Windows Communication Foundation之旅（Part Two）
《Windows Communication Foundation之旅》系列之二
三、WCF的技术要素
作为基于SOA（Service Oriented Architecture）的一个框架产品，WCF最重要的就是能够快捷的创建一个服务（Service）。如下图所示，一个WCF Service由下面三部分构成：
1、Service Class：一个标记了[ServiceContract]Attribute的类，在其中可能包含多个方法。除了标记了一些WCF特有的Attribute外，这个类与一般的类没有什么区别。
2、Host（宿主）：可以是应用程序，进程如Windows Service等，它是WCF Service运行的环境。
3、Endpoints：可以是一个，也可以是一组，它是WCF实现通信的核心要素。
WCF Service由一个Endpoints集合组成，每个Endpoint就是用于通信的入口，客户端和服务端通过Endpoint交换信息，如下图所示：
从图中我们可以看到一个Endpoint由三部分组成：Address，Binding，Contract。便于记忆，我们往往将这三部分称为是Endpoint的ABCs。
Address是Endpoint的网络地址，它标记了消息发送的目的地。Binding描述的是如何发送消息，例如消息发送的传输协议（如TCP，HTTP），安全（如SSL，SOAP消息安全）。Contract则描述的是消息所包含的内容，以及消息的组织和操作方式，例如是one-way，duplex和request/reply。所以Endpoint中的ABCs分别代表的含义就是：where，how，what。当WCF发送消息时，通过address知道消息发送的地址，通过binding知道怎样来发送它，通过contract则知道发送的消息是什么。
在WCF中，类ServiceEndpoint代表了一个Endpoint，在类中包含的EndpointAddress，Binding，ContractDescription类型分别对应Endpoint的Address，Binding，Contract，如下图：
EndpointAddress类又包含URI，Identity和可选的headers集合组成，如下图：
Endpoint安全的唯一性识别通常是通过其URI的值，但为了避免一些特殊情况造成URI的重复，又引入了Identity附加到URI上，保证了Endpoint地址的唯一性。至于可选的AddressHeader则提供了一些附加的信息，尤其是当多个Endpoint在使用同样的URI地址信息时，AddressHeader就非常必要了。
Binding类包含Name，Namespace和BindingElement集合，如下图：
Binding的Name以及Namespace是服务元数据（service’s metadata）的唯一标识。BindingElement描述的是WCF通信时binding的方式。例如，SecurityBindingElement表示Endpoint使用SOAP消息安全方式，而ReliableSessionBindingElement表示Endpoint利用可信赖消息确保消息的传送。TcpTransportBindingElement则表示Endpoint利用TCP作为通信的传输协议。每种BindingElement还有相应的属性值，进一步详细的描述WCF通信的方式。
BindingElement的顺序也非常重要。BindingElement集合通常会创建一个用于通信的堆栈，其顺序与BindingElement集合中元素顺序一致。集合中最后一个binding element对应于通信堆栈的底部，而集合中的第一个binding element则对应于堆栈的顶端。入消息流的方向是从底部经过堆栈向上，而出消息流的方向则从顶端向下。因此，BindingElement集合中的binding element顺序直接影响了通信堆栈处理消息的顺序。幸运的是，WCF已经提供了一系列预定义的Binding，能够满足大多数情况，而不需要我们自定义Binding，殚精竭虑地考虑binding element的顺序。
下表是WCF中预定义的Binding：
|
Class Name |
Element Name |
Transport |
Encoding |
WS-* Protocols |
| BasicHttpBinding |
basicHttpBinding |
HTTP |
XML 1.0 |
WS-I Basic Profile 1.1 |
| WSHttpBinding |
wsHttpBinding |
HTTP |
XML 1.0 |
Message security, reliable sessions, and transactions |
| WSDualHttpBinding |
wsDualHttpBinding |
HTTP |
XML 1.0 |
Message security, reliable sessions, and transactions |
| NetTcpBinding |
netTcpBinding |
TCP |
Binary |
Transport security, reliable sessions, and transactions |
| NetNamedPipeBinding |
netNamedPipeBinding |
Named Pipes |
Binary |
Transport security, reliable sessions, and transactions |
| NetMsmqBinding |
netMsmqBinding |
MSMQ |
Binary |
Transport security and queue transactions |
Contract是一组操作（Operations）的集合，该操作定义了Endpoint通信的内容，每个Operation都是一个简单的消息交换（message exchange），例如one-way或者request/reply消息交换。
