WCF分布式开发步步为赢(1)：WCF分布式框架基础概念

众所周知，系统间的低耦合一直是大型企业应用系统集成追寻的目标，SOA面向服务架构的出现为我们的如何利用现有企业系统资源进行企业ERP系统设计和实现提供了重要的参考原则。SOA如此炙手可热，各大厂商都推出了自己的中间件产品，比如Oracle Fusion和 SAP NetWeaver，IBM、BEA等企业也推出了自己基于SOA的解决方案。基于J2EE平台的SOA架构设计中的一个重要概念就是EJB企业服务总线，作用是实现各个系统的数据交互。而.NET平台上，WCF就是微软为各个系统的数据交互提供通讯基础框架。由于论文课题的原因，我对产生了SOA（Service-oriented architecture，面向服务架构）有了接触，并且产生了浓厚的兴趣。故此对.NET平台上基于SOA的企业应用系统集成和实现技术进行潜心学习，总结心得和体会,整理出布式开发的系列文章，与大家分享。   

     下面介绍一下《WCF分布式开发步步为赢》系列文章的结构。首先会是WCF分布式开发基础概念的介绍，其次会设计各个知识点详细的介绍和应用，中间会穿插与以前技术的对比分析，涉及服务契约、数据契约、操作契约、事物、安全、消息队列等重要概念。同样作为老徐一贯的风格，我会尽量做到文章的调理清晰、系统详细、通俗易懂！也会放出标注的详细代码供大家参考学习。    本节文章的结构是：1.WCF基础概念介绍2.WCF新的特性3.WCF框架模型4.实现代码分析5.总结。

【1】WCF基础概念介绍

     要学习WCF，首先我们要清楚WCF的基本概念，那么什么是WCF呢？

     WCF全称Windows Communication Foundation，是Microsoft为构建面向服务的应用提供的分布式通信编程框架，是.NET Framework 3.5的重要组成部分。使用该框架，开发人员可以构建跨平台、安全、可靠和支持事务处理的企业级互联应用解决方案。
　　根据微软官方的解释，WCF（之前的版本名为“Indigo”）是使用托管代码建立和运行面向服务（Service Oriented）应用程序的统一框架。它使得开发者能够建立一个跨平台的安全、可信赖、事务性的解决方案，且能与已有系统兼容协作。WCF是微软分布式应用程序开发的集大成者，它整合了.Net平台下所有的和分布式系统有关的技术，如Enterprise Sevices(COM+).Net Remoting、Web Service(ASMX)、WSE3.0和MSMQ消息队列。以通信(Communiation)范围而论，它可以跨进程、跨机器、跨子网、企业网乃至于 Internet；以宿主程序而论，可以以ASP.NET，EXE，WPF，Windows Forms，NT Service，COM+作为宿主(Host)。WCF可以支持的协议包括TCP，HTTP，跨进程以及自定义，安全模式则包括SAML， Kerberos，X509，用户/密码，自定义等多种标准与模式。也就是说，在WCF框架下，开发基于SOA的分布式系统变得容易了，微软将所有与此相关的技术要素都包含在内，掌握了WCF，就相当于掌握了叩开SOA大门的钥匙。(参考MSDN)

    这里SOA概念我们要明确一下，SOA(Service-oriented architecture，面向服务架构）是一种架构模式和设计原则。在<Programming WCF Services >By Juval Lowy 一书中解释为SOA(Service-oriented applicatoin)面向服务的应用程序，两者应该不冲突，后者应该是采用SOA面向服务架构设计和实现的应用程序（Service-oriented applicatoin）。

   WCF的强大之处就是因为整合了.Net平台下所有的和分布式系统有关的Enterprise Sevices(COM+).Net Remoting、Web Service(ASMX)、WSE3.0和MSMQ消息队列等技术，我在之前的WCF分布式开发必备知识(4)和WSE3.0构建Web服务安全(4)系列文章中都给出了详细的介绍，这里就不在详述，有兴趣的朋友可以自己查阅。以后具体介绍WCF相关知识点的时候需要的地方我会在进行讲解。

【2】WCF新的特性

   Indigo 有三项突出的特性：与多种现有 Microsoft 技术的统一性，对跨供应商互操作性的支持，以及显式的面向服务特性。

 【2.1】与 Microsoft 分布式计算技术的统一性

   Microsoft以前的分布式计算技术特性和应用领域不同。要构建基本的可互操作的 Web 服务，最佳选择是 ASP.NET Web 服务（ASMX）。要连接两个基于 .NET Framework 的应用程序，选择 .NET Remoting。如果应用程序需要分布式事务和其他更高级的服务，其创建者一般会使用企业服务Enterprise Sevices，即COM+ 的继任者。要构建Web 服务安全，使用WS-Addressing 和 WS-Security规范，开发人员可以构建采用 WSE3.0的应用程序。而要创建基于消息的排队式应用程序，基于 Windows 的开发人员则应使用 Microsoft 消息队列 (MSMQ)。 各个技术的具体特性和WCF对比如下表：

 

