代码改变世界

WCF 消息编码

2011-07-25 17:06  田志良  阅读(...)  评论(... 编辑 收藏

消息编码

  随着时间的流逝,也许我们会条件反射式地认为XML(SOAP)是一个结构文本。毕竟,文本是人可读的,每个计算机系统也可以处理文本。基于文本的XML的普遍共性与我们的与其它系统交互的想法产生了共鸣。可以容易的解释的基于文本的XML本质上会体积变大。可以理解使用XML会带来性能损失。就像要花费点精力把信装到信封里一样,它需要一些处理时间与XML交互。某些情况下,基于文本的XML数据大小限制了它的应用,特别是当我们要通过网络发送一个XML消息的时候。

  此外,如果我们限制自己使用基于文本的XML,那么我们怎么才能在XML文档里发送二进制数据(像音乐或者视频)?如果你已经阅读了标准的XMLSchema数据类型,你会发现2个二进制数据类型:: xs:base64Binary 和xs:hexBinary。本质上说,两个数据类型都代表一组有序的8位字节。使用这些XML数据类型或许可以解决一些嵌入二进制数据到文档中的问题,但是事实上,这已经使得性能问题更加糟糕。众所周知的问题就是,base64编码会增加数据30%的大小。这个情况对于xs:hexBinary更坏,因为它会增加位原来的2倍大小。两个数据都是基于UTF-8编码的假设。如果我们采用UTF-16编码,这些倍数因子都会翻倍增加。

XML 信息集(XML Infoset)

  为了找到性能的瓶颈的答案,我们详细来看一下XML文档的结构。如果我们看一下规范,XML是一个精确的撰写结构化数据的语法(定义在 http://www.w3.org/TR/REC-xml/)。它要求定义格式良好的XML文档必须包涵一个开始和结束元素、一个根节点等等。奇怪的是,XML规范发布以后,激起了抽象定义XML文档的需求。XML信息集(定义在http://www.w3.org/TR/xml-infoset/)提供了这个抽象定义。

  实际上,XML信息集定义是项目之间的关系,不定义任何具体的语法,我们能够解释许多不同的消息编码,包括一些比文本更高校的编码格式,而不需要修改我们的程序。

SOAP和XML信息集

  记得SOAP是建立在XML之上的。这个产生一个问题:到底SOAP消息是建立在早期的XML语法上还是XML信息集上呢?答案是2者都有。2个SOAP规范并存:SOAP 1.1 和SOAP 1.2。SOAP1.1建立在旧的XML语法上,SOAP1.2建立在XML 信息集上。有这么一个事实,就可以猜想SOAP1.2建立的消息SOAP1.1的解析器可能无法阅读。WCF是建立在SOAP1.2(XML信息集上),但是它可以同时处理SOAP 1.1 和SOAP 1.2的消息。

  WCF可以用来和定制与其它实际的消息编码一起工作,只要消息是遵照SOAP1.1或者SOAP1.2的(它可以和不是SOAP消息一起工作)。WCF是一个可活灵接入和组合的架构。所以自定义编码器可以轻易地安装到WCF的管道上。当一个新的编码器开发完毕,微软或者第三方都可以在消息堆栈里创建和插入它。WCF提供了三个编码器:文本(text)、(二进制)binary、 消息传输优化机制(Message Transmission Optimization Mechanism ,MTOM)。

文本编码器

  和你从它的名字里猜到的一样,文本编辑器的输出结果是基于文本编码的消息。每个明白Unicode文本的系统都可以阅读和处理这个编码器传递来的消息,在与别的非WCF系统互操作时,这个是一个很帮的选择。二进制数据通过xs:base64Binary扩展样式定义(XSD)数据类型可以包涵到基于文本的消息里。这是一个使用WCF文本编码器编码过的消息(为了清晰,移除了一部分元素)。

