiResources(Config.GetApiResources())
                .AddInMemoryClients(Config.GetClients());
تا اینجا تنظیمات کلاس آغازین برنامه چنین شکلی را دارد که AddCustomUserStore آن‌را در قسمت دهم به آن افزودیم.
مرحله‌ی بعد، تغییر AddDeveloperSigningCredential به یک نمونه‌ی واقعی است. استفاده‌ی از روش فعلی آن چنین مشکلاتی را ایجاد می‌کند:
- اگر برنامه‌ی IDP را در سرورهای مختلفی توزیع کنیم و این سرورها توسط یک Load balancer مدیریت شوند، هر درخواست رسیده، به سروری متفاوت هدایت خواهد شد. در این حالت هر برنامه نیز مجوز امضای توکن متفاوتی را پیدا می‌کند. برای مثال اگر یک توکن دسترسی توسط سرور A امضاء شود، اما در درخواست بعدی رسیده، توسط مجوز سرور B تعیین اعتبار شود، این اعتبارسنجی با شکست مواجه خواهد شد.
- حتی اگر از یک Load balancer استفاده نکنیم، به طور قطع Application pool برنامه در سرور، در زمانی خاص Recycle خواهد شد. این مورد DeveloperSigningCredential تنظیم شده را نیز ریست می‌کند. یعنی با ری‌استارت شدن Application pool، کلیدهای مجوز امضای توکن‌ها تغییر می‌کنند که در نهایت سبب شکست اعتبارسنجی توکن‌های صادر شده‌ی توسط IDP می‌شوند.

بنابراین برای انتشار نهایی برنامه نمی‌توان از DeveloperSigningCredential فعلی استفاده کرد و نیاز است یک signing certificate را تولید و تنظیم کنیم. برای این منظور از برنامه‌ی makecert.exe مایکروسافت که جزئی از SDK ویندوز است، استفاده می‌کنیم. این فایل را از پوشه‌ی src\IDP\DNT.IDP\MakeCert نیز می‌توانید دریافت کنید.
سپس دستور زیر را با دسترسی admin اجرا کنید:
 makecert.exe -r -pe -n "CN=DntIdpSigningCert" -b 01/01/2018 -e 01/01/2025 -eku 1.3.6.1.5.5.7.3.3 -sky signature -a sha256 -len 2048 -ss my -sr LocalMachine
در اینجا تاریخ شروع و پایان اعتبار مجوز ذکر شده‌اند. همچنین نتیجه‌ی آن به صورت خودکار در LocalMachine certificate store ذخیره می‌شود. به همین جهت اجرای آن نیاز به دسترسی admin را دارد.
پس از آن در قسمت run ویندوز، دستور mmc را وارد کرده و enter کنید. سپس از منوی File گزینه‌ی Add remove span-in را انتخاب کنید. در اینجا certificate را add کنید. در صفحه‌ی باز شده Computer Account و سپس Local Computer را انتخاب کنید و در نهایت OK. اکنون می‌توانید این مجوز جدید را در قسمت «Personal/Certificates»، مشاهده کنید:


در اینجا Thumbprint این مجوز را در حافظه کپی کنید؛ از این جهت که در ادامه از آن استفاده خواهیم کرد.

چون این مجوز از نوع self signed است، در قسمت Trusted Root Certification Authorities قرار نگرفته‌است که باید این انتقال را انجام داد. در غیراینصورت می‌توان توسط آن توکن‌های صادر شده را امضاء کرد اما به عنوان یک توکن معتبر به نظر نخواهند رسید.
در ادامه این مجوز جدید را انتخاب کرده و بر روی آن کلیک راست کنید. سپس گزینه‌ی All tasks -> export را انتخاب کنید. نکته‌ی مهمی را که در اینجا باید رعایت کنید، انتخاب گزینه‌ی «yes, export the private key» است. کپی و paste این مجوز از اینجا به جایی دیگر، این private key را export نمی‌کند. در پایان این عملیات، یک فایل pfx را خواهید داشت.
- در آخر نیاز است این فایل pfx را در مسیر «Trusted Root Certification Authorities/Certificates» قرار دهید. برای اینکار بر روی نود certificate آن کلیک راست کرده و گزینه‌ی All tasks -> import را انتخاب کنید. سپس مسیر فایل pfx خود را داده و این مجوز را import نمائید.

پس از ایجاد مجوز امضای توکن‌ها و انتقال آن به Trusted Root Certification Authorities، نحوه‌ی معرفی آن به IDP به صورت زیر است:
namespace DNT.IDP
{
    public class Startup
    {
        public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
        {
            services.AddIdentityServer()
                .AddSigningCredential(loadCertificateFromStore())
                .AddCustomUserStore()
                .AddInMemoryIdentityResources(Config.GetIdentityResources())
                .AddInMemoryApiResources(Config.GetApiResources())
                .AddInMemoryClients(Config.GetClients());
        }

        private X509Certificate2 loadCertificateFromStore()
        {
            var thumbPrint = Configuration["CertificateThumbPrint"];
            using (var store = new X509Store(StoreName.My, StoreLocation.LocalMachine))
            {
                store.Open(OpenFlags.ReadOnly);
                var certCollection = store.Certificates.Find(X509FindType.FindByThumbprint, thumbPrint, true);
                if (certCollection.Count == 0)
                {
                    throw new Exception("The specified certificate wasn't found.");
                }
                return certCollection[0];
            }
        }

