Windows Communication Foundation入門（Part Two）
三、WCF的技術要素
作為基于SOA（Service Oriented Architecture）的一個框架產品，WCF最重要的就是能夠快捷的創建一個服務（Service）。如下圖所示，一個WCF Service由下面三部分構成：
1、Service Class：一個標記了[ServiceContract]Attribute的類，在其中可能包含多個方法。除了標記了一些WCF特有的Attribute外，這個類與一般的類沒有什么區別。
2、Host（宿主）：可以是應用程序，進程如Windows Service等，它是WCF Service運行的環境。
3、Endpoints：可以是一個，也可以是一組，它是WCF實現通信的核心要素。
WCF Service由一個Endpoints集合組成，每個Endpoint就是用于通信的入口，客戶端和服務端通過Endpoint交換信息，如下圖所示：
從圖中我們可以看到一個Endpoint由三部分組成：Address，Binding，Contract。便于記憶，我們往往將這三部分稱為是Endpoint的ABCs。
Address是Endpoint的網絡地址，它標記了消息發送的目的地。Binding描述的是如何發送消息，例如消息發送的傳輸協議（如TCP，HTTP），安全（如SSL，SOAP消息安全）。Contract則描述的是消息所包含的內容，以及消息的組織和操作方式，例如是one-way，duplex和request/reply。所以Endpoint中的ABCs分別代表的含義就是：where，how，what。當WCF發送消息時，通過address知道消息發送的地址，通過binding知道怎樣來發送它，通過contract則知道發送的消息是什么。
在WCF中，類ServiceEndpoint代表了一個Endpoint，在類中包含的EndpointAddress，Binding，ContractDescription類型分別對應Endpoint的Address，Binding，Contract，如下圖：
EndpointAddress類又包含URI，Identity和可選的headers集合組成，如下圖：
Endpoint安全的唯一性識別通常是通過其URI的值，但為了避免一些特殊情況造成URI的重復，又引入了Identity附加到URI上，保證了Endpoint地址的唯一性。至于可選的AddressHeader則提供了一些附加的信息，尤其是當多個Endpoint在使用同樣的URI地址信息時，AddressHeader就非常必要了。
Binding類包含Name，Namespace和BindingElement集合，如下圖：
Binding的Name以及Namespace是服務元數據（service’s metadata）的唯一標識。BindingElement描述的是WCF通信時binding的方式。例如，SecurityBindingElement表示Endpoint使用SOAP消息安全方式，而ReliableSessionBindingElement表示Endpoint利用可信賴消息確保消息的傳送。TcpTransportBindingElement則表示Endpoint利用TCP作為通信的傳輸協議。每種BindingElement還有相應的屬性值，進一步詳細的描述WCF通信的方式。
BindingElement的順序也非常重要。BindingElement集合通常會創建一個用于通信的堆棧，其順序與BindingElement集合中元素順序一致。集合中最后一個binding element對應于通信堆棧的底部，而集合中的第一個binding element則對應于堆棧的頂端。入消息流的方向是從底部經過堆棧向上，而出消息流的方向則從頂端向下。因此，BindingElement集合中的binding element順序直接影響了通信堆棧處理消息的順序。幸運的是，WCF已經提供了一系列預定義的Binding，能夠滿足大多數情況，而不需要我們自定義Binding，殫精竭慮地考慮binding element的順序。
Contract是一組操作（Operations）的集合，該操作定義了Endpoint通信的內容，每個Operation都是一個簡單的消息交換（message exchange），例如one-way或者request/reply消息交換。
類ContractDescription用于描述WCF的Contracts以及它們的操作operations。在ContractDescription類中，每個Contract的operation都有相對應的OperationDescription，用于描述operation的類型，例如是one-way，還是request/reply。在OperationDescription中還包含了MessageDecription集合用于描述message。
在WCF編程模型中，ContractDescription通常是在定義Contract的接口或類中創建。對于這個接口或類類型，標記以ServiceContractAttribute，而其Operation方法則標記以OperationContractAttribute。當然我們也可以不利用CLR的attribute，而采用手工創建。
與Binding一樣，每個Contract也包含有Name和Namespace，用于在Service的元數據中作為唯一性識別。此外，Contract中還包含了ContractBehavior的集合，ContractBehavior類型可以用于修改或擴展contract的行為。類ContractDescription的組成如下圖所示：
正如在ContractDescription中包含的IContractBehavior一樣，WCF專門提供了行為Behavior，它可以對客戶端和服務端的一些功能進行修改或者擴展。例如ServiceMetadataBehavior用于控制Service是否發布元數據。相似的，security behavior用于控制安全與授權，transaction behavior則控制事務。
除了前面提到的ContractBehavior，還包括ServiceBehavior和ChannelBehaivor。ServiceBehavior實現了IServiceBehavior接口，ChannelBehaivor則實現了IChannleBehavior接口。
由于WCF需要管理的是服務端與客戶端的通信。對于服務端，WCF提供了類ServiceDescription用于描述一個WCF Service，；而針對客戶端，WCF管理的是發送消息時需要使用到的通道Channel，類ChannelDescription描述了這樣的客戶端通道。
