Rest In WCF 4.0（转）

前段时间一直翻译《WCF技术内幕》，所以这个系列停滞了下来，现在翻译工作完成。现在继续来写《WCF4.0新特性体验》这个系列。今天我们来学习一下Rest WCF服务，文章会先介绍一下Rest的基本概念，以及特点，其次会介绍WCF如何实现对Rest的支持,也就是Rest WCF的底层机制。重点提到其中几个重要的类型。最后会介绍WCF4.0中对于Rest编程的改进。如此组织也是为了大家可以对Rest 以及Rest WCF 服务有个全面系统的了解。最后我也会提供一个Rest WCF的例子代码，供大家参考。

那么我们现在就开始本节的学习，首先我们要了解什么是Rest。

【1】什么是Rest：

　　REST软件架构是由Roy Thomas Fielding博士2000年在他的论文《Architectural Styles and the Design of Network- based Software Architectures》首次提出的。他提出的理论对后来的Web技术的发展产生了巨大的影响，他是许多重要Web架构标准的设计者，这些标准就是 HTTP、URI等。

　　1.1） Rest的英文全称是“Representational State Transfer”。中文翻译为“表述性状态转移”。REST本身只是为分布式超媒体系统设计的一种架构风格，而不是标准。

1.2）那么如何理解“Representational State Transfer”这句话呢？下面我们来解释一下：

* Representational ：中文直译：代表的，表像的。如果把WEB 服务器端中所有的东西（数据）都看作是资源（Resource），那么呈现在用户面前（客户端）的就是资源的表像（Representation）。每一个资源都有自己的唯一标识（URI）。
* State ：中文直译：状态。首先这个状态是客户端的状态，而不是服务器端的状态（在REST 中，服务器端应该是无状态的）。那么，把State和Representation联系在一起（Representational State），可以理解成：每一个资源（Resource）在客户端的表像（Representation）就是客户端的一个状态（State）。
* Transfer：中文直译：转移。当用户通过不同的URI访问不同的资源时，客户端的表像（Representation）也会随着变化，也就意味着客户端的状态变更（Transfer）了，连起来就是：Representational State Transfer。

　　1.3）REST=老的Web规范+3个新的规范：

　　REST实际上也是基于已有的Web规范集合产生的。传统的Web应用大都是BS系统，这些系统共同遵循一些老的Web规范，这些规范主要包含 3条：

* 1.客户－服务器：这种规范的提出，改善了用户接口跨多个平台的可移植性，并且通过简化服务器组件，改善了系统的可伸缩性。最为关键的是通过分离用户接口和数据存储这两个关注点，使得不同用户终端享受相同数据成为了可能。
* 2.无状态性：无状态性是在客户－服务器约束的基础上添加的又一层规范。他要求通信必须在本质上是无状态的，即从客户到服务器的每个request都必须包含理解该request所必须的所有信息。这个规范改善了系统的可见性（无状态性使得客户端和服务器端不必保存对方的详细信息，服务器只需要处理当前request，而不必了解所有的request历史），可靠性（无状态性减少了服务器从局部错误中恢复的任务量），可伸缩性（无状态性使得服务器端可以很容易的释放资源，因为服务器端不必在多个request中保存状态）。同时，这种规范的缺点也是显而易见得，由于不能将状态数据保存在服务器上的共享上下文中，因此增加了在一系列request中发送重复数据的开销,严重的降低了效率。
* 3.缓存：为了改善无状态性带来的网络的低效性，我们填加了缓存约束。缓存约束允许隐式或显式地标记一个response中的数据，这样就赋予了客户端缓存response数据的功能，这样就可以为以后的request共用缓存的数据，部分或全部的消除一部分交互，增加了网络的效率。但是用于客户端缓存了信息，也就同时增加了客户端与服务器数据不一致的可能，从而降低了可靠性。

　　REST在原有的架构上增加了3个新规范：统一接口、分层系统和按需代码：

* 4.统一接口：REST架构风格的核心特征就是强调组件之间有一个统一的接口，这表现在REST世界里，网络上所有的事物都被抽象为资源，而REST 就是通过通用的链接器接口对资源进行操作。这样设计的好处是保证系统提供的服务都是解耦的，极大的简化了系统，从而改善了系统的交互性和可重用性。并且 REST针对Web的常见情况做了优化，使得REST接口被设计为可以高效的转移大粒度的超媒体数据，这也就导致了REST接口对其它的架构并不是最优的。
* 5.分层系统：分层系统规则的加入提高了各种层次之间的独立性，为整个系统的复杂性设置了边界，通过封装遗留的服务，使新的服务器免受遗留客户端的影响，这也就提高了系统的可伸缩性。
* 6.按需代码：REST允许对客户端功能进行扩展。比如，通过下载并执行 applet或脚本形式的代码，来扩展客户端功能。但这在改善系统可扩展性的同时，也降低了可见性。所以它只是REST的一个可选的约束。