        private X509Certificate2 loadCertificateFromFile()
        {
            // NOTE:
            // You should check out the identity of your application pool and make sure
            // that the `Load user profile` option is turned on, otherwise the crypto susbsystem won't work.
            var certificate = new X509Certificate2(
                fileName: Path.Combine(Directory.GetCurrentDirectory(), "wwwroot", "app_data", 
                    Configuration["X509Certificate:FileName"]),
                password: Configuration["X509Certificate:Password"],
                keyStorageFlags: X509KeyStorageFlags.MachineKeySet | X509KeyStorageFlags.PersistKeySet |
                                 X509KeyStorageFlags.Exportable);
            return certificate;
        }
    }
}
متد کمکی loadCertificateFromStore، بر اساس thumbPrint مجوز تولید شده، آن‌را بارگذاری می‌کند. سپس این مجوز، توسط متد AddSigningCredential به IdentityServer معرفی خواهد شد و یا اگر فایل pfx ای را دارید، می‌توانید از متد loadCertificateFromFile استفاده کنید. این متد برای اینکه در IIS به درستی کار کند، نیاز است در خواص Application pool سایت IDP، گزینه‌ی Load user profile را انتخاب کرده باشید (مهم!).

پس از این تغییرات، برنامه را اجرا کنید. سپس مسیر discovery document را طی کرده و آدرس jwks_uri آن‌را در مرورگر باز کنید. در اینجا خاصیت kid نمایش داده شده با thumbPrint مجوز یکی است.
https://localhost:6001/.well-known/openid-configuration
https://localhost:6001/.well-known/openid-configuration/jwks


انتقال سایر قسمت‌های فایل Config برنامه‌ی IDP به بانک اطلاعاتی

قسمت آخر آماده سازی برنامه برای انتشار آن، انتقال سایر داده‌های فایل Config، مانند Resources و Clients برنامه‌ی IDP، به بانک اطلاعاتی است. البته هیچ الزامی هم به انجام اینکار نیست. چون اگر تعداد برنامه‌های متفاوتی که در سازمان قرار است از IDP استفاده کنند، کم است، تعریف مستقیم آن‌ها داخل فایل Config برنامه‌ی IDP، مشکلی را ایجاد نمی‌کند و این تعداد رکورد الزاما نیازی به بانک اطلاعاتی ندارند. اما اگر بخواهیم امکان به روز رسانی این اطلاعات را بدون نیاز به کامپایل مجدد برنامه‌ی IDP توسط یک صفحه‌ی مدیریتی داشته باشیم، نیاز است آن‌ها را به بانک اطلاعاتی منتقل کنیم. این مورد مزیت به اشتراک گذاری یک چنین اطلاعاتی را توسط Load balancers نیز میسر می‌کند.
البته باید درنظر داشت قسمت دیگر اطلاعات IdentityServer شامل refresh tokens و reference tokens هستند. تمام این‌ها اکنون در حافظه ذخیره می‌شوند که با ری‌استارت شدن Application pool برنامه از بین خواهند رفت. بنابراین حداقل در این مورد استفاده‌ی از بانک اطلاعاتی اجباری است.
خوشبختانه قسمت عمده‌ی این کار توسط خود تیم IdentityServer توسط بسته‌ی IdentityServer4.EntityFramework انجام شده‌است که در اینجا از آن استفاده خواهیم کرد. البته در اینجا این بسته‌ی نیوگت را مستقیما مورد استفاده قرار نمی‌دهیم. از این جهت که نیاز به 2 رشته‌ی اتصالی جداگانه و دو Context جداگانه را دارد که داخل خود این بسته تعریف شده‌است و ترجیح می‌دهیم که اطلاعات آن‌را با ApplicationContext خود یکی کنیم.
برای این منظور آخرین سورس کد پایدار آن‌را از این آدرس دریافت کنید:
https://github.com/IdentityServer/IdentityServer4.EntityFramework/releases

انتقال موجودیت‌ها به پروژه‌ی DNT.IDP.DomainClasses

در این بسته‌ی دریافتی، در پوشه‌ی src\IdentityServer4.EntityFramework\Entities آن، کلاس‌های تعاریف موجودیت‌های متناظر با منابع IdentityServer قرار دارند. بنابراین همین فایل‌ها را از این پروژه استخراج کرده و به پروژه‌ی DNT.IDP.DomainClasses در پوشه‌ی جدید IdentityServer4Entities اضافه می‌کنیم.
البته در این حالت پروژه‌ی DNT.IDP.DomainClasses نیاز به این وابستگی‌ها را خواهد داشت:
<Project Sdk="Microsoft.NET.Sdk">  
  <PropertyGroup>
    <TargetFramework>netstandard2.0</TargetFramework>
  </PropertyGroup>
  <ItemGroup>
    <PackageReference Include="System.ComponentModel.Annotations" Version="4.3.0" />
    <PackageReference Include="IdentityServer4" Version="2.2.0" />
  </ItemGroup>
</Project>
پس از این انتقال، فضاهای نام این کلاس‌ها را نیز اصلاح می‌کنیم؛ تا با پروژه‌ی جاری تطابق پیدا کنند.