	ASMX	.NET Remoting	企业服务	WSE	MSMQ	Indigo
Web 服务	X					X
.NET - .NET 通信		X				X
分布式事务等。			X			X
WS-* 规范支持				X		X
队列消息传输					X	X

 

     WCF支持了以前分布式技术的所有的特性，因而对于建立分数是应用更加的灵活和全面。

【2.2】与非 Microsoft 应用程序的互操作性

     由于 Indigo 的基本通信机制是 SOAP，因此 Indigo 应用程序可与大量运行于各种上下文环境的其他软件进行通信。基于 Indigo 构建的应用程序可与下列所有程序进行交互：

1)运行于同一 Windows 计算机上不同进程中的 Indigo 应用程序。

2)运行于另一 Windows 计算机上的 Indigo 应用程序。

3)基于其他技术构建的应用程序，如基于 Java 2 企业版 (J2EE) 构建的、支持标准 Web 服务的应用程序服务器。

4)Indigo 应用程序还可以与基于 Indigo 以前的 .NET Web 服务（ASMX）构建的应用程序进行互操作。

 

    这样通过标准的SOAP消息WCF可以与其他应用程序进行交互，很好地支持了跨平台跨操作系统的的目标。当然WCF中支持安全、事物、MTOM特性，这些都以前WSE中的主要概念，我们发现WCF中也进行了扩展和支持。利于技术的向前兼容。 

【2.3】对面向服务开发的显式支持

     面向服务是一个广泛的领域，它包含面向服务应用程序和更广泛的面向服务体系结构 (SOA) 的概念。在设计此项技术的过程中始终遵守四项基本原则：

     1.共享架构，而不是类：与旧的分布式对象技术不同，服务仅通过精心定义的 XML 接口与其客户端进行交互。跨越服务边界传递完整的类、方法及全部之类的行为被禁止。

     2.服务具有自主性：服务及其客户端同意它们之间的接口，但相互独立。它们可以采用不同的语言编写，可以使用不同的运行时环境（如 CLR 和 Java 虚拟机），可以运行在不同操作系统上，还可以存在其他方面的不同。

     3.边界是显式的：分布式对象技术 [如分布式 COM (DCOM)] 的目标之一是使远程对象尽可能看上去像本地对象一样。虽然这种方法通过提供一种通用编程模型在某些方面简化了开发，但也同时隐藏了本地对象与远程对象之间不可避免的区别。服务通过使服务与其客户端之间的交互更明显而避免了这一问题。隐藏分布式特性并非目的。

     4.采用基于策略的兼容性：决定在系统之间使用哪些选项应取决于基于 WS-Policy 的机制。

      WS-Policy 在WSE3.0里我们应该比较常见，通过策略配置来支持和实现Web服务的安全。这里很多技术概念我们都可以从早期的分布式技术里找到原型。

【3】WCF服务框架模型

    下面我们来介绍一下WCF服务的基本结构。     WCF服务的基本结构如下图所示：

 

每个 Indigo 服务均由三个部分构成： 

    1.服务类：采用 C# 或 VB.NET 或其他基于 CLR 的语言编写，实现一个或多个方法。通常包括服务契约、操作契约和数据契约。 
     2.宿主：一种应用程序域和进程，服务将在该环境中运行。ASP.NET，EXE，WPF，Windows Forms，NT Service，COM+作为宿主(Host) 。
     3.终结点：服务暴露出来的地址，由客户端用于访问服务。通常提及的概念就是ABC,即地址、绑定和契约的第一个字母的简称。 如图：

 

   

终结点中重要的概念就是绑定，它是实现通信的关键部分。这里定义消息通讯的协议包括HTTP、TCP、UDP、MSMQ等，用户可以根据自己的需要定义。

【4】实现代码分析

      上面介绍了WCF相关的一些基本概念、特性和框架模型，现在我们来具体实现一个WCF的应用实例。客户端和WCF服务通信的过程如图：

 

    客户端通过代理调用WCF服务，代理通过服务地址找到特定的服务，调用执行特定的服务方法。

    我们代码的演示部分也分为3个部分，首先是服务类（契约部分），其次是宿主(自己定义一个控制台程序)，客户端（控制台）。

【4.1】契约(Contract)

定义实现的代码包括服务契约IWCFService、操作契约OperationContract、和数据契约DataContract。具体代码实现如下：

 

//ServiceContract 属性以及 Indigo 使用的所有其他属性均在 System.ServiceModel 命名空间中定义，
//因此本例开头使用 using 语句来引用该命名空间。
namespace WCFService
{
    //1.服务契约
    [ServiceContract(Namespace = "http://www.cnblogs.com/frank_xl/")]
    public interface IWCFService
    {
        //操作契约
        [OperationContract]
        string SayHello(string name);
        //操作契约
        [OperationContract]
        string SayHelloToUser(User user);