<s:Envelope xmlns:s="http://www.w3.org/2003/05/soap-envelope"> 
        <s:Header></s:Header> 
        <s:Body> 
            <SubmitOrder xmlns="http://wintellect.com/OrderProcess"> 
                <Order xmlns:i="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"> 
                <OrderByte xmlns="http://wintellect.com/Order"> 
mktjxwyxKr/9oW/jO48IhUwrZvNOdyuuquZEAIcy08aa+HXkT3dNmvE/ 
+zI96Q91a9Zb17HtrCIgtBwmbSk4ys2pSEMaIzXV3cwCD3z4ccDWzpWx1/ 
wUrEtSxJtaJi3HBzBlk6DMW0eghvnl652lKEJcUJ6Uh/LRlZz3x1+aereeOgdLkt4gCnNOEFECL8CtrJtY/taPM4A+k/ 
4E1JPnBgtCRrGWWpVkO0UqRXahz2XbShrDQnzgDwaHDf/ 
fHDXfZgpFwOgPF1IG88KQZO0JncSYKIp5I8OPYTeqD0yVhB8QSt9sWw59yzLHvU65UKoYfXA7RvOqZkJGtV6wZAgGcA= 
= 
                    </OrderByte> 
                <OrderNumber xmlns="http://wintellect.com/Order"> 
                        12345 
                    </OrderNumber> 
                </Order> 
            </SubmitOrder> 
        </s:Body> 
</s:Envelope>

二进制编码器

  二进制编码器是最高效的消息编码器,并且只适用与WCF-到-WCF的通信。在WCF所有的编码器中,二进制编码器产生最小的消息。记住这个编码器产生一个序列化的信息集,即使它是二进制编码格式。

MTOM编码器

  MTOM编码器根据MTOM规范创建消息。(MTOM规范可以在这里查到http://www.w3.org/TR/soap12-mtom/)因为MTOM编码已经规范化,所以其它厂商可以自由创建发送和接受消息的基础结构。结果,MTOM消息编码的WCF消息就可以发送给非WCF的应用(只要它们理解MTOM)。通常来说,MTOM为了允许高效第传输包涵二进制数据的消息,它也提供了数字签名。MTOM消息编码可以通过多用途网络邮件扩展协议(MIME)启用这些特性。MTOM消息的内容被XML-二进制优化包装方法所定义。

  在运行时,MTOM编码器为了数字签名创建一个基于base64编码的代表,让原始二进制数据可以在消息里打包。一个MTOM消息看起来如下:

// start of a boundary in the multipart message多部分消息的分界线 
--uuid:+id=1 
Content-ID: <http://wintellect.com/0> 
Content-Transfer-Encoding: 8bit 
// set the content type to xop+xml,设置内容类型xop+xml 
Content-Type: application/xop+xml;charset=utf8; type="application/soap+xml" 
<s:Envelope xmlns:s="http://www.w3.org/2003/05/soap-envelope"> 
<s:Header></s:Header> 
<s:Body> 
        <SubmitOrder xmlns="http://wintellect.com/OrderProcess"> 
            <order xmlns:i="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"> 
                <OrderByte xmlns="http://wintellect.com/Order"> 
                     // add a reference to another message part 
                    <xop:Include href=cid:http://wintellect.com/1/12345 
                     xmlns:xop="http://www.w3.org/2004/08/xop/include"/> 
                </OrderByte> 
                <OrderNumber xmlns="http://wintellect.com/Order"> 
                    12345 
             </OrderNumber> 
            </order> 
        </SubmitOrder> 
</s:Body> 
</s:Envelope> 
// end of the boundary in the first message part第一部分的内容结束边界 
--uuid:+id=1 
// add the binary data as an octect stream增加二进制数据为八位字节流 
Content-ID: <http://wintellect.com/1/12345> 
Content-Transfer-Encoding: binary 
Content-Type: application/octet-stream 
// raw binary data here这里是原始二进制数据 

