WCF後傳系列（8）：深度通道編程模型Part 1—設計篇

引言

從本質上說，WCF是一個通信服務框架，它允許我們使用不同的傳輸協議，使用不同的消息編碼形式，跟不同的WS-*系列規範交互，而所有這些細節都是由通道堆棧來處理的。爲了簡化這些處理，在WCF中提供了兩種模型，一是針對開發者的應用程序編程模型；二是用來通信的通道模型，這樣對於開發者來說，只要瞭解應用程序編程模型就足夠了，而不會涉及到通道模型，然而，對於通道模型進行必要的學習，可以讓我們真正理解WCF中“通信”概念，瞭解WCF的整個架構體系，從而構建出更加健壯的WCF服務或者對WCF框架進行擴展。在本文中，我們將進行深度瞭解WCF中的通道模型是如何設計的。

通道模型概述

在WCF中，提供了一系列的接口和其它類型模型，它們爲消息的發送和接收提供了一個底層的編程模型，該模型稱之爲WCF通道模型。在通道模型中，一個很重要的概念是通道堆棧，它是具有一個或多個消息處理通道的分層的通信堆棧，堆棧中放置了各種類型的通道，用來對象進行處理，如在通道堆棧的最底層放置了傳輸通道，它負責使通道堆棧適應基礎傳輸，如圖1所示：

圖1

在通道堆棧中，不僅僅提供消息的傳輸方式，還提供了其它諸如對消息的內容或者消息頭進行處理的功能，這些功能同樣是以通道的方式放置在通道堆棧中，甚至於我們可以編寫自己的通道，加入到通道堆棧中。

消息在通道堆棧中傳輸時，將作爲Message對象流過通信堆棧，如傳輸通道負責在發送方和接收方之間轉換消息，之後消息將通過傳輸通道繼續往上流，依次經過通道堆棧中的各個通道，這些通道各自負責提供一種通信功能，如在消息頭中添加信息，對消息的正文進行加密等等。

通道對象模型

通道對象模型是實現通道、通道偵聽器和通道工廠所必需的一組核心接口。還提供一些基類以輔助自定義實現。可以看到通道模型中最重要的有三組接口：通道、通道偵聽器和通道工廠。每個通道均實現一個或多個接口，稱爲通道形狀接口或通道形狀；通道偵聽器負責偵聽傳入消息，即在消息的接收端，然後通過由通道偵聽器創建的通道將這些消息傳送到上面的層；通道工廠負責創建通道用於發送消息，即在消息的發送方，並在通道工廠關閉時，關閉通道工廠創建的所有通道。

在通道模型中，最重要的一個接口是ICommunicationObject，它定義了所有通信對象實現的基本狀態機的核心接口，自定義通道通信對象可以直接實現ICommunicationObject，如圖2所示：

圖2

只有圖2中的這些接口，才屬於WCF的通道模型，在WCF中同樣提供了一些基類如CommunicationObject、ChannelFactoryBase等，在實現自定義的通道通信對象時，也可以直接繼承於這些基類，但要注意，這些基類僅僅是爲實現自定義通道通信對象提供了方便，它們本身並不屬於通道模型的一部分。

ICommunicationObject接口爲WCF中所有面向通信的對象提供了契約，除了通道、通道偵聽器、通道工廠外，還有調度程序和服務主機，定義了基本狀態的協定。它包括一組用於啓動狀態轉換的打開、關閉和中止方法，打開和關閉方法的異步版本，一組提供狀態轉換通知的事件和一個個用於檢查對象狀態的公開State屬性，它的定義如下所示：

public interface ICommunicationObject
{
    // 狀態屬性
    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);
    // 異步方法
    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 的初始狀態是“已創建”，此時可以配置它的各種屬性。一旦處於“已打開”狀態，對象就可用於發送和接收消息，但它的屬性將視爲不可變。一旦處在“正在關閉”狀態，對象就不能再處理新的發送或接收請求，但在到達“關閉”超時前有可能完成現有的請求。如果發生不可恢復的錯誤，則對象將轉換到“出錯”狀態，此時可以檢查該對象以獲取有關錯誤的信息，該對象最終將關閉。處於“已關閉”狀態時，該對象實質上已到達狀態機的終點。對象一旦從一個狀態轉換到下一個狀態，它將不會返回至前一狀態，整個過程圖3所示：

圖 3

通道形狀

每個通道均實現一個或多個接口，稱爲通道形狀接口或通道形狀。通道形狀的最底層是 IChannel 接口，該接口提供一個 GetProperty<T> 方法，用作訪問由通道堆棧中的通道公開的任意功能的分層機制。擴展 IChannel 的五種通道形狀爲：

1.IInputChannel：用於接收消息

2.IOutputChannel：用於發送消息

3.IRequestChannel：用於發送請求

4.IReplyChannel：用於發送回覆

5.IDuplexChannel：用於雙向消息傳遞

它們之間的關係如圖4所示：

圖 4

其實可以看出，IDuplexChannel接口是IInputChannel和IOutputChannel接口的聯合，所有的通道形狀都同時擴展了ICommunicationObject和IChannel。這5種通道模型分別對應於不同的消息交換模式，在使用數據報模式時，消息發送方通道實現了IOutputChannel接口，而消息接收方通道實現了IInputChannel接口；在請求響應模式中，客戶端通道實現IRequestChannel接口，而服務通道實現IReplyChannel接口；在雙工通信模式中，由於雙方都能發送和接收消息，客戶端和服務通道實現了IDuplexChannel接口，如圖5所示：

圖 5

服務端通道

在通道對象模型中，除了IChannel接口，另外一個接口IChannelListener用於消息的接收端，通過綁定來生成通道偵聽器（在綁定中有關於協議、編碼和傳輸的信息，關於綁定可以參考WCF專題系列（6）：消息如何傳遞之綁定Part 1），用於偵聽傳入的消息。通道偵聽器負責創建通道並從下面的層或者從網絡接收消息，收到的消息將藉助於通道偵聽器所創建的通道傳送到上面的層中。整個過程如圖6所示：