    }
    //2.服务类，集成接口。实现契约
    public class WCFService : IWCFService
    {
        //实现接口定义的方法
        public string SayHello(string name)
        {
            Console.WriteLine("Hello! {0},Using string ", name);
            return "Hello! " + name;
        }
        //实现接口定义的方法
        public string SayHelloToUser(User user)
        {
            Console.WriteLine("Hello! {0}    {1},Using DataContract ", user.FirstName, user.LastName);
            return "Hello! " + user.FirstName + " " + user.LastName;
        }
    }
    //3.数据契约//序列化为XML，作为元数据封装到服务里
    [DataContract]
    public struct User
    {
        [DataMember]
        public string FirstName;
        [DataMember]
        public string LastName;
    }

}

 

【4.2】宿主（托管进程）

     WCFHost宿主进程托管服务WCFService，项目类型也为控制台应用程序(你也可以创建其他的项目类型)。这里要添加对WCFService类库的引用。托管采用反射方式动态创建服务的实例。具体代码如下：

//采用自托管方式，也可以是IIS、WAS,Windows服务等用户自定义程序托管服务
   public class WCFHost
    {
        static void Main(string[] args)
        {

            //反射方式创建服务实例，
            //Using方式生命实例，可以在对象生命周期结束时候，释放非托管资源
            using (ServiceHost host = new ServiceHost(typeof(WCFService.WCFService)))
            {
                //相同的服务注册多个基地址
                //添加服务和URI，用户资源标识符
                //Uri tcpAddress = new Uri("http://localhost:8001/WCFService");
                Uri httpAddress = new Uri("http://localhost:8002/WCFService");
                //Uri httpAddressLisening = new Uri("http://localhost:8002/WCFService");
                //host.AddServiceEndpoint(typeof(WCFService.IWCFService), new WSHttpBinding(), tcpAddress);
                host.AddServiceEndpoint(typeof(WCFService.IWCFService), new WSHttpBinding(), httpAddress);
                //判断是否以及打开连接，如果尚未打开，就打开侦听端口
                //if (host.State !=CommunicationState.Opening)
                host.Open();
                //显示运行状态
                Console.WriteLine("Host is runing! and state is {0}",host.State);
                //等待输入即停止服务
                Console.Read();
            }
        }
    }

     这里值得注意的就是绑定协议要和配置文件里的设置一样，不然会出现编译错误或者运行时异常。编译结束会生成可执行文件EXE。

【4.3】客户端

     客户端要添加对以上服务的引用，如果你初次建立服务，配置不当很容易出现引用服务失败的问题，配置服务相关的错误和解决办法我也整理到WCF分布式开发常见错误解决里了，大家需要的话可以参考，是在遇到苦难可以留言给我一起交流。

   客户端的具体实现代码如下：

class WCFClient
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            
            //IWCFService proxy = ChannelFactory<IWCFService>.CreateChannel(new WSHttpBinding(),
            //////new EndpointAddress("net.tcp://localhost:8001/WCFService"));
            ////new EndpointAddress("http://localhost:8002/WCFService"));

            WCFServiceClient wcfServiceProxy = new WCFServiceClient("WSHttpBinding_IWCFService1");

            
            //通过代理调用SayHello服务
            Console.WriteLine(wcfServiceProxy.SayHello("Frank Xu Lei"));
            ////通过代理调用调用SayHelloToUser,传递对象
            User user = new User();
            user.FirstName = "Lei";
            user.LastName = "Frank";
            Console.WriteLine(wcfServiceProxy.SayHelloToUser(user));
            Console.Read();
        }
    }

     这里可以通过两种方式调用WCF服务，一种是自己编码实现客户端服务代理，要正确添加服务的地址。第二种是当客户端添加服务成功以后，VS2008集成开发工具会在客户端自动生成服务端的操作契约、服务契约等信息，当然包含客户端服务代理类，这个比较关键。具体方法就是在客户端项目右键添加服务应用。输入服务侦听的地址。查找到服务后添加引用会生成一系列服务引用的文件，如图：

 

【4.4】运行结果：

    首先要启动服务宿主进程WCFhost.如图：

   

   其次运行客户端，结果如图所示：

【5】总结

   结果显示调用成功，包括直接调用简单的SayHello方法和通过数据契约调用SayHellotoUser方法。

    此系列文章的取名《WCF分布式开发步步为赢》。在此之前，我曾经整理出WCF分布式开发必备知识(4)和WSE3.0构建Web服务安全(4)系列文章，主要系统介绍了微软分布式开发的相关的技术：COM+（Enterprise Services）、.Net Remoting、MSMQ消息队列、Web 服务、WSE3.0等相关知识。目的也就是为了学习WCF打下坚实的基础。步步为营，步步为赢！这个也是本系列文章取名的真正目的原因！    如果你是.NET开发的程序员，老徐的建议是，有时间的话，看看微软早期的分布式开发：COM+（Enterprise Services）、.Net Remoting、MSMQ消息队列、Web 服务、WSE3.0等相关技术。这些技术看是陈旧，实际目前还是应用广泛。而你想要真正成为一个企业应用系统集成领域的专家，这些技术必不可少。

   最后给出本节文章的示例代码，供大家参考。下载连接：/Files/frank_xl/WCFServiceFrankXuLei.rar。希望能对大家有所帮助，也欢迎留言交流~如果感觉不错，希望大家支持和继续关注《WCF分布式开发步步为赢》的后续文章，谢谢~