انتقال تنظیمات روابط بین موجودیت‌ها، به پروژه‌ی DNT.IDP.DataLayer

در فایل src\IdentityServer4.EntityFramework\Extensions\ModelBuilderExtensions.cs بسته‌ی دریافتی، تعاریف تنظیمات این موجودیت‌ها به همراه نحوه‌ی برقراری ارتباطات بین آن‌ها قرار دارد. بنابراین این اطلاعات را نیز از این فایل استخراج و به پروژه‌ی DNT.IDP.DataLayer اضافه می‌کنیم. البته در اینجا از روش IEntityTypeConfiguration برای قرار هر کدام از تعاریف یک در کلاس مجزا استفاده کرده‌ایم.
پس از این انتقال، به کلاس Context برنامه مراجعه کرده و توسط متد builder.ApplyConfiguration، این فایل‌های IEntityTypeConfiguration را معرفی می‌کنیم.


تعاریف DbSetهای متناظر با موجودیت‌های منتقل و تنظیم شده در پروژه‌ی DNT.IDP.DataLayer

پس از انتقال موجودیت‌ها و روابط بین آن‌ها، دو فایل DbContext را در این بسته‌ی دریافتی خواهید یافت:
الف) فایل src\IdentityServer4.EntityFramework\DbContexts\ConfigurationDbContext.cs
این فایل، موجودیت‌های تنظیمات برنامه مانند Resources و Clients را در معرض دید EF Core قرار می‌دهد.
سپس فایل src\IdentityServer4.EntityFramework\Interfaces\IConfigurationDbContext.cs نیز جهت استفاده‌ی از این DbContext در سرویس‌های این بسته‌ی دریافتی تعریف شده‌است.
ب) فایل src\IdentityServer4.EntityFramework\DbContexts\PersistedGrantDbContext.cs
این فایل، موجودیت‌های ذخیره سازی اطلاعات مخصوص IDP را مانند refresh tokens و reference tokens، در معرض دید EF Core قرار می‌دهد.
همچنین فایل src\IdentityServer4.EntityFramework\Interfaces\IPersistedGrantDbContext.cs نیز جهت استفاده‌ی از این DbContext در سرویس‌های این بسته‌ی دریافتی تعریف شده‌است.

ما در اینجا DbSetهای هر دوی این DbContext‌ها را در ApplicationDbContext خود، خلاصه و ادغام می‌کنیم.


انتقال نگاشت‌های AutoMapper بسته‌ی دریافتی به پروژه‌ی جدید DNT.IDP.Mappings

در پوشه‌ی src\IdentityServer4.EntityFramework\Mappers، تعاریف نگاشت‌های AutoMapper، برای تبدیلات بین موجودیت‌های برنامه و IdentityServer4.Models انجام شده‌است. کل محتویات این پوشه را به یک پروژه‌ی Class library جدید به نام DNT.IDP.Mappings منتقل و فضاهای نام آن‌را نیز اصلاح می‌کنیم.


انتقال src\IdentityServer4.EntityFramework\Options به پروژه‌ی DNT.IDP.Models

در پوشه‌ی Options بسته‌ی دریافتی سه فایل موجود هستند:
الف) Options\ConfigurationStoreOptions.cs
این فایل، به همراه تنظیمات نام جداول متناظر با ذخیره سازی اطلاعات کلاینت‌ها است. نیازی به آن نداریم؛ چون زمانیکه موجودیت‌ها و تنظیمات آن‌ها را به صورت مستقیم در اختیار داریم، نیازی به فایل تنظیمات ثالثی برای انجام اینکار نیست.
ب) Options\OperationalStoreOptions.cs
این فایل، تنظیمات نام جداول مرتبط با ذخیره سازی توکن‌ها را به همراه دارد. به این نام جداول نیز نیازی نداریم. اما این فایل به همراه سه تنظیم زیر جهت پاکسازی دوره‌ای توکن‌های قدیمی نیز هست:
namespace IdentityServer4.EntityFramework.Options
{
    public class OperationalStoreOptions
    {
        public bool EnableTokenCleanup { get; set; } = false;
        public int TokenCleanupInterval { get; set; } = 3600;
        public int TokenCleanupBatchSize { get; set; } = 100;
    }
}
از این تنظیمات در سرویس TokenCleanup استفاده می‌شود. به همین جهت همین سه مورد را به پروژه‌ی DNT.IDP.Models منتقل کرده و سپس بجای اینکه این کلاس را مستقیما در سرویس TokenCleanup تزریق کنیم، آن‌را از طریق سیستم Configuration و فایل appsettings.json به این سرویس تزریق می‌کنیم؛ به کمک سرویس توکار IOptions خود ASP.NET Core:
public TokenCleanup(
  IServiceProvider serviceProvider, 
  ILogger<TokenCleanup> logger, 
  IOptions<OperationalStoreOptions> options)
ج) Options\TableConfiguration.cs
کلاسی است به همراه خواص نام اسکیمای جداول که در دو کلاس تنظیمات قبلی بکار رفته‌است. نیازی به آن نداریم.


