.NET基础拾遗（7）Web Service的开发与应用基础
Web Service是一种网络服务，通过通用的规范，Web Service技术允许使用者访问网络上每一个Web Service所提供的服务。在网络快速发展的时代，这种基于网络的分布式服务已经被广泛地应用。虽然如今轻量级的Restful服务正如日中天，但是了解Web Service也是基础中的基础。
Index :
（3）字符串、集合与流
（4）委托、事件、反射与特性
（5）多线程开发基础
（7）WebService的开发与应用基础
一、SOAP和Web Service的基本概念
Web Service基于SOAP协议，而SOAP本身符合XML语法规范。虽然.NET为Web Service提供了强大的支持，但了解其基本机制对于程序员来说仍然是必需的。
1.1 神马是SOAP协议？
SOAP协议的全称是简单对象访问协议（Simple Object Access Protocol），SOAP致力于以XML形式提供一个简单、轻量的用于在分散或分布环境中交换结构化和类型信息的机制。SOAP只规范对象访问的方式，而不限制具体实现的技术环境，这意味着SOAP协议是一种跨平台的协议：一个.NET客户端程序可以按照SOAP协议访问一个基于JavaEE技术体系结构的Web Service。SOAP访问仍然基于HTTP协议，同时其内容又以XML形式展现。
SOAP规范由四部分组成：
① SOAP信封（SOAP envelop）
② SOAP编码规则（SOAP encoding rules）
③ SOAP RPC表示（SOAP RPC representation）
④ SOAP绑定（SOAP binding）
这里不对这四部分展开介绍，通过下面的一个小例子来直观地认识一下。
（1）在Web服务端，打算对外提供一个公共方法来供客户端调用，而客户端则需要提供这个方法需要的参数，并且最终得到返回值。假设这个方法被申明在MySimpleService.asmx文件中：
[WebMethod] public string GetSumString(int para1, int para2) { int result = para1 + para2; return result.ToString(); }
（2）当客户端试图使用这个Web Service方法时，就需要向服务器端发出这样的一个HTTP请求：
POST /MySimpleService.asmx HTTP/1.1 Host: localhost Content-Type: text/xml; charset=utf-8 Content-Length: length SOAPAction: "http://tempuri.org/GetSumString" <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <soap:Envelope xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xmlns:xsd="http://www.w3.org/2001/XMLSchema" xmlns:soap="http://schemas.xmlsoap.org/soap/envelope/"> <soap:Body> <GetSumString xmlns="http://tempuri.org/"> <para1>250</para1> <para2>250</para2> </GetSumString> </soap:Body> </soap:Envelope>
（3）等到Web Service服务器端接收到上面的请求之后，就可以进行相应的逻辑处理，并且返回结果。根据SOAP协议，HTTP响应如下形式：
HTTP/1.1 200 OK Content-Type: text/xml; charset=utf-8 Content-Length: length <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <soap:Envelope xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xmlns:xsd="http://www.w3.org/2001/XMLSchema" xmlns:soap="http://schemas.xmlsoap.org/soap/envelope/"> <soap:Body> <GetSumStringResponse xmlns="http://tempuri.org/"> <GetSumStringResult>500</GetSumStringResult> </GetSumStringResponse> </soap:Body> </soap:Envelope>
如此一来，客户端就得到了服务端的处理结果，换句话说，客户端已经得到了Web Service提供的服务。
PS：最后，再说一下SOAP协议和HTTP协议，它们的关系非常类似于网络分层中的上下层协议，使用SOAP协议的双方将SOAP数据包放入HTTP报文之中，并且通过HTTP协议完成实际的传输，换句话说，SOAP是对HTTP的一个封装，下图说明了这一过程：
1.2 WSDL又是什么鬼，它有啥作用？
（1）WSDL介绍
WSDL（Web Service Description Language）是Web服务描述语言，它是一种由微软、IBM、Intel等大型供应商提出的语言规范，目的就是为了描述Web服务器所提供的服务，以供使用者参考。WSDL是一种复合XML语法规范的语言，它的设计完全基于SOAP协议，当一个Web Service服务器期望为使用者提供服务说明时，WSDL是最好的选择之一。
这里仍以上面的实例来说明，在Web服务端提供了这样一个方法：
string GetSumString(int para1, int para2)
当服务端视图利用WSDL告诉客户端如何使用该方法时，就会提供下面的这样一个WSDL文件（仍然是一个XML）：
