《Windows Communication Foundation之旅》系列之一

前言：WCF是微软基于SOA（Service Oriented Architecture）推出的.Net平台下的框架产品，它代表了软件架构设计与开发的一种发展方向，在微软的战略计划中也占有非常重要的地位。了解和掌握WCF，对于程序员特别是基于微软产品开发的程序员而言，是非常有必要的。对于WCF，笔者也是初窥门径，抱着学习的态度作这样的一个介绍。文中的内容主要参考了微软官方的文档、资料，以及众多介绍WCF的技术资料。这些资料主要都是英文，不便于国内程序员学习WCF。虽然本人才疏学浅，却愿意作这样的介绍者。由于自己仅是一个初学者，英文的功底也不够深厚，所以文中难免会有疏漏之处。同时，我也希望在文中尽量表达出自己的一些心得与见解，这就不免增加了出现错误的可能性。此外，由于WCF至今仍未有正式的版本，文中相关的技术描述以及代码会根据版本的不同而发生变化，所以我也只能尽量对此给与一定的说明。本文会是多篇文章拼凑在一起的系列，说是系列，但并没有严格的渐进关系，只是整体上希望能有一个相对全面的WCF入门介绍。此外，笔者也希望能通过此文抛砖引玉，这样也能让我的WCF学习之旅更轻松一点。

    一、什么是WCF？
    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，例如.Net Remoting、ASMX、WSE和MSMQ。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。
    WCF是建立在.Net Framework 2.0基础之上的，正式的版本应该会作为Windows Vista的核心部分而Release。然而，这并不代表WCF只能运行在Windows Vista下。只要安装了WinFX Runtime Components，在Windows XP和Windows 2003操作系统下，仍然可以使用。Visual Studio 2005中并没有包含WCF，但是当安装好了WinFX Runtime Components后，我们就可以在Visual Studio 2005环境下开发和创建WCF的程序了。
    目前最新的WCF版本是February 2006 CTP，下载页面是：http://www.microsoft.com/downloads/details.aspx?FamilyId=F51C4D96-9AEA-474F-86D3-172BFA3B828B&displaylang=en。使用WCF需要用到一些相关的工具，如SvcUtil.exe，所以还需要下载WinFX Runtime Components的SDK，其下载页面是：http://www.microsoft.com/downloads/details.aspx?FamilyId=9BE1FC7F-0542-47F1-88DD-61E3EF88C402&displaylang=en。安装SDK可以选择网络安装或本地安装。如果是本地安装，文件大小为1.1G左右，是ISO文件。安装了SDK后，在program files目录下，有microsoft SDK目录。
WCF是微软重点介绍的产品，因此也推出了专门的官方网站（http://windowscommunication.net），该网站有最新的WCF新闻发布，以及介绍WCF的技术文档和样例代码。

    二、WCF的优势
    在David Chappell所撰的《Introducing Windows Communication Foundation》一文中，用了一个活鲜鲜的例子，来说明WCF的优势所在。假定我们要为一家汽车租赁公司开发一个新的应用程序，用于租车预约服务。该租车预约服务会被多种应用程序访问，包括呼叫中心(Call Center)，基于J2EE的租车预约服务以及合作伙伴的应用程序（Partner Application），如图所示：
 

    呼叫中心运行在Windows平台下，是在.Net Framework下开发的应用程序，用户为公司员工。由于该汽车租赁公司兼并了另外一家租赁公司，该公司原有的汽车预约服务应用程序是J2EE应用程序，运行在非Windows操作系统下。呼叫中心和已有的汽车预约应用程序都运行在Intranet环境下。合作伙伴的应用程序可能会运行在各种平台下，这些合作伙伴包括旅行社、航空公司等等，他们会通过Internet来访问汽车预约服务，实现对汽车的租用。
    这样一个案例是一个典型的分布式应用系统。如果没有WCF，利用.Net现有的技术应该如何开发呢？
    首先考虑呼叫中心，它和我们要开发的汽车预约服务一样，都是基于.Net Framework的应用程序。呼叫中心对于系统的性能要求较高，在这样的前提下，.Net Remoting是最佳的实现技术。它能够高性能的实现.Net与.Net之间的通信。
    要实现与已有的J2EE汽车预约应用程序之间的通信，只有基于SOAP的Web Service可以实现此种目的，它保证了跨平台的通信；而合作伙伴由于是通过Internet来访问，利用ASP.Net Web Service，即ASMX，也是较为合理的选择，它保证了跨网络的通信。由于涉及到网络之间的通信，我们还要充分考虑通信的安全性，利用WSE（Web Service Enhancements）可以为ASMX提供安全的保证。
    一个好的系统除了要保证访问和管理的安全，高性能，同时还要保证系统的可信赖性。因此，事务处理是企业应用必须考虑的因素，对于汽车预约服务而言，同样如此。在.Net中，Enterprise Service（COM+）提供了对事务的支持，其中还包括分布式事务（Distributed Transactions）。不过对于Enterprise Service而言，它仅支持有限的几种通信协议。
    如果还要考虑到异步调用、脱机连接、断点连接等功能，我们还需要应用MSMQ（Microsoft Message Queuing），利用消息队列支持应用程序之间的消息传递。
    如此看来，要建立一个好的汽车租赁预约服务系统，需要用到的.Net分布式技术，包括.Net Remoting、Web Service，COM+等五种技术，这既不利于开发者的开发，也加大了程序的维护难度和开发成本。正是因应于这样的缺陷，WCF才会在.Net 2.0中作为全新的分布式开发技术被微软强势推出，它整合了上述所属的分布式技术，成为了理想的分布式开发的解决之道。下图展示了WCF与之前的相关技术的比较：
 