انتقال سرویس‌های IdentityServer4.EntityFramework به پروژه‌ی DNT.IDP.Services

بسته‌ی دریافتی، شامل دو پوشه‌ی src\IdentityServer4.EntityFramework\Services و src\IdentityServer4.EntityFramework\Stores است که سرویس‌های آن‌را تشکیل می‌دهند (جمعا 5 سرویس TokenCleanup، CorsPolicyService، ClientStore، PersistedGrantStore و ResourceStore). بنابراین این سرویس‌ها را نیز مستقیما از این پوشه‌ها به پروژه‌ی DNT.IDP.Services کپی خواهیم کرد.
همانطور که عنوان شد دو فایل Interfaces\IConfigurationDbContext.cs و Interfaces\IPersistedGrantDbContext.cs برای دسترسی به دو DbContext این بسته‌ی دریافتی در سرویس‌های آن، تعریف شده‌اند و چون ما در اینجا صرفا یک ApplicationDbContext را داریم که از طریق IUnitOfWork، در دسترس لایه‌ی سرویس قرار می‌گیرد، ارجاعات به دو اینترفیس یاد شده را با IUnitOfWork تعویض خواهیم کرد تا مجددا قابل استفاده شوند.


انتقال متدهای الحاقی معرفی سرویس‌های IdentityServer4.EntityFramework به پروژه‌ی DNT.IDP

پس از انتقال قسمت‌های مختلف IdentityServer4.EntityFramework به لایه‌های مختلف برنامه‌ی جاری، اکنون نیاز است سرویس‌های آن‌را به برنامه معرفی کرد که در نهایت جایگزین متدهای فعلی درون حافظه‌ای کلاس آغازین برنامه‌ی IDP می‌شوند. خود این بسته در فایل زیر، به همراه متدهایی الحاقی است که این معرفی را انجام می‌دهند:
src\IdentityServer4.EntityFramework\Extensions\IdentityServerEntityFrameworkBuilderExtensions.cs
به همین جهت این فایل را به پروژه‌ی وب DNT.IDP ، منتقل خواهیم کرد؛ همانجایی که در قسمت دهم AddCustomUserStore را تعریف کردیم.
این کلاس پس از انتقال، نیاز به تغییرات ذیل را دارد:
الف) چون یکسری از کلاس‌های تنظیمات را حذف کردیم و نیازی به آن‌ها نداریم، آن‌ها را نیز به طور کامل از این فایل حذف می‌کنیم. تنها تنظیم مورد نیاز آن، OperationalStoreOptions است که اینبار آن‌را از فایل appsettings.json دریافت می‌کنیم. بنابراین ذکر این مورد نیز در اینجا اضافی است.
ب) در آن، دو Context موجود در بسته‌ی اصلی IdentityServer4.EntityFramework مورد استفاده قرار گرفته‌اند. ما در اینجا آن‌ها را نیز با تک Context برنامه‌ی خود تعویض می‌کنیم.
ج) در آن سرویسی به نام TokenCleanupHost تعریف شده‌است. آن‌را نیز به لایه‌ی سرویس‌ها منتقل می‌کنیم. همچنین در امضای سازنده‌ی آن بجای تزریق مستقیم OperationalStoreOptions از <IOptions<OperationalStoreOptions استفاده خواهیم کرد.
نگارش نهایی و تمیز شده‌ی IdentityServerEntityFrameworkBuilderExtensions را در اینجا مشاهده می‌کنید.


افزودن متدهای الحاقی جدید به فایل آغازین برنامه‌ی IDP

پس از انتقال IdentityServerEntityFrameworkBuilderExtensions به پروژه‌ی DNT.IDP، اکنون نوبت به استفاده‌ی از آن است:
namespace DNT.IDP
{
    public class Startup
    {
        public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
        {
            services.AddIdentityServer()
                .AddSigningCredential(loadCertificateFromStore())
                .AddCustomUserStore()
                .AddConfigurationStore()
                .AddOperationalStore();
به این ترتیب متدهای الحاقی جدید AddConfigurationStore و AddOperationalStore جهت معرفی محل‌های ذخیره سازی اطلاعات کاربران، منابع و توکن‌های IdentityServer مورد استفاده قرار می‌گیرند.


اجرای Migrations در پروژه‌ی DNT.IDP.DataLayer

پس از پایان این نقل و انتقالات، اکنون نیاز است ساختار بانک اطلاعاتی برنامه را بر اساس موجودیت‌ها و روابط جدید بین آن‌ها، به روز رسانی کنیم. به همین جهت فایل add_migrations.cmd موجود در پوشه‌ی src\IDP\DNT.IDP.DataLayer را اجرا می‌کنیم تا کلاس‌های Migrations متناظر تولید شوند و سپس فایل update_db.cmd را اجرا می‌کنیم تا این تغییرات، به بانک اطلاعاتی برنامه نیز اعمال گردند.


انتقال اطلاعات فایل درون حافظه‌ای Config، به بانک اطلاعاتی برنامه

تا اینجا اگر برنامه را اجرا کنیم، دیگر کار نمی‌کند. چون جداول کلاینت‌ها و منابع آن خالی هستند. به همین جهت نیاز است اطلاعات فایل درون حافظه‌ای Config را به بانک اطلاعاتی منتقل کنیم. برای این منظور سرویس ConfigSeedDataService را به برنامه اضافه کرده‌ایم:
    public interface IConfigSeedDataService
    {
        void EnsureSeedDataForContext(
            IEnumerable<IdentityServer4.Models.Client> clients,
            IEnumerable<IdentityServer4.Models.ApiResource> apiResources,
            IEnumerable<IdentityServer4.Models.IdentityResource> identityResources);
    }
این سرویس به کمک اطلاعات Mappings مخصوص AutoMapper این پروژه، IdentityServer4.Models تعریف شده‌ی در کلاس Config درون حافظه‌ای را به موجودیت‌های اصلی DNT.IDP.DomainClasses.IdentityServer4Entities تبدیل و سپس در بانک اطلاعاتی ذخیره می‌کند.
برای استفاده‌ی از آن، به کلاس آغازین برنامه‌ی IDP مراجعه می‌کنیم:
namespace DNT.IDP
{
    public class Startup
    {
        public void Configure(IApplicationBuilder app, IHostingEnvironment env)
        {
    // ...
            initializeDb(app);
            seedDb(app);
    // ...
        }
        