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <wsdl:definitions xmlns:tm="http://microsoft.com/wsdl/mime/textMatching/" xmlns:soapenc="http://schemas.xmlsoap.org/soap/encoding/" xmlns:mime="http://schemas.xmlsoap.org/wsdl/mime/" xmlns:tns="http://tempuri.org/" xmlns:soap="http://schemas.xmlsoap.org/wsdl/soap/" xmlns:s="http://www.w3.org/2001/XMLSchema" xmlns:soap12="http://schemas.xmlsoap.org/wsdl/soap12/" xmlns:http="http://schemas.xmlsoap.org/wsdl/http/" targetNamespace="http://tempuri.org/" xmlns:wsdl="http://schemas.xmlsoap.org/wsdl/"> <wsdl:types> <s:schema elementFormDefault="qualified" targetNamespace="http://tempuri.org/"> <s:element name="GetSumString"> <s:complexType> <s:sequence> <s:element minOccurs="1" maxOccurs="1" name="para1" type="s:int" /> <s:element minOccurs="1" maxOccurs="1" name="para2" type="s:int" /> </s:sequence> </s:complexType> </s:element> <s:element name="GetSumStringResponse"> <s:complexType> <s:sequence> <s:element minOccurs="0" maxOccurs="1" name="GetSumStringResult" type="s:string" /> </s:sequence> </s:complexType> </s:element> </s:schema> </wsdl:types> <wsdl:message name="GetSumStringSoapIn"> <wsdl:part name="parameters" element="tns:GetSumString" /> </wsdl:message> <wsdl:message name="GetSumStringSoapOut"> <wsdl:part name="parameters" element="tns:GetSumStringResponse" /> </wsdl:message> <!-- 这里省略其他定义 --> </wsdl:definitions>
如上xml所示，在<wsdl:types>节点下，WSDL定义了GetSumString方法的名字：
<s:element name="GetSumString">
参数数量、每个参数的类型：
<s:complexType> <s:sequence> <s:element minOccurs="1" maxOccurs="1" name="para1" type="s:int" /> <s:element minOccurs="1" maxOccurs="1" name="para2" type="s:int" /> </s:sequence> </s:complexType>
以及返回参数的类型：
<s:element name="GetSumStringResponse"> <s:complexType> <s:sequence> <s:element minOccurs="0" maxOccurs="1" name="GetSumStringResult" type="s:string" /> </s:sequence> </s:complexType> </s:element>
通过完整的描述，使用者就能够了解如何使用该Web服务了。
（2）获取和使用WSDL
当Web Service服务器提供WSDL时，就可以通过特定的工具获得WSDL文件。最直接的方式就是在URL中直接添加WSDL参数，来发送得到WSDL文件的请求，如下所示：
http://localhost:6105/MySimpleService.asmx?wsdl
这时点击回车就可以得到如下图所示的WSDL结果：
1.3 Web Service中如何处理附件？
尽管Web Service提供的方法的参数类型没有任何限制，也就意味着所有的附件可以通过字节数组来进行传递，但是把字节流直接内嵌在SOAP消息的做法有很多问题，这也曾经成为XML语法和SOAP协议被诟病的原因。这里主要介绍一下XOP的概念。
在XOP出现之前，SOAP处理二进制数据的方式都很简单，比如当一个Web Service服务端提供了如下的方法时：
void UploadSmallAttach(Byte[] attachment)
客户端调用该Web Service，只需要发出下面这样的SOAP请求即可：
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <soap:Envelope xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xmlns:xsd="http://www.w3.org/2001/XMLSchema" xmlns:soap="http://schemas.xmlsoap.org/soap/envelope/"> <soap:Body> <UploadSmallAttach xmlns="http://tempuri.org/"> <attachment>D0CF11E0A1B11AE100000000000000000000000003E0000300FEFF09000600000000000000000000000600000000000000000000DE0200000000000000000000001000000000000000FEFFFFFFFF00000000000000000000D80200000000000D9020000DA02000DB02000000DC020000DD0200000000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF</attachment> </UploadSmallAttach> </soap:Body> </soap:Envelope>
