WCF入門教程：WCF基礎知識問答(轉)

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學習WCF已有近兩年的時間，其間又翻譯了Juval的大作《Programming WCF Services》，我仍然覺得WCF還有更多的內容值得探索與挖掘。學得越多，反而越發覺得自己所知太少，直到現在，我也認為自己不過是初窺WCF的門徑而已。

學以致用”，如果僅僅是希望能夠在項目中合理地應用WCF，那麼對於程式員而言，可以有兩種選擇，一種是“知其然而不知其所以然”，只要掌握了WCF的基礎知識，那麼對於一般的應用就足夠了。要做到這一點就很容易了，微軟秉承了一貫的方式，將WCF這門技術優雅地呈現給開發人員，封裝了複雜的實現邏輯，提供了易於調用的類庫和相關的工具，使得開發人員能夠快速地完成WCF程式的開發。另外一種方式自然就是深度挖掘WCF的內部實現了，這是對WCF專家提出的要求。如果我們要應用WCF實現SOA解決方案，就會遭遇許多WCF的進階應用程式，如何合理、有效地應用WCF，並根據項目實際情況對WCF進行擴充，就成為了WCF專家必須解決的難題。

因此，如果要學習WCF，你必須找准自己學習的動機與目標，然後合理地安排自己的學習進度表，這才是正確的學習方式。本文試圖對WCF的一些基礎概念作一些試探性的闡述與分析，並以問答的方式組織，希望能夠部分解答一些希望學習WCF，但猶自徘徊在門外的開發人員。

1、WCF是什嗎？

從WCF所處的位置來看，它是包含在.NET 3.0（也包括.NET 3.5）之中的。我們注意比較.NET 3.0與.NET 2.0，其實唯一的區別就是.NET 3.0包含了WCF、WPF、WF（或者還有CardSpace）而已。因此，我們認為WCF是.NET架構的一部分，似乎並不為過。尤為關鍵的是，WCF並不能脫離.NET架構而單獨存在（但非WCF用戶端可以調用WCF服務），因此，雖然WCF是微軟用以應對SOA解決方案的開發需求而專門推出的，但它並不是例如Spring、Struts那樣的架構，也不是像EJB那樣的容器或者伺服器。微軟真正符合SOA公司專屬應用程式伺服器角色的，我想應該是Biztalk Server。

嚴格的說，WCF就是專門用於服務定製、發布與運行以及訊息傳遞和處理的一組專門類的集合，也就是所謂的“類庫”。這些類通過一定方式被組織起來，共同協作，並為開發人員提供了一個統一的編程模式。WCF之所以特殊，是在於它所應對的情境與普通的.NET類庫不同，它主要用於處理進程間乃至於機器之間訊息的傳遞與處理，同時它引入了SOA的設計思想，以服務的方式公布並運行，以方便用戶端跨進程和機器對服務進行調用。實際上，WCF就是微軟對於分散式處理的編程技術的集大成者，它將DCOM、Remoting、Web Service、WSE、MSMQ整合在一起，從而降低了分布式系統開發人員的學習曲線，並統一了開發標準。

WCF與其它類庫還有不同的地方，則在於WCF充分地體現了運行時環境的概念。對於早期使用WCF的開發人員而言，就可能知道如果在.NET 2.0下要開發WCF，還需要專門下載一個Runtime Component 3.0版，其中就包含了WCF、WF等內容。在.NET中一貫存在所謂“宿主”的概念，整個.NET Framework（或者說是CLR）就可以認為是一個大的宿主，就像Java的虛擬機器一樣。由於WCF對服務有著專門的需求，對於服務端，需要發布和運行服務；對於用戶端，則需要調用服務；因而對於開發人員，就需要編寫定義、發布、運行、調用服務的相關代碼。而服務就只能運行在特定的宿主上，這些宿主可以是控制台應用程式進程、Windows或Web應用程式進程，也可以是Windows服務進程，或者為最常用的IIS宿主。在宿主內部，則封裝了通道堆棧，其中又包含了對協議、編碼、訊息傳輸、代理的處理。而在通道層的頂部，還提供了一個進階運行時，以針對應用程式的開發人員。

因而，我們可以這樣認為，WCF是.NET Framework 3.x的一部分，它包含了用於服務定製、發布與運行以及訊息傳遞和處理的運行時環境以及相關類的集合，它提供了在Windows平台下開發和部署服務的SDK。大致組成如所示：