        private static void seedDb(IApplicationBuilder app)
        {
            var scopeFactory = app.ApplicationServices.GetRequiredService<IServiceScopeFactory>();
            using (var scope = scopeFactory.CreateScope())
            {
                var configSeedDataService = scope.ServiceProvider.GetService<IConfigSeedDataService>();
                configSeedDataService.EnsureSeedDataForContext(
                    Config.GetClients(),
                    Config.GetApiResources(),
                    Config.GetIdentityResources()
                    );
            }
        }
در اینجا توسط متد seedDb، متدهای درون حافظه‌ای کلاس Config به سرویس ConfigSeedDataService ارسال شده، توسط Mappings تعریف شده، به معادل‌های موجودیت‌های برنامه تبدیل و سپس در بانک اطلاعاتی ذخیره می‌شوند.


آزمایش برنامه

پس از اعمال این تغییرات، برنامه‌ها را اجرا کنید. سپس به بانک اطلاعاتی آن مراجعه نمائید. در اینجا لیست جداول جدیدی را که اضافه شده‌اند ملاحظه می‌کنید:


همچنین برای نمونه، در اینجا اطلاعات منابع منتقل شده‌ی به بانک اطلاعاتی، از فایل Config، قابل مشاهده هستند:


و یا قسمت ذخیره سازی خودکار توکن‌های تولیدی توسط آن نیز به درستی کار می‌کند:





کدهای کامل این قسمت را از اینجا می‌توانید دریافت کنید.
برای اجرای برنامه:
- ابتدا به پوشه‌ی src\WebApi\ImageGallery.WebApi.WebApp وارد شده و dotnet_run.bat آن‌را اجرا کنید تا WebAPI برنامه راه اندازی شود.
- سپس به پوشه‌ی src\IDP\DNT.IDP مراجعه کرده و و dotnet_run.bat آن‌را اجرا کنید تا برنامه‌ی IDP راه اندازی شود.
- در آخر به پوشه‌ی src\MvcClient\ImageGallery.MvcClient.WebApp وارد شده و dotnet_run.bat آن‌را اجرا کنید تا MVC Client راه اندازی شود.
اکنون که هر سه برنامه در حال اجرا هستند، مرورگر را گشوده و مسیر https://localhost:5001 را درخواست کنید. در صفحه‌ی login نام کاربری را User 1 و کلمه‌ی عبور آن‌را password وارد کنید.
‫۶ سال قبل، جمعه ۳۰ شهریور ۱۳۹۷، ساعت ۱۶:۴۵
وحید نصیری وحید نصیری
مطالب
بررسی Source Generators در #C - قسمت دوم - یک مثال
یک مثال: پیاده سازی INotifyPropertyChanged توسط Source Generators

هدف از اینترفیس INotifyPropertyChanged که به همراه یک رخ‌داد است: 
public interface INotifyPropertyChanged  
{ 
   event PropertyChangedEventHandler PropertyChanged;  
}
مطلع سازی استفاده کننده‌ی از یک شیء، از تغییرات رخ‌داده‌ی در مقادیر خواص آن است که نمونه‌ی آن، در برنامه‌های WPF، جهت به روز رسانی UI، زیاد مورد استفاده قرار می‌گیرد. البته این رخ‌داد به خودی خود کار خاصی را انجام نمی‌دهد و برای استفاده‌ی از آن، باید مقدار زیادی کد نوشت و این مقدار کد نیز باید به ازای تک تک خواص یک کلاس مدل، تکرار شوند:
  partial class CarModel : INotifyPropertyChanged
  {

    private double _speedKmPerHour;
    
    public double SpeedKmPerHour
    {
      get => _speedKmPerHour;
      set
      {
        _speedKmPerHour = value;
        PropertyChanged?.Invoke(this, new PropertyChangedEventArgs(nameof(SpeedKmPerHour)));
      }
    }

    public event PropertyChangedEventHandler? PropertyChanged;
  }
همچنین باید درنظر داشت که با تغییر نام خاصیتی، میزان قابل ملاحظه‌ای از این کدهای تکراری نیز باید به روز رسانی شوند که این عملیات می‌تواند ایده‌ی خوبی برای استفاده‌ی از Source Generators باشد.
اگر بخواهیم تولید این کدهای تکراری را به Source Generators محول کنیم، می‌توان برای مثال فیلد خصوصی مرتبط را نگه داشت و تولید مابقی کدها را خودکار کرد:
  partial class CarModel : INotifyPropertyChanged
  {
    private double _speedKmPerHour;    
  }
در این حالت کلاس مدل، به صورت partial تعریف می‌شود و فقط فیلد خصوصی، در کدهای ما حضور خواهد داشت. مابقی کدهای این کلاس partial به صورت خودکار توسط یک Source Generator سفارشی تولید خواهد شد. همانطور که ملاحظه می‌کنید، کاهش حجم قابل ملاحظه‌ای حاصل شده و همچنین اگر فیلد خصوصی دیگری نیز در اینجا اضافه شود، واکنش Source Generator ما آنی خواهد بود و بلافاصله کدهای مرتبط را تولید می‌کند و برنامه، بدون مشکلی کامپایل خواهد شد؛ هرچند به ظاهر INotifyPropertyChanged ذکر شده، در این کلاس اصلا پیاده سازی نشده‌است.