如上所示，其中<attachment>节点下的一大堆字符，就是某个文件的字节流。通过这种方式，确实是可以实现传送二进制附件的功能的，但这样的处理过于粗略，且传输没有任何优化。W3C为此特别指定了XOP规范。
XOP（XML-binary Optimized Packages）意为XML二进制打包，它把二进制数据流从SOAP消息中分离出来，进行单独打包。上述的客户端请求如果使用XOP规范的话，将转变为如下结果：
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <soap:Envelope xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xmlns:xsd="http://www.w3.org/2001/XMLSchema" xmlns:soap="http://schemas.xmlsoap.org/soap/envelope/"> <soap:Body> <UploadSmallAttach xmlns="http://tempuri.org/"> <attachment>
<xop:Include xmlns="http://www.w3.org/2015/10/02/xop/include" href="cid:http://www.book.com/attachment.png" />
</attachment> </UploadSmallAttach> </soap:Body> </soap:Envelope>
可以看到，原本出现在二进制字节流的地方，被转换成了一个引用：
<attachment> <xop:Include xmlns="http://www.w3.org/2015/10/02/xop/include" href="cid:http://www.book.com/attachment.png" /> </attachment>
这样整个SOAP信封节点下就不再包含任何二进制直接，而福建则被安放在另一个MIME体中：
Content-Type: image/png Content-Transfer-Encoding: binary Content-ID: <sample@book.com> D0CF11E0A1B11AE100000000000000000000000003E0000300FEFF09000600000000000000000000000600000000000000000000DE0200000000000000000000001000000000000000FEFFFFFFFF00000000000000000000D80200000000000D9020000DA02000DB02000000DC020000DD0200000000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF
二、使用.NET开发Web Service
.NET为Web Service提供了全面的支持，无论是创建Web Service还是访问Web Service，使用.NET都能快速有效地完成需求。
2.1 如何在.NET中创建Web Service？
（1）使用WebMethod特性创建Web Service
在.NET中，所有Web Service的资源被定义为asmx文件，而在ASP.NET被安装时，asmx文件也会在IIS中被注册成由ASP.NET组件来处理。也就是说，一个asmx文件和其后台代码asmx.cs组成了一个Web Service资源。
为了让我们能够把注意力集中在逻辑的处理上，而忽略SOAP通信的工作，.NET提供了Web Service类型和WebMethod特性。在继承自Web Service类型的公共方法上添加WebMethod特性，就可以申明为一个Web Service方法。
① 创建一个Web服务
② asmx文件只是简单地声明了后台代码的位置，而不包含任何工作代码。后台代码都在asmx.cs中：
/// <summary> /// MySimpleService 的摘要说明 /// </summary> [WebService(Namespace = "http://tempuri.org/")] [WebServiceBinding(ConformsTo = WsiProfiles.BasicProfile1_1)] [System.ComponentModel.ToolboxItem(false)] // 若要允许使用 ASP.NET AJAX 从脚本中调用此 Web 服务，请取消注释以下行。 // [System.Web.Script.Services.ScriptService] public class MySimpleService : System.Web.Services.WebService { [WebMethod] public string GetSumString(int para1, int para2) { int result = para1 + para2; return result.ToString(); } }
Luckily，WebService和WebMethod为我们提供了完全包装好的SOAP处理功能，而在大多数情况下，我们所要做的就是继承和使用它们。
（2）创建自定义的类型来处理对asmx文件的请求
在ASP.NET的处理机制中，所有的HTTP请求通道都通过管道来寻找处理程序。我们所熟悉的WebForm和WebService，都是实现了IHttpHandler接口的Http处理程序，这导致了它们有能力处理特定的Http请求。事实上，我们可以通过配置Web.config来自定义Http处理程序和资源的映射匹配关系，如同下面的配置所展示的一样：
<httpHandlers> <add verb="*" path="*.ashx" type="System.Web.UI.SimpleHandlerFactory"/> <add verb="*" path="*.aspx" type="System.Web.UI.PageHandlerFactory"/> <add verb="*" path="*.asmx" type="System.Web.Services.Protoclos.WebServiceHandlerFactory"/> </httpHandlers>
实现IHttpHandler接口很简单，必须的工作就仅仅是实现一个ProcessRequest方法和一个只读属性：
