WCF后传系列（8）：深度通道编程模型Part 1—设计篇

引言

从本质上说，WCF是一个通信服务框架，它允许我们使用不同的传输协议，使用不同的消息编码形式，跟不同的WS-*系列规范交互，而所有这些细节都是由通道堆栈来处理的。为了简化这些处理，在WCF中提供了两种模型，一是针对开发者的应用程序编程模型；二是用来通信的通道模型，这样对于开发者来说，只要了解应用程序编程模型就足够了，而不会涉及到通道模型，然而，对于通道模型进行必要的学习，可以让我们真正理解WCF中“通信”概念，了解WCF的 整个架构体系，从而构建出更加健壮的WCF服务或者对WCF框架进行扩展。在本文中，我们将进行深度了解WCF中的通道模型是如何设计的。

通道模型概述

在WCF中，提供了一系列的接口和其它类型模型，它们为消息的发送和接收提供了一个底层的编程模型，该模型称之为WCF通道模型。在通道模型中，一个很重要的概念是通道堆栈，它是具有一个或多个消息处理通道的分层的通信堆栈，堆栈中放置了各种类型的通道，用来对象进行处理，如在通道堆栈的最底层放置了传输通道，它负责使通道堆栈适应基础传输，如图1所示：

图1

在通道堆栈中，不仅仅提供消息的传输方式，还提供了其它诸如对消息的内容或者消息头进行处理的功能，这些功能同样是以通道的方式放置在通道堆栈中，甚至于我们可以编写自己的通道，加入到通道堆栈中。

消息在通道堆栈中传输时，将作为Message对象流过通信堆栈，如传输通道负责在发送方和接收方之间转换消息，之后消息将通过传输通道继续往上流，依次经过通道堆栈中的各个通道，这些通道各自负责提供一种通信功能，如在消息头中添加信息，对消息的正文进行加密等等。

通道对象模型

通道对象模型是实现通道、通道侦听器和通道工厂所必需的一组核心接口。还提供一些基类以辅助自定义实现。可以看到通道模型中最重要的有三组接口：通道、通道侦听器和通道工厂。每个通道均实现一个或多个接口，称为通道形状接口或通道形状；通道侦听器负责侦听传入消息，即在消息的接收端，然后通过由通道侦听器创建的通道将这些消息传送到上面的层；通道工厂负责创建通道用于发送消息，即在消息的发送方，并在通道工厂关闭时，关闭通道工厂创建的所有通道。

在通道模型中，最重要的一个接口是ICommunicationObject，它定义了所有通信对象实现的基本状态机的核心接口，自定义通道通信对象可以直接实现ICommunicationObject，如图2所示：

图2

只有图2中的这些接口，才属于WCF的通道模型，在WCF中同样提供了一些基类如CommunicationObject、ChannelFactoryBase等，在实现自定义的通道通信对象时，也可以直接继承于这些基类，但要注意，这些基类仅仅是为实现自定义通道通信对象提供了方便，它们本身并不属于通道模型的一部分。

ICommunicationObject接口为WCF中所有面向通信的对象提供了契约，除了通道、通道侦听器、通道工厂外，还有调度程序和服务主机，定义了基本状态的协定。它包括一组用于启动状态转换的打开、关闭和中止方法，打开和关闭方法的异步版本，一组提供状态转换通知的事件和一个个用于检查对象状态的公开State属性，它的定义如下所示：

public interface ICommunicationObject
{
    // 状态属性
    CommunicationState State { get; }

    // 事件
    event EventHandler Closed;
    event EventHandler Closing;
    event EventHandler Faulted;
    event EventHandler Opened;
    event EventHandler Opening;

    // 方法
    void Abort();
    void Close();
    void Close(TimeSpan timeout);
    void Open();
    void Open(TimeSpan timeout);

    // 异步方法
    IAsyncResult BeginClose(AsyncCallback callback, object state);
    IAsyncResult BeginClose(TimeSpan timeout, AsyncCallback callback, object state);
    IAsyncResult BeginOpen(AsyncCallback callback, object state);
    IAsyncResult BeginOpen(TimeSpan timeout, AsyncCallback callback, object state);
    void EndClose(IAsyncResult result);
    void EndOpen(IAsyncResult result);
}

ICommunicationObject 的初始状态是“已创建”，此时可以配置它的各种属性。 一旦处于“已打开”状态，对象就可用于发送和接收消息，但它的属性将视为不可变。 一旦处在“正在关闭”状态，对象就不能再处理新的发送或接收请求，但在到达“关闭”超时前有可能完成现有的请求。 如果发生不可恢复的错误，则对象将转换到“出错”状态，此时可以检查该对象以获取有关错误的信息，该对象最终将关闭。 处于“已关闭”状态时，该对象实质上已到达状态机的终点。 对象一旦从一个状态转换到下一个状态，它将不会返回至前一状态，整个过程图3所示：

图 3

通道形状

每个通道均实现一个或多个接口，称为通道形状接口或通道形状。通道形状的最底层是 IChannel 接口，该接口提供一个 GetProperty<T> 方法，用作访问由通道堆栈中的通道公开的任意功能的分层机制。扩展 IChannel 的五种通道形状为：

1.IInputChannel：用于接收消息

2.IOutputChannel：用于发送消息

3.IRequestChannel：用于发送请求

4.IReplyChannel：用于发送回复

5.IDuplexChannel：用于双向消息传递

它们之间的关系如图4所示：

图 4

其实可以看出，IDuplexChannel接口是IInputChannel和IOutputChannel接口的联合，所有的通道形状都同时扩展了ICommunicationObject和IChannel。这5种通道模型分别对应于不同的消息交换模式，在使用数据报模式时，消息发送方通道实现了IOutputChannel接口，而消息接收方通道实现了IInputChannel接口；在请求响应模式中，客户端通道实现IRequestChannel接口，而服务通道实现IReplyChannel接口；在双工通信模式中，由于双方都能发送和接收消息，客户端和服务通道实现了IDuplexChannel接口，如图5所示：

图 5

服务端通道

在通道对象模型中，除了IChannel接口，另外一个接口IChannelListener用于消息的接收端，通过绑定来生成通道侦听器（在绑定中有关于协议、编码和传输的信息，关于绑定可以参考WCF专题系列（6）：消息如何传递之绑定Part 1），用于侦听传入的消息。通道侦听器负责创建通道并从下面的层或者从网络接收消息，收到的消息将借助于通道侦听器所创建的通道传送到上面的层中。整个过程如图6所示：

图 6

在WCF的内部，对于消息的每一个处理（即通道堆栈中的通道），都会对应一个内部的通道侦听器，如针对事务处理的TransactionChannelListener和使用TCP传输的TcpChannelListener，分别用于创建各自对应的通道。

客户端通道

在WCF的客户端，通道的创建使用通道工厂，创建的这些通道负责获取来自上一层的消息，对消息进行必要的处理，然后将消息发送到下一层，如图7所示：

图 7

在WCF内部，同样对于消息的每一个处理，都会有相应的通道工厂，如使用TCP传输的TcpChannelFactory，用于创建对应的通道。

总结

本文详细介绍了WCF中的通道编程模型以及关于通道、通道监听器和通道工厂等，大多数都是纯理论的知识，在下一篇文章中，将会通过一个示例来加深对于本文所讲知识的认识。