ایجاد پروژه‌ی Source Generator

در ابتدا برای ایجاد تولید کننده‌ی خودکار کدهای INotifyPropertyChanged، یک class library را به solution جاری اضافه می‌کنیم. سپس نیاز است ارجاعاتی را به دو بسته‌ی نیوگت زیر نیز افزود:
<Project Sdk="Microsoft.NET.Sdk">

  <ItemGroup>
    <PackageReference Include="Microsoft.CodeAnalysis.Analyzers" Version="3.3.3">
      <IncludeAssets>runtime; build; native; contentfiles; analyzers; buildtransitive</IncludeAssets>
      <PrivateAssets>all</PrivateAssets>
    </PackageReference>
    <PackageReference Include="Microsoft.CodeAnalysis.CSharp" Version="4.2.0" PrivateAssets="all" />
  </ItemGroup>
</Project>
سپس کلاس جدید NotifyPropertyChangedGenerator را به نحو زیر به آن اضافه می‌کنیم:
  [Generator]
  public class NotifyPropertyChangedGenerator : ISourceGenerator
  {
    public void Initialize(GeneratorInitializationContext context)
    {
    }

    public void Execute(GeneratorExecutionContext context)
    {
- این کلاس باید اینترفیس ISourceGenerator را پیاده سازی کرده و همچنین مزین به ویژگی Generator باشد.
- اینترفیس ISourceGenerator به همراه دو متد Initialize و Execute است که در صورت نیاز باید پیاده سازی شوند.

در متد Execute، به خاصیت context.Compilation دسترسی داریم. این خاصیت تمام اطلاعاتی را که کامپایلر از Solution جاری در اختیار دارد، به توسعه دهنده ارائه می‌دهد. برای نمونه پیاده سازی متد Execute تولید کننده‌ی کد مثال جاری، چنین شکلی را دارد:
    public void Execute(GeneratorExecutionContext context)
    {
      // uncomment to debug the actual build of the target project
      // Debugger.Launch();
      var compilation = context.Compilation;
      var notifyInterface = compilation.GetTypeByMetadataName("System.ComponentModel.INotifyPropertyChanged");

      foreach (var syntaxTree in compilation.SyntaxTrees)
      {
        var semanticModel = compilation.GetSemanticModel(syntaxTree);
        var immutableHashSet = syntaxTree.GetRoot()
          .DescendantNodesAndSelf()
          .OfType<ClassDeclarationSyntax>()
          .Select(x => semanticModel.GetDeclaredSymbol(x))
          .OfType<ITypeSymbol>()
          .Where(x => x.Interfaces.Contains(notifyInterface))
          .ToImmutableHashSet();

        foreach (var typeSymbol in immutableHashSet)
        {
          var source = GeneratePropertyChanged(typeSymbol);
          context.AddSource($"{typeSymbol.Name}.Notify.cs", source);
        }
      }
    }
در اینجا با استفاده از context.Compilation به اطلاعات کامپایلر دسترسی پیدا کرده و سپس SyntaxTrees آن‌را یکی یکی، جهت یافتن کلاس‌ها و یا همان ClassDeclarationSyntax ها، پیمایش و بررسی می‌کنیم. سپس از بین این کلاس‌ها، کلاس‌هایی که INotifyPropertyChanged را پیاده سازی کرده باشند، انتخاب می‌کنیم که اطلاعات آن در پایان کار، به متد GeneratePropertyChanged جهت تولید مابقی کدهای partial class ارسال شده و کد تولیدی، به context اضافه می‌شود تا به نحو متداولی همانند سایر کدهای برنامه، به مجموعه کدهای مورد بررسی کامپایلر اضافه شود.

نکته‌ی مهم و جالب در اینجا این است که نیازی نیست تا قطعه کد جدید را به صورت SyntaxTrees در آورد و به کامپایلر اضافه کرد. می‌توان این قطعه کد را به نحو متداولی، به صورت یک قطعه رشته‌ی استاندارد #C، تولید و به کامپایلر با متد context.AddSource ارائه کرد که نمونه‌ای از آن‌را در ذیل مشاهده می‌کنید:
    private string GeneratePropertyChanged(ITypeSymbol typeSymbol)
    {
      return $@"
using System.ComponentModel;

namespace {typeSymbol.ContainingNamespace}
{{
  partial class {typeSymbol.Name}
  {{
    {GenerateProperties(typeSymbol)}
    public event PropertyChangedEventHandler? PropertyChanged;
  }}
}}";
    }

    private static string GenerateProperties(ITypeSymbol typeSymbol)
    {
      var sb = new StringBuilder();
      var suffix = "BackingField";

      foreach (var fieldSymbol in typeSymbol.GetMembers().OfType<IFieldSymbol>()
        .Where(x=>x.Name.EndsWith(suffix)))
      {
        var propertyName = fieldSymbol.Name[..^suffix.Length];
        sb.AppendLine($@"
    public {fieldSymbol.Type} {propertyName}
    {{
      get => {fieldSymbol.Name};
      set
      {{
        {fieldSymbol.Name} = value;
        PropertyChanged?.Invoke(this, new PropertyChangedEventArgs(nameof({propertyName})));
      }}
    }}");
      }

      return sb.ToString();
    }
در اینجا در ابتدا بدنه‌ی کلاس partial تکمیل می‌شود. سپس خواص عمومی آن بر اساس فیلدهای خصوصی تعریف شده، تکمیل می‌شوند. در این مثال اگر یک فیلد خصوصی به عبارت BackingField ختم شود، به عنوان فیلدی که قرار است معادل کدهای INotifyPropertyChanged را داشته باشد، شناسایی می‌شود و به همراه کدهای تولید شده‌ی خودکار خواهد بود.