public void ProcessRequest(HttpContext context) public bool IsReusable
在HttpContext类型的上下文对象中包含了Http请求（HttpRequest），也包含了Http返回类型对象（HttpResponse），并且允许程序员往里面写入希望的返回内容。IsReusable属性则返回当前对象是否可被重用来应对所有类似的Http请求。
鉴于此，我们可以自己实现一个实现IHttpHandler接口的处理程序，在配置文件中将其绑定到.asmx文件上，就可以实现Web Service方法了。当然，为了符合SOAP规范，我们需要在ProcessRequest方法中解析SOAP请求，并且把返回值放入一个SOAP包中。
下面的代码示例展示了如何自定义asmx处理程序（这里只展示了如何编写实现IHttpHandler接口的类型并使其工作，省略了繁琐的SOAP解析和组织工作）
① 新建一个ashx程序，实现IHttpHandler接口
/// <summary> /// MySimpleHandler 的摘要说明 /// </summary> public class MySimpleHandler : IHttpHandler { public void ProcessRequest(HttpContext context) { context.Response.Write("<h1>Hello Web Service!</h1>"); } public bool IsReusable { get { return true; } } }
② 修改Web.config文件，加入自定义HttpHandler类型
<add verb="*" path="*.asmx" type="MyWebApp.MySimpleHandler,MyWebApp"/>
（3）自定义Web Service资源文件和处理程序
事实上，我们完全可以定义一种新的资源文件而不是采用asmx文件名，只要我们为其定制HttpHandler程序。需要做的工作为：
① 定义一个新的文件格式如asnew，在IIS中匹配asnew和aspnet_isapi.dll处理程序；
② 自定义一个实现了IHttpHandler接口的类型，在这个类型中实现SOAP；
③ 在需要使用asnew文件的站点配置文件中绑定asnew和新的Http处理类型；
这样的方案显然可以为系统带来更大的灵活性，但同时也意味着更大的代码量。下图展示了三种实现Web Service的方法之间的关系：
2.2 WebMethod特性包含哪些属性，各有神马用处？
WebMethod特性在Web Service中被用来申明一个公开方法，了解其使用方法是在正确编写Web Service的基础。在WebMethod特性中，一共包含了6个属性，这6个属性对WebMethod的使用非常重要。
（1）BufferResponse属性
该属性表明是否启用对Web Service方法响应的缓冲。当设置为true时，Web Service方法将响应序列化到内存缓冲区中，直到缓存区被用满或者响应结束后，响应才会被发送给客户端。相反，设置为false时，.NET默认以16KB的块区缓冲响应，响应在被序列化的同时将会被不断发送给客户端，无论该响应是否已经完全结束。
PS：默认BufferResponse被设置为true。当Web Service要发送大量数据流给客户端时，设置BufferResponse为false时可以防止大规模数据一次性刷新到内存，而对于小量数据，设置为true则可以有效地提高性能。
（2）EnableSession属性
该属性指定是否启用会话状态。如果为true，则启用，为fasle则禁用。默认被设置为false。
public class MySimpleService : System.Web.Services.WebService { [WebMethod(EnableSession = true)] public string WithSession() { return TryGetSession(); } [WebMethod(EnableSession = false)] public string WithoutSession() { return TryGetSession(); } private string TryGetSession() { if (Session == null) { return "Session is Forbidden"; } if (Session["number"] == null) { Session["number"] = 0; } Session["number"] = (int)Session["number"] + 1; return Session["number"].ToString(); } }
分别访问WithSession和WithoutSession方法，结果如下图所示：
（3）CacheDuration属性
该属性指示启用对Web Service方法结果的缓存。服务端将会缓存每个唯一参数集的结果，该属性的值指定服务器端应该对结果进行多少秒的缓存处理。如果该值为0，则禁用对结果进行缓存；如果不为零，则启用缓存，单位为秒，意为设置多少秒的缓存时间。默认该值被设为0。
[WebMethod(CacheDuration = 10, EnableSession = true)] public string WithCache() { if (Session["number"] == null) { Session["number"] = 0; } Session["number"] = (int)Session["number"] + 1; return Session["number"].ToString(); }
上面的WithCache方法设置了10秒的缓存时间，即10秒内的访问都会得到一样的结果。
（4）Description属性
该属性很简单，提供了对某个Web Service方法的说明，并且会显示在服务帮助页上面。
（5）MessageName属性
该属性是Web Service能够唯一确定使用别名的重载方法。除非另外指定，默认值是方法名称。当指定MessageName时，结果SOAP消息将反映该名称，而不是实际的方法名称。
当Web Service提供了两个同名的方法时，MessageName属性会很有用，这一点将会体现在WSDL中：