【2】Rest的特点：

由于Rest遵守的这些规范，因此Rest架构的特点也非常的明显：

　　1）REST是一种架构，而不是一个规范。

　　2）REST是一种典型的Client-Server架构，但是强调瘦服务器端，服务器端只应该处理跟数据有关的操作，所有有关显示的工作都应该放在客户端。

　　3）在REST架构中，服务器是无状态的，也就是说服务器不会保存任何与客户端的会话状态信息。所有的状态信息只能放在双方沟通的 Message（消息）中。

　　4）REST架构是幂等的，对于相同的请求，服务器返回的结果也是相同的，因此服务器端返回的结果是可以缓存的，既可以存在客户端也可以存在代理服务器端。

　　5）在REST架构中，所有的操作都是基于统一的方式进行的：

* 每个Resource都有一个唯一的ID。
* 通过Representation（客户端）来处理Resource（服务器端）。也就是说，客户端不能直接操作服务器端的Resource，只能通过对相应的Representation的操作，并发送相应的请求，最后由服务器端来处理Resource并返回结果。
* 客户端和服务器端传送的任何一个Message（消息），都应该是自描述的。也就是说处理这个 Message所需要的上下文环境都应该包含在这个Message当中。
* 多媒体的交互系统，客户端和服务器端传送的内容可以是文档，图片，声音等等多媒体数据，这也是一个Resource能够对应不同的Representation（例如文档，图片等）的基础。

　　6）分层结构，像TCP/IP的分层结构一样，第n层使用第n-1层提供的服务并为第n+1层提供服务。在REST中，Client- Server之间加入了Proxy层和Gateway层。在这些中间层可以加入一些业务处理以外的功能，譬如：负载均衡，安全控制等等。

　　7）Code-On-Demand，客户端可以访问服务器端的Resource，但并不知道如何处理服务器端返回的结果，这个处理过程的代码应该是从服务器端发送过来，然后在客户端执行，也就是说客户端的功能是根据需要动态从服务器端获得的。一个很简单的例子，Applet就是从服务器端下载然后在客户端执行的。注意，这个特性是可选的（Optional），也就是说在你的REST实现当中，可以不考虑这个特性。

【3】Rest的优点：

既然Rest风格有这些特点，那么也就具备了许多优点：
　　1）缓存使用 HTTP 向 RESTful 端点申请数据时，用到的 HTTP 动词是 GET。对于 GET 请求响应中返回的资源，可以用多种不同的方式进行缓存。Conditional GET 就是可供选择的一种实现细节，客户端可以向服务验证他的数据是否为最新版本；RESTful 端点可以通过它进一步提高速度和可伸缩性。
　　2）扩展 REST 鼓励每项资源包含处理特殊请求所需的所有必要状态。满足这一约束时，RESTful 服务更易于扩展且可以没有状态。
　　3)副作用如您使用 GET 请求资源，RESTful 服务应该没有副作用（遗憾的是，与其他一些 REST 约束相比，这一约束更容易被打破）。
　　4）幂等统一接口另外两个常用到的主要 HTTP 动词是 PUT 和 DELETE。用户代理想要修改资源时最常使用 PUT，DELETE 可以自我描述。要点（也就是“幂等”一词所强调的）是您可以对特殊资源多次使用这两个动词，效果与首次使用一样——至少不会有任何其他影响。构建可靠的分布式系统时（即错误、网络故障或延迟可能导致多次执行代码），这一优点可提供保障。
　　5）互操作性许多人将 SOAP 捧为建立客户端-服务器程序最具互操作性的方法。但一些语言和环境至今仍没有 SOAP 工具包。有一些虽然有工具包，但采用的是旧标准，不能保证与使用更新标准的工具包可靠沟通。对于大多数操作，REST 仅要求有 HTTP 库（当然，XML 库通常也很有帮助），它的互操作性肯定强过任何 RCP 技术（包括 SOAP）。
　　6）简易性与其他优点相比，这一优点更主观一些，不同的人可能有不同的感受。对我而言，使用 REST 的简易性涉及到代表资源的 URI 和统一接口。作为一名 Web 冲浪高手，我理解在浏览器中输入不同的 URI 可以得到不同的资源（有时也被称为 URI 或 URL 黑客，但绝无恶意）。由于有多年使用 URI 的经验，所以为资源设计 URI 对我来说得心应手。使用统一接口简化了开发过程，因为我不必为每个需要建立的服务构建接口、约定或 API。接口（客户端与我的服务交互的方式）由体系结构约束设置。