  注意到二进制数据被原样保坤在SOAP消息里的另一块区域里。因为二进制数据被打包到SOAP消息的外部区域,那么这么才能给SOAP进行数字签名呢?如果我们使用基于XML的安全机制,像XML加密和XML数字签名里描述的一样,我们不能引用外部的二进制流。这些加密个签名机制要求被保护的数据包装在SOAP消息里。咋一看,对于多部分的消息还真没有什么办法。事实上,这是直接网络消息封装(DIME)和SOAP附件的致命弱点。MTOM提供了一个有趣的解决办法。

  MTOM编码规范规定一个MTOM消息能够包涵二进制数据在base64编码的字符里,后者二进制流在额外的消息部分里。它也表示一个基于base64编码的二进制数据的代表在处理的时候必须可用。换句话说,额外的消息部分可以为消息传输创建,但是内联的base64数据必须对一些操作如:应用数字签名临时可用。当消息处于内联的基于base64编码的状态,基于XML编码的安全机制可以被应用到SOAP消息里。安全机制应用结束,消息可以被序列化为多部分消息。当接受者接受消息的时候,这个消息可以被XML安全规范机制强制根据一些列规则进行验证。

// start of a boundary in the multipart message,多部分消息开始边界 
--uuid:+id=1 
Content-ID: <http://wintellect.com/0> 
Content-Transfer-Encoding: 8bit 
// set the content type to xop+xml 
Content-Type: application/xop+xml;charset=utf8; type="application/soap+xml" 
<s:Envelope xmlns:s="http://www.w3.org/2003/05/soap-envelope"> 
<s:Header></s:Header> 
<s:Body> 
        <SubmitOrder xmlns="http://wintellect.com/OrderProcess"> 
            <order xmlns:i="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"> 
                <OrderByte xmlns="http://wintellect.com/Order"> 
kF+k2CQd/lCitSYvXnLhuOtaMCk/tZaFZIWeW7keC3YvgstAWoht/wiOiR5+HZPo+TzYoH+qE9vJHnSefqKXg6mw/ 
9ymoV1i7TEhsCt3BkfytmF9Rmv3hW7wdjsUzoBl9gZ1zR62QVjedbJNiWKvUhgtq8hAGjw+uXlttSohTh6xu7kkAjgoO 
3QJntG4qfwMQCQj5iO4JdzJNhSkSYwtvCaTnM2oi0/fBHBUN3trhRB9YXQG/mj7+ZbdWsskg/ 
Lo2+GrJAwuY7XUROKyY+5hXrAEJ+cXJr6+mKM3yzCDu4B9bFuZv2ADTv6/MbmFSJWnfPwbH1wK0LQi7Ixo95iF 
                </OrderByte> 
                <OrderNumber xmlns="http://wintellect.com/Order"> 
                    12345 
                </OrderNumber> 
            </order> 
        </SubmitOrder> 
</s:Body> 
</s:Envelope> 
--uuid:+id=1-

  这个例子里,WCF编码器序列化二进制元素为基于base64编码的string。这个优化是相当符合MTOM规范。

选择恰当的编码

  选择消息编码器强迫你去考虑当前和未来的消息使用问题。大部分来说,应用互操作性和消息里的数据类型会决定我们的选择。性能,在决定那个编码器是最适合我们系统的时候,也会考虑进来。表2-1基于消息类型和那种系统可以可以发送和接受消息列举了编码情况。

      表 2-1:消息编码器排列和场景

  不应该惊讶,二进制编码器是WCF与其它WCF系统交互最高效的编码器。我们也许吃惊的是这个事实,在端到端的情况下,MTOM消息编码是比文本编码器效率还低。互操作性和二进制数据大小是你选择MTOM和文本编码器的因素。绝大多数情况,MTOM编码消息只能发送给MTOM编码器的系统。写本书的时候,MTOM是一个很新的规范,所以只有现代系统可以高效地处理MTOM消息。从性能的角度来看,MTOM编码器只有当包装到消息里的二进制数据很大的时候才有意义。MTOM不应该用在不包括二进制数据的消息里,因为MTOM的性能此时比文本编码器效率更低。因此,独立测试一个在产品环境里使用的消息非常重要。