[WebMethod(MessageName="HelloWorld1")] public string HelloWorld(int num) { return num.ToString(); } [WebMethod(MessageName = "HelloWorld2")] public string HelloWorld() { return "Hello World!"; }
（6）TransactionOption属性
该属性用以设置Web Service方法的事务特性，在.NET中事务模型是基于声明性的，而不是编写特定的代码来处理提交和回滚事务。在Web Service中，可以通过TransactionOption属性来设置该方法是否需要被放入一个事务之中。如果申明了事务属性，执行Web Service方法时引发异常会自动终止事务，相反如果未发生任何异常，则自动提交事务。
事务最常用的一个场景就是数据库访问，所以该属性在利用Web Service实现的分布式数据库访问中就特别有用。
2.2 如何生成Web Service代理类型？
（1）Web Service代理类的概念
所谓的代理类，就是SOAP协议的代理类型，它使得我们可以通过调用本地的类型方法（代理类），来达到访问Web Service方法的目的。代理类的最终目的就是将程序员从繁琐的SOAP消息处理和XML解析中解放出来，而专注于逻辑工作。下图说明了代理类的作用：
（2）如何生成Web Service代理类
在Visual Studio中提供了一个很简单的生成Web Service代理类的方法就是Web引用，如下图所示：
当Web引用被添加后，一个代理类型也会自动生成。并且，当服务端的Web Service更新后，我们只需要简单地更新一下Web引用，就可以方便地更新代理类型。
在客户端逻辑中，只需要调用代理类的对应接口就OK，十分简单：
class Program { static void Main(string[] args) { using (MySimpleServiceSoapClient proxy = new MySimpleServiceSoapClient()) { string result = proxy.GetSumString(250, 250); Console.WriteLine("250+250={0}", result); } Console.ReadKey(); } }
执行结果为：
2.3 简述.NET中Web Service的异常机制
即使有了本地的代理类，调用Web Service方法还是调用本地方法有所区别，如果Web Service出现了异常，那么这些异常信息就需要被封装在SOAP信息中发送回客户端。
（1）SOAP中对异常的规定
SOAP规定了异常信息的携带方式，那就是全被放入fault节点中。fault节点必须是Body节点的子节点，而且一个SOAP消息只能出现一个fault节点。
| 子节点 | 描述 |
| <faultcode> | 识别故障的代码 |
| <faultstring> | 供认阅读的有关故障的说明 |
| <faultactor> | 是谁引发异常 |
| <detail> | 存留设计Body元素的应用程序专用错误信息 |
其中faultcode是一个错误码，其取值和每个值所代表的含义都在SOAP中有所定义，下表列出了所有faultcode及其含义：
| faultcode节点值 | 描述 |
| VersionMismatch | SOAP Envelop元素的无效命名空间被发现 |
| MustUnderstand | Header元素的一个直接子元素无法被理解 |
| Client | 消息被不正确地构成，或包含了不正确的信息 |
| Server | 服务器有问题，因此无法处理进行下去 |
（2）服务端对未捕获异常的处理
在使用WebService类型和WebMethod特性创建Web Service的情况下，服务器端的异常都会被捕捉，并且所有异常都会被放入到SoapException类型中，并且返回给客户端。我们可以在服务端代码中直接使用SoapException异常，通过设置其属性来告知客户端：
① Message：原始异常的Message属性
② Code：服务器异常码
③ Actor：Web Service方法的URL
④ Detail：空引用，但有一个空的详细信息元素存在于故障元素之中
服务端会把SoapException放入Fault节点之中并返回给客户端，以此来告知服务端发生的异常。
（3）客户端代理类对fault节点的处理
如果使用.NET自动生成的Web Service代理类，那么它将能够自动地识别fault节点，并且还原为SoapException异常。这里可以通过下面的一段代码示例来直观地了解这一点：
① 首先在Web Service方法中直接抛出一个异常，如下代码所示：
[WebMethod] public string HelloException() { // 直接抛出一个异常,该异常会被包装为SoapException throw new Exception("发生了一个异常！"); }
② 其次根据这个Web Service在本地生成对应代理类，并且通过try-catch捕捉从服务端发送来的SoapExcetpion：
class ServiceClient { static void Main(string[] args) { using (MySimpleServiceSoapClient proxy = new MySimpleServiceSoapClient()) { try { // 这里异常将会被代理类抛出 proxy.HelloException(); } catch (SoapException ex) { // 打印异常信息内容 Console.WriteLine("Actor:{0}", ex.Actor); Console.WriteLine("CodeName:{0}", ex.Code.Name); Console.WriteLine("Detail:{0}", ex.Detail.InnerText); Console.WriteLine("Message:{0}", ex.Message); } } Console.ReadKey(); } }
参考资料
（1）朱毅，《进入IT企业必读的200个.NET面试题》
（2）张子阳，《.NET之美：.NET关键技术深入解析》
（3）王涛，《你必须知道的.NET》