【4】Rest的设计原则：

　　REST架构是针对Web应用而设计的，其目的是为了降低开发的复杂性，提高系统的可伸缩性。REST提出了如下设计准则：
　　（1）网络上的所有事物都被抽象为资源（resource），比如图片、音乐、视频、文字、以及服务等等；
　　（2）每个资源有唯一的资源标识符（resource identifier），URI定位资源；
　　（3）通过通用的连接器接口（generic connector interface）对资源进行操作，比如使用 HTTP 标准动词（GET、POST、PUT 和 DELETE）的统一接口完成操作；
　　（4）对资源的各种操作不会改变资源标识符，URI不变；
　　（5）所有的操作都是无状态的（stateless）。

【5】WCF如何支持Rest：

既然WCF也支持Rest风格，那么究竟WCF是如何实现对于Rest支持的呢?弄清这一点是学习Rest WCF的关键。

首先在WCF3.0种还没有提供对于Rest的支持，我们还只能设计传统的基于SOAP的RPC风格的WCF服务。而不能够涉及Rest WCF服务。

　　为了实现于对Rest的支持，在 .NET Framework 3.5 中，WCF 在 System.ServiceModel.Web 组件中新增了编程模型和一些基础架构部件。.NET Framework 3.5 SP1 还做了几项小改进。WCF Web编程模型几个重要类型就是：

　　1)WebGetAttribute 和 WebInvokeAttribute:

我们知道，在WCF中，对于方法的调用是基于SOAP的Action的，每个客户端发送的SOAP消息都需要指定一个Action的值。这个Action的值和WCF服务的方法对应。每个WCF服务端的操作都有一个特定的Action。通过 OperationContractAttribute.Action 属性设置。看下面的SOAP消息，这个是为了调用WCF默认创建的WCF服务的GetData操作。注意Action的值：http://tempuri.org/IService1/GetData。

<s:Envelope xmlns:s="http://schemas.xmlsoap.org/soap/envelope/">
<s:Header>
<Action s:mustUnderstand="1" xmlns="http://schemas.microsoft.com/ws/2005/05/addressing/none">http://tempuri.org/IService1/GetData<;/Action>
</s:Header>
<s:Body>
<GetData xmlns="http://tempuri.org/">
<value>111</value>
</GetData>
</s:Body>
</s:Envelope>

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在Rest WCF中，基于Action的方法调用转变为了基于URI+Http动词的调用。也就是SOAP Action=URI+Http动词。

　　这种映射会由WebHttpDispatchOperationSelector 类型来完成，它会把客户端请求的URI+Http动词，映射到特定的服务方法上。

　　WebGetAttribute 告诉服务方法应该响应 HTTP GET 请求。

　　WebInvokeAttribute 默认映射为 HTTP POST，但可将WebInvokeAttribute.Method 属性设置为支持所有其他 HTTP 动词（PUT 和 DELETE 等）。例如：

[WebGet(UriTemplate = "/Rest4/Get/{id}")]
public string GetData(string id);
[WebInvoke(UriTemplate = "/Rest4/Add/{id}", Method = "POST")]
public string AddData(string id);

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2)UriTemplate 和 UriTemplateTable:

UriTemplate 一个表示统一资源标识符 (URI) 模板的类。可以定义服务操作的路径和HTTP动词。

　　UriTemplateTable一个表示一组关联 UriTemplate 对象的类。也就是UriTemplate表。

从上面的例子代码，我们也能看出如何使用UriTemplate 定义服务操作的URI和HTTP动词。

　　3)WebHttpBinding 和 WebHttpBehavior:

　　WCF Web 编程模型允许开发人员通过 HTTP 请求（这些请求使用朴素的旧的“Plain old XML”(POX) 样式消息，而不是SOAP 的消息）来公开 WCF服务。为了让客户端使用 HTTP 请求与服务进行通信，必须使用附加了 WebHttpBehavior 的 WebHttpBinding 对服务的终结点进行配置。

　　WebHttpBehavior 行为与 WebHttpBinding 绑定一起使用时，支持 WCF 公开和访问 Web 样式服务。WebServiceHost 会自动将此行为添加到使用 WebHttpBinding 的终结点。例如：

<endpoint behaviorConfiguration="HelpBehavior"
binding="webHttpBinding"
contract="RestWcfServiceDemo.IRestService4" />

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4)WebServiceHost 和 WebServiceHostFactory:

为了支持Web编程模型，WCF框架提供一个新的宿主类型：WebServiceHost。它是一个 ServiceHost 派生类，它是对WCF Web 编程模型的补充。如果 WebServiceHost 在服务说明中找不到终结点，则它将在服务的基址中自动为 HTTP 和 HTTPS 基址创建一个默认终结点。如果用户已在基址中明确配置终结点，则它不会自动创建终结点。WebServiceHost 会自动配置终结点的绑定，以便在安全虚拟目录中使用时与关联的 Internet 信息服务 (IIS) 安全设置一起使用。