ServiceDescription類的組成如下圖所示：
我們可以利用代碼的方式創建ServiceDescription對象，也可以利用WCF的Attribute，或者使用工具SvcUtil.exe。雖然可以顯式的創建它，但通常情況下，它會作為運行中的Service一部分而被隱藏于后（我在后面會提到）。
ChannelDescription類的組成與ServiceDescription大致相同，但它僅僅包含了一個ServiceEndpoint，用于表示客戶端通過通道通信的目標Endpoint。當然，施加到ChannelDescription的Behavior也相應的為IChannelBehavior接口類型，如圖所示：
定義一個WCF Service非常簡單，以Hello World為例，定義的Service可能如下：
using System.ServiceModel
[ServiceContract]
public class HelloWorld
{
[OperationContract]
public void Hello()
{
Console.WriteLine(“Hello World!”);
}
}
System.ServiceModel是微軟為WCF提供的一個新的類庫，以用于面向服務的程序設計。在開發WCF應用程序時，需要先添加對System.ServiceModel的引用。WCF中的大部分類和接口也都是在命名空間System.ServiceModel下。
我們為HelloWorld類標記了[ServiceContract]，這就使得該類成為了一個WCF Service，而其中的方法Hello()則因為標記了[OperationContract]，而成為該Service的一個Operation。
不過WCF推薦的做法是將接口定義為一個Service，這使得WCF Service具有更好的靈活性，畢竟對于一個接口而言，可以在同時有多個類實現該接口，這也就意味著可以有多個Service Contract的實現。那么上面的例子就可以修改為：
[ServiceContract]
public interface IHello
{
[OperationContract]
void Hello();
}
而類HelloWorld則實現該IHello接口：
public class HelloWorld:IHello
{
public void Hello()
{
Console.WriteLine(“Hello World!”);
}
}
注意在實現了IHello接口的類HelloWorld中，不再需要在類和方法中標注ServiceContractAttribute和OperationContractAttribute了。
前面我已經提過，一個WCF Service必須有host作為它運行的環境。這個host可以是ASP.Net，可以是Windows Service，也可以是一個普通的應用程序，例如控制臺程序。下面就是一個Host的實現：
using System.ServiceModel
public class HostApp
{
static void Main(string[] args)
{
ServiceHost host = new ServiceHost(typeof(HelloWorld), new Uri(“http://localhost:8080/HelloService”));
host.AddServiceEndpoint(typeof(IHello), new BasicHttpBinding(),”Svc”);
host.Open();
Console.WriteLine(“Start Your Service.”);
Console.ReadKey();
host.Close();
}
}
在這個HostApp中，我們為HelloWorld創建了一個ServiceHost對象。通過它就可以創建WCF運行時（Runtime），WCF Runtime是一組負責接收和發送消息的對象。ServiceHost可以創建SerivceDescription對象，利用SerivceDescription，SercieHost為每一個ServiceEndpoint創建一個EndpointListener。ServiceHost的組成如下圖：
EndpointListener偵聽器包含了listening address，message filtering和dispatch，它們對應ServiceEndpoint中的EndpointAddress，Contract和Binding。在EndpointListener中，還包含了一個Channel Stack，專門負責發送和接收消息。
注意在創建ServiceHost時，傳遞的type類型參數，不能是interface。因此，我在這里傳入的是typeof(HelloWorld)。ServiceHost類的AddServiceEndpoint()方法實現了為Host添加Endpoint的功能，其參數正好是Endpoint的三部分：Address，Bingding和Contract。（此時的IHello即為ServiceContract，其方法Hello為OperationContract）。
ServiceHost的Open()方法用于創建和打開Service運行時，而在程序結束后我又調用了Close()方法，來關閉這個運行時。實際上以本例而言，該方法可以不調用，因為在應用程序結束后，系統會自動關閉該host。但作為一種良好的編程習慣，WCF仍然要求顯式調用Close()方法，因為Service運行時其本質是利用Channel來完成消息的傳遞，當打開一個Service運行時的時候，系統會占用一個Channel，調用完后，我們就需要釋放對該通道的占用。當然我們也可以用using語句來管理ServiceHost資源的釋放。
定義好了一個WCF Service，并將其運行在Host上后，如何實現它與客戶端的通信呢？典型的情況下，服務端與客戶端均采用了Web Service Description Language（WSDL），客戶端可以通過工具SvcUtil.exe生成對應于該WCF Service的Proxy代碼，以完成之間的消息傳遞，如圖所示：
SvcUtil.exe是由WinFx Runtime Component SDK所提供的，如果安裝SDK正確，可以在其中找到該應用工具。生成客戶端Proxy代碼的方法很簡單，首先需要運行服務端Service。然后再命令行模式下運行下面的命令：
SvcUtil http://localhost:8080/HelloService
這樣會在當前目錄下產生兩個文件output.cs和output.config。前者最主要的就是包含了一個實現了IHello接口的Proxy對象，這個代理對象名為HelloProxy，代碼生成的結果如下：