کدهای source generator ما همین مقدار بیش‌تر نیست. اکنون می‌خواهیم از آن در یک برنامه‌ی کنسول جدید (برای مثال به نام NotifyPropertyChangedGenerator.Demo) استفاده کنیم. برای اینکار نیاز است ارجاعی را به آن اضافه کنیم؛ اما این ارجاع، یک ارجاع متداول نیست و نیاز به ذکر چنین ویژگی خاصی وجود دارد:
<Project Sdk="Microsoft.NET.Sdk">

  <ItemGroup>
    <ProjectReference Include="..\NotifyPropertyChangedGenerator\NotifyPropertyChangedGenerator.csproj"
                      OutputItemType="Analyzer" ReferenceOutputAssembly="false"/>
  </ItemGroup>
</Project>
در اینجا میسر دهی پروژه‌ی تولید کننده‌ی کد، همانند سایر پروژه‌ها است؛ اما نوع آن باید آنالایزر معرفی شود. به همین جهت از خاصیت OutputItemType با مقدار Analyzer استفاده شده‌است. همچنین تنظیم ReferenceOutputAssembly به false به این معنا است که این اسمبلی ویژه، یک وابستگی و dependency واقعی پروژه‌ی جاری نیست و ما قرار نیست به صورت مستقیمی از کدهای آن استفاده کنیم.

برای آزمایش این تولید کننده‌ی کد، کلاس CarModel را به صورت زیر به پروژه‌ی کنسول آزمایشی اضافه می‌کنیم:
using System.ComponentModel;

namespace NotifyPropertyChangedGenerator.Demo
{
  public partial class CarModel : INotifyPropertyChanged
  {
    private double SpeedKmPerHourBackingField;
    private int NumberOfDoorsBackingField;
    private string ModelBackingField = "";

    public void SpeedUp() => SpeedKmPerHour *= 1.1;
  }
}
این کلاس پیاده سازی کننده‌ی INotifyPropertyChanged است؛ اما به همراه هیچ خاصیت عمومی نیست. فقط به همراه یکسری فیلد خصوصی ختم شده‌ی به «BackingField» است که توسط تولید کننده‌ی کد شناسایی شده و اطلاعات آن‌ها تکمیل می‌شود. فقط باید دقت داشت که این کلاس حتما باید به صورت partial تعریف شود تا امکان تکمیل خودکار کدهای آن وجود داشته باشد.

یک نکته:   در این حالت هرچند برنامه بدون مشکل کامپایل و اجرا می‌شود، ممکن است خطوط قرمزی را در IDE خود مشاهده کنید که عنوان می‌کند این قطعه از کد قابل کامپایل نیست. اگر با چنین صحنه‌ای مواجه شدید، یکبار solution را بسته و مجددا باز کنید تا تولید کننده‌ی کد، به خوبی شناسایی شود. البته نگارش‌های جدیدتر Visual Studio و Rider به همراه قابلیت auto reload پروژه برای کار با تولید کننده‌‌های کد هستند و دیگر شاهد چنین صحنه‌هایی نیستیم و حتی اگر برای مثال فیلد جدیدی را به CarModel اضافه کنیم، نه فقط بلافاصله کدهای متناظر آن تولید می‌شوند، بلکه خواص عمومی تولید شده در Intellisense نیز قابل دسترسی هستند.


نحوه‌ی مشاهده‌ی کدهای خودکار تولید شده

اگر علاقمند باشید تا کدهای خودکار تولید شده را مشاهده کنید، در Visual Studio، در قسمت و درخت نمایشی dependencies پروژه، گره‌ای به نام Analyzers وجود دارد که در آن برای مثال نام NotifyPropertyChangedGenerator و ذیل آن، کلاس‌های تولید شده‌ی توسط آن، قابل مشاهده و دسترسی هستند و حتی قابل دیباگ نیز می‌باشند؛ یعنی می‌توان بر روی سطور مختلف آن، break-point قرار داد.


کدهای کامل این مطلب را از اینجا می‌توانید دریافت کنید: SourceGeneratorTests.zip

معرفی تعدادی منبع تکمیلی
- برنامه Source generator playground
در اینجا تعدادی مثال را که توسط مایکروسافت توسعه یافته‌است، مشاهده می‌کنید که اتفاقا یکی از آن‌ها پیاده سازی تولید کننده‌ی کد اینترفیس INotifyPropertyChanged است. در این برنامه، خروجی کدهای تولیدی نیز به سادگی قابل مشاهده‌است.

- برنامه SharpLab
برای توسعه‌ی تولید کننده‌های کد، عموما نیاز است تا با Roslyn API آشنا بود. در این برنامه اگر از منوی بالای صفحه قسمت results، گزینه‌ی «syntax tree» را انتخاب کنید و سپس قسمتی از کد خود را انتخاب کنید، بلافاصله معادل Roslyn API آن، در سمت راست صفحه نمایش داده می‌شود.