2、WCF是怎樣啟動並執行？

如果從宏觀的角度來分析WCF的運行機制，它的實現並不複雜。WCF的體系架構是基於一種攔截機制來實現的，負責傳遞和攔截訊息的組件為通道，在用戶端發出對服務端服務的調用時，首先會通過一個服務代理對象，將調用方提供的對象序列化到訊息中，然後該訊息則通過通道進行傳遞。通道不只是包括一個，而是多個通道對訊息進行處理，包括傳輸、訊息編碼、管理會話、傳播事務等，但最底層的通道總是傳輸通道。這些通道的構成形成了一個通道堆棧。由於對象已經被序列化，因而此時通道傳遞的訊息可以跨進程或機器進行傳遞，利用傳輸通道傳遞到服務端。服務端的構成與用戶端基本相似，仍然是通過通道棧中最底層的傳輸通道接收訊息，然後解析訊息編碼，並一層層地往上傳輸。在服務端的通道棧之上，則是一個分發器（Dispatcher，或者說是調度器），它會首先對訊息進行檢查，然後選擇一個用戶端要調用的操作。在這個過程中，訊息會被還原序列化。

說明了WCF的整個運行過程：

由於WCF通過通道的方式傳遞訊息，整個通道同時擔當了接聽程式和攔截器的功能，它可以根據服務的定義，在方法執行的前或後執行不同的操作，例如事務、會話管理、安全等。這些操作在WCF中，大多數都可以以Attribute的方式應用到服務契約上，這樣的實現方式，就類似於採用了AOP（面向服務編程）的方法為服務提供了大量的基礎功能，有助於簡化服務開發人員的工作。

 

3、為什麼我們要選用WCF？
在Windows平台下，尤其是在.NET平台下開發面向服務的應用程式，或者開發分布式系統，最佳選擇就是WCF。為什麼呢？原因就在於WCF涵蓋了之前微軟推出的所有用於分布式開發的技術，包括Remoting、Web Services、WSE、MSMQ等，並以一種統一的編程模式來實現。

WCF既支援具有互通性的Web服務，也能夠實現.NET用戶端與.NET服務端的通訊，提供了分散式交易的支援，同時在安全性上，它完全遵循了WS-*的標準，此外，它還支援佇列服務，可以非常方便地利用訊息佇列完成非同步作業與離線調用。而這些功能，以前的技術都只是部分的實現。如下表所示：

特性	Web Service	.NET Remoting	Enterprise Services	WSE	MSMQ	WCF
具有互通性的Web服務	支援					支援
.NET到.NET的通訊		支援				支援
分散式交易			支援			支援
支援WS標準				支援		支援
訊息佇列					支援	支援

 

WCF同時也使得面向服務編程更加簡單而統一了。如果採用舊有的技術，由於各種技術的編程模型完全不一致，使得程式的遷移非常的困難。例如，最初採用.NET Remoting技術開發的分布式系統，由於業務需求的變化，要求發布具有互通性的Web服務，就需要重新定義服務。並且，用戶端的調用方式也發生了變化，需要添加Web引用，通過UDDI去探索服務。

採用WCF則不然。WCF引入了用通道，它封裝了訊息的通訊細節，例如編碼、交易處理、安全等，然後又通過引入綁定的概念，封裝了通道的組成順序與處理細節。最後，引入了專屬的Endpoint元素，整合了地址、綁定和契約之間的“三位一體”，以最簡單的方式定義和發布服務。

每種綁定對應不同的傳輸協議、訊息編碼格式和版本以及安全、可靠性和事務模式。WCF也提供了擴充綁定的方式，例如通過CustomBinding或者定義派生與Binding的類。

 

WCF的契約包括服務契約、資料契約和訊息契約（特別的，還包括了錯誤契約，用於異常的處理）。其中服務契約為面向服務應用程式的核心，通過它可以定義服務。資料契約則為服務所要傳遞的資料。由於服務的調用需要跨進程或機器進行通訊，就需要服務資料必須能夠被序列化和還原序列化。雖然.NET本身提供了資料的序列化功能，但WCF的資料契約更加符合服務資料的定義習慣。至於訊息契約，則可以將服務資料定義為訊息，包括XML文字格式設定、MTOM（訊息傳輸最佳化機制）格式和二進位格式。

綁定（Binding）、契約（Contract）與服務的地址（Address）組合在一起，則形成了終結點（Endpoint），如所示：

Address是Endpoint的網路地址，它標記了訊息發送的目的地。Binding描述的是如何發送訊息，例如訊息發送的傳輸協議（如TCP，HTTP），安全（如SSL，SOAP訊息安全）。Contract則描述的是訊息所包含的內容，以及訊息的組織和操作方式，例如是單向，雙向還是請求/回應程式式。

引入終結點可以說是WCF的一個偉大創舉，通過它使得我們能夠更加容易的發布和管理服務，尤其是發布和管理多個服務。每個服務必須至少擁有一個終結點，而用戶端正是通過終結點知道服務的相關資訊，例如地址、訊息編碼格式、傳輸協議以及服務的內容，然後在進行正確的調用。最特別的是，同一個服務可以定義多個終結點，每個終結點可以是不同的地址、不同的綁定方式，以便於滿足多個用戶端的不同需要。而對於服務的發行者而言，我們只需要管理終結點的配置，就可以完成對服務的管理，這也為服務的託管提供了便利。