　　WebServiceHostFactory在可动态创建WebServiceHost Web宿主实例以响应传入消息的托管宿主环境中提供 WebServiceHost 的实例的工厂。

5)WCF REST Starter Kit :

在WCF4.0之前的版本，WCF3.5我们可以通过使用WCF开发工具包，来开发出我们的Rest WCF服务。大家可以到http://msdn.microsoft.com/en-us/netframework/cc950529.aspx官方网站下载安装包。这里也有关于Rest WCF的最新的资料。

【6】WCF4.0对Rest的改进：

在WCF4.0中，对于Rest WCF服务的支持做了一些改进，比如错误处理，消息格式（XML, JSON, ATOM, text, binary等等）、简化GET/PUT 请求消息的处理，当然两个比较重要的改进就是：帮助页面、Http缓存。

　　1)HelpPage(帮助页面)：

我们知道，Rest服务没有WSDL服务元数据，因此客户端不能获得服务的元数据信息，更不能产生客户端代码。因此就需要一种途径告诉客户端调用服务的方式。这些信息在WCF4.0就通过HelpPage(帮助页面)来显示给客户端。其实这个帮助页面在WCF3.5里也已经支持，但是WCF4.0做了改进。我们可以看一下例子。

首先我们来定义一个Rest服务，它包含4个操作。代码如下：

[WebGet(UriTemplate = "/Rest4/Get/{id}")]
public string GetData(string id)
{
return "Hello Rest";
}
[WebInvoke(UriTemplate = "/Rest4/Add/{id}", Method = "POST")]
public string AddData(string id)
{
return "Hello Rest";
}
[WebInvoke(UriTemplate = "/Rest4/Update/{id}", Method = "PUT"),]
public string UpdateData(string id)
{
return "Hello Rest";
}
[WebInvoke(UriTemplate = "/Rest4/Delete/{id}", Method = "Delete")]
public string DeleteData(string id)
{
return "Hello Rest";
}

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启用帮助页面也很简单，就是在WCF服务行为里定义属性，然后启用helpEnabled="true" 。代码如下：

<endpointBehaviors>
<behavior name="HelpBehavior">
<webHttp helpEnabled="true" />
</behavior>
</endpointBehaviors>

复制代码

启动WCF服务，我们查看服务的帮助信息如下：

　　我们可以清楚地看到，每个操作的的信息，以及调用的URI。当然我们也可以点击Method一列的连接，查看每个方法的详细信息。比如我们查看 Post方法。结果如图：

这些信息很大程度减少了我们犯错的机会，可以帮助我们调试Rest WCF服务，以及快速编写客户端代码。

　　2)Http Cache（Http缓存）

　　Rest的一大优点就是减少Http缓存的使用量，因而提升服务的性能。之前我们需要通过控制Http请求和应答消息头来实现对于缓存的控制。现在在WCF4.0中，提供了一种新的类型AspNetCacheProfile。来配置每个操作的http缓存。 CachingParameterInspector类型会处理底层缓存设置的工作。 [AspNetCacheProfile] 也是建立在标准的ASP.NET 输出缓存机制上。在WCF4.0中我们可以直接给每个操作添加这个属性。但是前提是我们要先定义这个缓存。然后在应用到操作上。例如，我们在配置文件中指定缓存的设置信息：

<system.web>
<caching>
<outputCacheSettings>
<outputCacheProfiles>
<add name="CacheFor30Seconds" duration="30" varyByParam="format" />
</outputCacheProfiles>
</outputCacheSettings>
</caching>
</system.web>

复制代码

然后在操作上应用这个属性，代码如下：

[AspNetCacheProfile("CacheFor30Seconds")]
[WebGet(UriTemplate = "/Rest4/Get/{id}")]
public string GetData(string id)
{
return "Hello Rest";
}

复制代码

这样就实现对于Http缓存的设置。

【7】总结

（1）整体上来说，Web、HTTP和URI仅仅是REST风格的一个主要实现。

（2）WCF对于Rest的支持，也是通过基本的Web编程模型来实现的。也就是从SOAP Action到URI+Http动词的转变。

（3）WCF4.0对于Rest 服务的支持在帮助页面（HelpPage）和Http缓存上做了改进，方便我们对于Rest服务操作Http缓存的配置。

（4）为了方便大家理解 Rest WCF服务，以及WCF4.0对于 Rest的改进，我写了一个Demo程序，供大家下载参考。

也欢迎留言交流。

参考资料：
1.WCF中的REST架构一（REST 概述）
2.REST and WCF Services, an Introduction
3.深入浅出REST
4.Rest 架构风格
5.WebHttpBehavior 类
6.WebHttpBinding 类
7.WebServiceHostFactory 类

posted @ 2011-10-21 23:30 Simon_Chen 阅读(737) 评论(0) 编辑收藏举报

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