- معرفی مجموعه‌ای از Source Generators
در اینجا می‌توان مجموعه‌ای از پروژه‌های سورس باز Source Generators را مشاهده و کدهای آن‌ها را مطالعه کنید و یا از آن‌ها در پروژه‌های خود استفاده نمائید.

- معرفی یک cookbook در مورد Source Generators
این cookbook توسط خود مایکروسافت تهیه شده‌است و جهت شروع به کار با این فناوری، بسیار مفید است.

- مجموعه مثال‌های Source generators از مایکروسافت
در اینجا می‌توانید مجموعه مثال‌هایی از Source generators را که توسط مایکروسافت تهیه شده‌است، مشاهده کنید. شرح و توضیحات تعدادی از آن‌ها را هم در اینجا مطالعه کنید.
‫۲ سال و ۲ ماه قبل، یکشنبه ۲۶ تیر ۱۴۰۱، ساعت ۲۲:۳۰
وحید نصیری وحید نصیری
مطالب
معرفی DNTProfiler
پیشاپیش فرا رسیدن سال نو را به تمام همراهان گرامی سایت net tips. تبریک عرض می‌کنم. به امید سالی پر از سلامتی و رونق، به همراه اشتیاق روز افزون جستجوگری و کشف زوایای پنهان دنیای برنامه نویسی!
هد‌یه‌ی نوروزی سایت net tips. پروژه‌ی پروفایلر سورس بازی است که با EF 6.x و همچنین NHibernate 4.x سازگار است. این پروژه از دو قسمت کلاینت و سرور تشکیل می‌شود.


نصب کلاینت EF برنامه‌ی DNTProfiler

تفاوتی نمی‌کند که برنامه‌ی شما وبی است یا ویندوزی؛ برای هر دو حالت ابتدا دستور ذیل را در کنسول پاورشل نیوگت اجرا کنید:
 PM> Install-Package DNTProfiler.EntityFramework.Core
با اینکار interceptor‌های پروفایلر نصب می‌شوند. برای فعال سازی آن نیاز است چند سطر ذیل را به فایل app.config/web.config پروژه‌ی خود اضافه کنید:
<configuration>
  <entityFramework>
    <interceptors>
      <interceptor type="DNTProfiler.EntityFramework.Core.DatabaseLogger, DNTProfiler.EntityFramework.Core">
        <parameters>
          <parameter value="http://localhost:8080" />
          <parameter value="|DataDirectory|\ErrorsLog.Log" />
        </parameters>
      </interceptor>
    </interceptors>
  </entityFramework>
</configuration>


دریافت و راه اندازی برنامه‌ی DNTProfiler

آخرین نگارش برنامه‌ی DNTProfiler را از برگه‌ی releases مخزن کد آن می‌توانید دریافت کنید:
https://github.com/VahidN/DNTProfiler/releases

این برنامه برای دات نت 4 نوشته شده‌است. بنابراین اگر هنوز از ویندوز XP استفاده می‌کنید، امکان کار کردن با آن‌را خواهید داشت.
البته بسته‌ی نیوگت DNTProfiler.EntityFramework.Core آن برای دات نت 4 و 4.5 تهیه شده‌است و به صورت خودکار بر اساس ساختار پروژه‌ی شما، یکی از آن‌ها نصب خواهد شد.

تا اینجا کار راه اندازی این برنامه به پایان می‌رسد. برای استفاده‌ی از آن باید ابتدا برنامه‌ی DNTProfiler را اجرا کنید. این برنامه به پیام‌های رسیده‌ی از برنامه‌ی اصلی شما (ارسال شده توسط DNTProfiler.EntityFramework.Core) گوش فرا می‌دهد و سپس شروع به آنالیز آن‌ها خواهد کرد. ساختار این تبادل اطلاعات هم بر اساس تهیه‌ی یک ASP.NET Self host Web API است.


این برنامه به صورت ماژولار تهیه شده‌است و تمام آنالیز کننده‌های آن در حقیقت یک پلاگین هستند (در حال حاضر دارای 32 پلاگین است). این پلاگین‌ها در گروه‌های Alerts (برای مثال یافتن جوین‌های تکراری و یک سری موارد بهینه سازی سرعت)، Loggers (طبقه بندی خام اطلاعات رسیده)، Visualizers (نمایش بصری اطلاعات رسیده) قرار می‌گیرند.


نظرات، پیشنهادات و همکاری

لطفا برای طرح سؤالات و ارائه‌ی پیشنهادات خود در زمینه‌ی این پروژه، به قسمت اختصاصی آن در سایت مراجعه نمائید:
https://www.dntips.ir/projects/details/21
‫۹ سال و ۷ ماه قبل، جمعه ۲۹ اسفند ۱۳۹۳، ساعت ۲۰:۲۰
سیروان عفیفی سیروان عفیفی
اشتراک‌ها
NET Framework 4.7. منتشر شد

The .NET Framework 4.7 includes improvements in several areas:

  1. High DPI support for Windows Forms applications on Windows 10
  2. Touch support for WPF applications on Windows 10
  3. Enhanced cryptography support
  4. Performance and reliability improvements 
NET Framework 4.7. منتشر شد
‫۷ سال و ۶ ماه قبل، پنجشنبه ۱۷ فروردین ۱۳۹۶، ساعت ۱۳:۲۴