5、WCF主要包含哪些內容？

Juval的《Programming WCF Services》一書基本已經涵蓋了WCF技術的方方面面。概括來講，主要包括綁定、服務契約、資料契約、訊息傳遞、異常處理、執行個體模式、並發處理、交易處理、安全以及佇列服務等。

綁定屬於WCF基本的技術要素，是WCF進行通訊處理的基礎。瞭解綁定的相關知識，有助於開發WCF應用程式。因為在不同的業務需求下，可能對通訊方式、協議、訊息編碼等多個方面會有不同的要求。在配製、發布和運行服務時，都需要對綁定進行操作。因而，我們必須掌握WCF內建綁定的相關屬性，熟悉繫結元素的相關配置。此外，在一些進階應用程式上，我們還要掌握自訂綁定的方式，瞭解在自訂綁定時，添加繫結元素的方式與順序，瞭解Binding基類的相關屬性和方法。以及與綁定配置相關的類。

服務契約是WCF的主要處理對象，服務的定義和設定正是通過服務契約實現的。除了瞭解ServiceContract和OperationContract的基礎應用之外，還需要比較WCF服務編程與普通的.NET編程之間的區別，例如服務的繼承與多態是怎樣實現的。最重要的是如何根據SOA的思想劃分服務的邊界，確定服務的粒度大小，這需要從系統的易用性、可擴充性、效能等多個方面進行權衡。

服務契約中關於操作的定義要受到很多約束，其中最重要的就是對資料的處理，這也是WCF引入資料契約的目的。由於WCF的特殊性，因而我們需要瞭解一些特殊資料類型的序列化方式，例如泛型型別、集合、DataSet等。

條件約束服務操作定義的還包括對異常的處理，WCF對異常有一套特殊的處理方式，可以根據實際的情況，確定異常訊息是否需要進行通訊，以及出現異常時，是否要求停止服務執行個體，或繼續維持會話。

WCF為訊息傳遞提供了非常大的靈活性。它提供了專門的Message類以及相關的讀寫器，例如XmlDictionaryReader和XmlDictionaryWriter等對訊息進行讀寫，這其中包含了對訊息版本、編碼格式、訊息標題和本文等的操作。同時，WCF還提供了訊息與方法之間的映射。在提供系統的互通性時，瞭解WCF的訊息傳遞方式很有必要。

根據不同的需求，WCF將執行個體模式分為PerCall，Single和PerSession三種方式。通過設定服務行為的InstanceContextMode屬性，來管理服務執行個體的生存周期，可以簡化開發人員的工作。我們只需要瞭解這三種執行個體模式的特性即可。通常情況下，我建議服務採用PerCall模式，如果需要維持服務與用戶端之間的會話，則可以採用PerSession模式。只有在對效能和延展性沒有太大要求的情況下，才可以採用Single模式。

關於交易處理、並發處理以及安全，主要都是通過相關的服務行為進行設定和管理。這些內容都是WCF進階應用程式所必需掌握的內容，尤其對於開發企業級應用系統而言。至於佇列服務，主要是利用了訊息佇列，以實現系統可以離線訪問服務，並保持服務狀態的同步。

6、WCF主用適用於哪些應用情境？

WCF本身就是微軟為了應對SOA戰略所推出的一套基於.NET Framework下的SDK。當我們在Windows平台下，基於.NET架構開發一套系統，同時要求這套系統需要與其它平台例如WebLogic、WebSphere或者JBoss進行互動時，就需要採用WCF技術了。這是因為WCF的互通性所決定的。

目前來看，WCF在公司專屬應用程式中還沒有得到大量的應用，但隨著開發人員對.NET 3.x的深入瞭解，WCF會逐漸深入人心。由於WCF整合了.NET編程開發的習慣，對於.NET開發人員而言，就大大地降低了學習曲線，此外，WCF保留了對舊有技術包括Web Service、.NET Remoting、MSMQ、WSE的支援，同時對於舊有技術到WCF的遷移也提供了非常好的解決方案。因而，如果.NET人員若要應用SOA的解決方案，那麼WCF無疑就是最佳選擇。單以開發而論，利用WCF定義服務、公開服務以及運行服務，利用WF實現工作流程的設計、運行與管理、利用WPF作為具有豐富表現的富用戶端，或者通過AJAX+SliverLight開發調用WCF服務的用戶端，以及通過CardSpace完成對服務安全的設定與管理，就足以實施一整套的SOA解決方案。同時，WCF還可以結合Biztalk以及Sharepoint，使得SDK能夠搭載於應用伺服器之上，更大程度地滿足公司專屬應用程式的需要。

除了實施SOA解決方案之外，WCF對於開發分布式系統而言，也是得天獨厚的。當我們的應用系統需要在多個伺服器上運行不同服務，以支撐大量的訪問負荷、大資料量處理、資料採礦等工作時，就可以利用WCF開發不同的服務，然後託管在不同的伺服器上，此時，整個系統就可以有效地利用伺服器資源，減輕系統負荷。