类ContractDescription用于描述WCF的Contracts以及它们的操作operations。在ContractDescription类中，每个Contract的operation都有相对应的OperationDescription，用于描述operation的类型，例如是one-way，还是request/reply。在OperationDescription中还包含了MessageDecription集合用于描述message。
在WCF编程模型中，ContractDescription通常是在定义Contract的接口或类中创建。对于这个接口或类类型，标记以ServiceContractAttribute，而其Operation方法则标记以OperationContractAttribute。当然我们也可以不利用CLR的attribute，而采用手工创建。
与Binding一样，每个Contract也包含有Name和Namespace，用于在Service的元数据中作为唯一性识别。此外，Contract中还包含了ContractBehavior的集合，ContractBehavior类型可以用于修改或扩展contract的行为。类ContractDescription的组成如下图所示：
正如在ContractDescription中包含的IContractBehavior一样，WCF专门提供了行为Behavior，它可以对客户端和服务端的一些功能进行修改或者扩展。例如ServiceMetadataBehavior用于控制Service是否发布元数据。相似的，security behavior用于控制安全与授权，transaction behavior则控制事务。
除了前面提到的ContractBehavior，还包括ServiceBehavior和ChannelBehaivor。ServiceBehavior实现了IServiceBehavior接口，ChannelBehaivor则实现了IChannleBehavior接口。
由于WCF需要管理的是服务端与客户端的通信。对于服务端，WCF提供了类ServiceDescription用于描述一个WCF Service，；而针对客户端，WCF管理的是发送消息时需要使用到的通道Channel，类ChannelDescription描述了这样的客户端通道。
ServiceDescription类的组成如下图所示：
我们可以利用代码的方式创建ServiceDescription对象，也可以利用WCF的Attribute，或者使用工具SvcUtil.exe。虽然可以显式的创建它，但通常情况下，它会作为运行中的Service一部分而被隐藏于后（我在后面会提到）。
ChannelDescription类的组成与ServiceDescription大致相同，但它仅仅包含了一个ServiceEndpoint，用于表示客户端通过通道通信的目标Endpoint。当然，施加到ChannelDescription的Behavior也相应的为IChannelBehavior接口类型，如图所示：
定义一个WCF Service非常简单，以Hello World为例，定义的Service可能如下：
using System.ServiceModel
[ServiceContract]
public class HelloWorld
{
[OperationContract]
public void Hello()
{
Console.WriteLine(“Hello World!”);
}
}
System.ServiceModel是微软为WCF提供的一个新的类库，以用于面向服务的程序设计。在开发WCF应用程序时，需要先添加对System.ServiceModel的引用。WCF中的大部分类和接口也都是在命名空间System.ServiceModel下。
我们为HelloWorld类标记了[ServiceContract]，这就使得该类成为了一个WCF Service，而其中的方法Hello()则因为标记了[OperationContract]，而成为该Service的一个Operation。
不过WCF推荐的做法是将接口定义为一个Service，这使得WCF Service具有更好的灵活性，毕竟对于一个接口而言，可以在同时有多个类实现该接口，这也就意味着可以有多个Service Contract的实现。那么上面的例子就可以修改为：
[ServiceContract]
public interface IHello
{
[OperationContract]
void Hello();
}
而类HelloWorld则实现该IHello接口：
public class HelloWorld:IHello
{
public void Hello()
{
Console.WriteLine(“Hello World!”);
}
}
注意在实现了IHello接口的类HelloWorld中，不再需要在类和方法中标注ServiceContractAttribute和OperationContractAttribute了。
前面我已经提过，一个WCF Service必须有host作为它运行的环境。这个host可以是ASP.Net，可以是Windows Service，也可以是一个普通的应用程序，例如控制台程序。下面就是一个Host的实现：
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();
}
}
在这个HostApp中，我们为HelloWorld创建了一个ServiceHost对象。通过它就可以创建WCF运行时（Runtime），WCF Runtime是一组负责接收和发送消息的对象。ServiceHost可以创建SerivceDescription对象，利用SerivceDescription，SercieHost为每一个ServiceEndpoint创建一个EndpointListener。ServiceHost的组成如下图：
EndpointListener侦听器包含了listening address，message filtering和dispatch，它们对应ServiceEndpoint中的EndpointAddress，Contract和Binding。在EndpointListener中，还包含了一个Channel Stack，专门负责发送和接收消息。