[System.CodeDom.Compiler.GeneratedCodeAttribute("System.ServiceModel", "3.0.0.0")]
public partial class HelloProxy : System.ServiceModel.ClientBase<IHello>, IHello
{
public HelloProxy()
{
}
public HelloProxy(string endpointConfigurationName) :
base(endpointConfigurationName)
{
}
public HelloProxy(string endpointConfigurationName, string remoteAddress) :
base(endpointConfigurationName, remoteAddress)
{
}
public HelloProxy(string endpointConfigurationName, System.ServiceModel.EndpointAddress remoteAddress) :
base(endpointConfigurationName, remoteAddress)
{
}
public HelloProxy(System.ServiceModel.Channels.Binding binding, System.ServiceModel.EndpointAddress remoteAddress) :
base(binding, remoteAddress)
{
}
public void Hello()
{
base.InnerProxy.Hello();
}
}
（注：本程序在WinFx 2006 February CTP版本下運行通過）
至于后者，則是WCF Service的配置信息，主要包含的是Endpoint中Address，Binding以及Contract的配置（在后續文章我會詳細介紹）。
現在客戶端就可以直接使用HelloProxy對象，來完成與服務端的通信了：
public class ClientApp
{
static void Main(string[] args)
{
using (HelloProxy proxy = new HelloProxy())
{
proxy.Hello();
}
Console.ReadKey();
}
}
除了可以使用SvcUtil工具產生客戶端代碼，同樣我們也可以利用代碼的方式來完成客戶端。客戶端在發送消息給服務端時，其通信的基礎是Service的Endpoint，WCF提供了System.ServiceModel.Description.ServiceEndpoint類，通過創建它來實現兩端的通信。在前面，我還提到“對于客戶端而言，WCF管理的是發送消息時需要使用到的通道Channel”，為此，WCF提供了ChannelFactory（其命名空間為System.ServiceModel.Channel），專門用于創建客戶端運行時（runtime）。ChannelFactory與ServiceHost相對應，它可以創建ChannelDescription對象。與服務端ServiceHost不同的是，客戶端并不需要偵聽器，因為客戶端往往是建立連接的“發起方”，并不需要偵聽進來的連接。因此客戶端的Channel Stack會由ChannelDescription創建。
ChannelFactory和ServiceHost都具有Channel Stack，而服務端與客戶端的通信又是通過channel來完成，這就意味著，利用ChannelFactory，客戶端可以發送消息到服務端。而客戶端本身并不存在Service對象，因此該Service的Proxy，是可以通過Channel來得到的。所以客戶端的代碼可以修改如下：
using System.ServiceModel;
using System.ServiceModel.Description;
using System.ServiceModel.Channel
public class ClientApp
{
static void Main(string[] args)
{
ServiceEndpoint httpEndpoint = new ServiceEndpoint(ContractDescription.GetContract(typeof(IHello)), new BasicHttpBinding(), new EndpointAddress(“http://localhost:8080/HelloService/Svc”));
using (ChannelFactory<IHello> factory = new ChannelFactory<IHello>(httpEndPoint))
{
//創建IHello服務的代理對象;
IHello service = factory.CreateChannel();
service.Hello();
}
Console.ReadKey();
}
}
（注：本程序在WinFx 2006 February CTP版本下運行通過）
對于上面的代碼，我們有兩點需要注意：
1、采用這種方式，前提條件是客戶端能夠訪問IHello接口。這也印證了之前我所敘述的最好使用interface來定義Service的好處。此外，為了保證部署的方便，有關Service的interface最好單獨編譯為一個程序集，便于更好的部署到客戶端。
2、客戶端必須知道服務端binding的方式以及address。
對于服務端而言，我們也可以直接在瀏覽器中打開該Service，在地址欄中輸入http://localhost:8080/HelloService，如下圖：
點擊鏈接：http://localhost:8080/HelloService?wsdl，我們可以直接看到HelloService的WSDL。注意到在這里我并沒有使用IIS，實際上WCF內建了對httpsys的集成，允許任何應用程序自動成為HTTP listener。
參考：
1、David Chappell，Introducing Windows Communication Foundation
2、Aaron Skonnard，Learn The ABCs Of Programming Windows Communication Foundation
3、Microsoft Corporation，Windows Communication Foundation Architecture Overview
<未完待續>
浙公網安備 33010602011771號