    从功能的角度来看，WCF完全可以看作是ASMX，.Net Remoting，Enterprise Service，WSE，MSMQ等技术的并集。（注：这种说法仅仅是从功能的角度。事实上WCF远非简单的并集这样简单，它是真正面向服务的产品，它已经改变了通常的开发模式。）因此，对于上述汽车预约服务系统的例子，利用WCF，就可以解决包括安全、可信赖、互操作、跨平台通信等等需求。开发者再不用去分别了解.Net Remoting，ASMX等各种技术了。
    概括地说，WCF具有如下的优势：
    1、统一性
    前面已经叙述，WCF是对于ASMX，.Net Remoting，Enterprise Service，WSE，MSMQ等技术的整合。由于WCF完全是由托管代码编写，因此开发WCF的应用程序与开发其它的.Net应用程序没有太大的区别，我们仍然可以像创建面向对象的应用程序那样，利用WCF来创建面向服务的应用程序。
    2、互操作性
    由于WCF最基本的通信机制是SOAP，这就保证了系统之间的互操作性，即使是运行不同的上下文中。这种通信可以是基于.Net到.Net间的通信，如下图所示：
 

    从功能的角度来看，WCF完全可以看作是ASMX，.Net Remoting，Enterprise Service，WSE，MSMQ等技术的并集。（注：这种说法仅仅是从功能的角度。事实上WCF远非简单的并集这样简单，它是真正面向服务的产品，它已经改变了通常的开发模式。）因此，对于上述汽车预约服务系统的例子，利用WCF，就可以解决包括安全、可信赖、互操作、跨平台通信等等需求。开发者再不用去分别了解.Net Remoting，ASMX等各种技术了。    概括地说，WCF具有如下的优势：    1、统一性    前面已经叙述，WCF是对于ASMX，.Net Remoting，Enterprise Service，WSE，MSMQ等技术的整合。由于WCF完全是由托管代码编写，因此开发WCF的应用程序与开发其它的.Net应用程序没有太大的区别，我们仍然可以像创建面向对象的应用程序那样，利用WCF来创建面向服务的应用程序。    2、互操作性    由于WCF最基本的通信机制是SOAP，这就保证了系统之间的互操作性，即使是运行不同的上下文中。这种通信可以是基于.Net到.Net间的通信，如下图所示： 

    从功能的角度来看，WCF完全可以看作是ASMX，.Net Remoting，Enterprise Service，WSE，MSMQ等技术的并集。（注：这种说法仅仅是从功能的角度。事实上WCF远非简单的并集这样简单，它是真正面向服务的产品，它已经改变了通常的开发模式。）因此，对于上述汽车预约服务系统的例子，利用WCF，就可以解决包括安全、可信赖、互操作、跨平台通信等等需求。开发者再不用去分别了解.Net Remoting，ASMX等各种技术了。    概括地说，WCF具有如下的优势：    1、统一性    前面已经叙述，WCF是对于ASMX，.Net Remoting，Enterprise Service，WSE，MSMQ等技术的整合。由于WCF完全是由托管代码编写，因此开发WCF的应用程序与开发其它的.Net应用程序没有太大的区别，我们仍然可以像创建面向对象的应用程序那样，利用WCF来创建面向服务的应用程序。    2、互操作性    由于WCF最基本的通信机制是SOAP，这就保证了系统之间的互操作性，即使是运行不同的上下文中。这种通信可以是基于.Net到.Net间的通信，如下图所示： 

    可以跨进程、跨机器甚至于跨平台的通信，只要支持标准的Web Service，例如J2EE应用服务器（如WebSphere，WebLogic）。应用程序可以运行在Windows操作系统下，也可以运行在其他的操作系统，如Sun Solaris，HP Unix，Linux等等。如下图所示：
 

    3、安全与可信赖
WS-Security，WS-Trust和WS-SecureConversation均被添加到SOAP消息中，以用于用户认证，数据完整性验证，数据隐私等多种安全因素。
在SOAP的header中增加了WS-ReliableMessaging允许可信赖的端对端通信。而建立在WS-Coordination和WS-AtomicTransaction之上的基于SOAP格式交换的信息，则支持两阶段的事务提交（two-phase commit transactions）。
    上述的多种WS-Policy在WCF中都给与了支持。对于Messaging而言，SOAP是Web Service的基本协议，它包含了消息头（header）和消息体(body)。在消息头中，定义了WS-Addressing用于定位SOAP消息的地址信息，同时还包含了MTOM（消息传输优化机制，Message Transmission Optimization Mechanism）。如图所示：
 

    4、兼容性
    WCF充分的考虑到了与旧有系统的兼容性。安装WCF并不会影响原有的技术如ASMX和.Net Remoting。即使对于WCF和ASMX而言，虽然两者都使用了SOAP，但基于WCF开发的应用程序，仍然可以直接与ASMX进行交互。