注意在创建ServiceHost时，传递的type类型参数，不能是interface。因此，我在这里传入的是typeof(HelloWorld)。ServiceHost类的AddServiceEndpoint()方法实现了为Host添加Endpoint的功能，其参数正好是Endpoint的三部分：Address，Bingding和Contract。（此时的IHello即为ServiceContract，其方法Hello为OperationContract）。
ServiceHost的Open()方法用于创建和打开Service运行时，而在程序结束后我又调用了Close()方法，来关闭这个运行时。实际上以本例而言，该方法可以不调用，因为在应用程序结束后，系统会自动关闭该host。但作为一种良好的编程习惯，WCF仍然要求显式调用Close()方法，因为Service运行时其本质是利用Channel来完成消息的传递，当打开一个Service运行时的时候，系统会占用一个Channel，调用完后，我们就需要释放对该通道的占用。当然我们也可以用using语句来管理ServiceHost资源的释放。
定义好了一个WCF Service，并将其运行在Host上后，如何实现它与客户端的通信呢？典型的情况下，服务端与客户端均采用了Web Service Description Language（WSDL），客户端可以通过工具SvcUtil.exe生成对应于该WCF Service的Proxy代码，以完成之间的消息传递，如图所示：
SvcUtil.exe是由WinFx Runtime Component SDK所提供的，如果安装SDK正确，可以在其中找到该应用工具。生成客户端Proxy代码的方法很简单，首先需要运行服务端Service。然后再命令行模式下运行下面的命令：
SvcUtil http://localhost:8080/HelloService
这样会在当前目录下产生两个文件output.cs和output.config。前者最主要的就是包含了一个实现了IHello接口的Proxy对象，这个代理对象名为HelloProxy，代码生成的结果如下：
[System.CodeDom.Compiler.GeneratedCodeAttribute(”System.ServiceModel”, “3.0.0.0″)]
public partial class HelloProxy : System.ServiceModel.ClientBase, 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版本下运行通过）
至于后者，则是WCF Service的配置信息，主要包含的是Endpoint中Address，Binding以及Contract的配置（在后续文章我会详细介绍）。
现在客户端就可以直接使用HelloProxy对象，来完成与服务端的通信了：
public class ClientApp
{
static void Main(string[] args)
{
using (HelloProxy proxy = new HelloProxy())
{
proxy.Hello();
}
Console.ReadKey();
}
}
除了可以使用SvcUtil工具产生客户端代码，同样我们也可以利用代码的方式来完成客户端。客户端在发送消息给服务端时，其通信的基础是Service的Endpoint，WCF提供了System.ServiceModel.Description.ServiceEndpoint类，通过创建它来实现两端的通信。在前面，我还提到“对于客户端而言，WCF管理的是发送消息时需要使用到的通道Channel”，为此，WCF提供了ChannelFactory（其命名空间为System.ServiceModel.Channel），专门用于创建客户端运行时（runtime）。ChannelFactory与ServiceHost相对应，它可以创建ChannelDescription对象。与服务端ServiceHost不同的是，客户端并不需要侦听器，因为客户端往往是建立连接的“发起方”，并不需要侦听进来的连接。因此客户端的Channel Stack会由ChannelDescription创建。
ChannelFactory和ServiceHost都具有Channel Stack，而服务端与客户端的通信又是通过channel来完成，这就意味着，利用ChannelFactory，客户端可以发送消息到服务端。而客户端本身并不存在Service对象，因此该Service的Proxy，是可以通过Channel来得到的。所以客户端的代码可以修改如下：
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 factory = new ChannelFactory(httpEndPoint))
{
//创建IHello服务的代理对象;
IHello service = factory.CreateChannel();
service.Hello();
}
Console.ReadKey();
}
}
（注：本程序在WinFx 2006 February CTP版本下运行通过）
对于上面的代码，我们有两点需要注意：
1、采用这种方式，前提条件是客户端能够访问IHello接口。这也印证了之前我所叙述的最好使用interface来定义Service的好处。此外，为了保证部署的方便，有关Service的interface最好单独编译为一个程序集，便于更好的部署到客户端。
2、客户端必须知道服务端binding的方式以及address。
对于服务端而言，我们也可以直接在浏览器中打开该Service，在地址栏中输入http://localhost:8080/HelloService，如下图：
点击链接：http://localhost:8080/HelloService?wsdl，我们可以直接看到HelloService的WSDL。注意到在这里我并没有使用IIS，实际上WCF内建了对httpsys的集成，允许任何应用程序自动成为HTTP listener。
参考：
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
