使用 .NET 實現 Ajax 長串連

文章目錄

• 無事件導致逾時
• 定義發送目標
• 可靠的訊息佇列
• 小結
• Monitor模型
• Mutex模型
• 簡單樣本
• 親身體驗
• 小結

作者：http://www.cnblogs.com/cathsfz/

 

Ajax的長串連，或者有些人所說的Comet，就是指以XMLHttpRequest的方式串連伺服器，串連後伺服器並非即時寫入相應並返回。伺服器會保持串連並等待一個需要通知用戶端的事件，該事件發生後馬上將資料寫入響應，這時候用戶端就以相當“即時”的方式接收到事件通知。具體的通訊模型，請參考這篇文章：《Comet：基於 HTTP 長串連的“伺服器推”技術》，裡面已經說得非常詳細了，我就不再複述了。

我們接著開始討論如何使用.NET實現這個模型。首先我們能想到的是，我們需要一個Web Service，可以是ASP.NET Web Service，也可以是WCF Web Service，ASP.NET AJAX Library兩者都支援。在這裡，為了簡單起見，就選擇大家更熟悉的ASP.NET Web Service舉例。然後，我們寫下以下兩個函數簽名：

public void Send(Message message);
public Message Wait();

其中，Send函數用來發送一個Message對象，而Wait函數用來等待一個Message對象。然後，讓我們來討論一些細節問題。

無事件導致逾時

首先，長期保持串連時不行的。對於伺服器和用戶端來說，這不是個問題，但我們永遠都要記住中間可能存在各式各樣配置怪異的網關和代理，它們上面可能有各式各樣的逾時規則，因此Comet最好設計為定期重連。一般情況下，如果30秒沒有任何事件發生，伺服器端就應該通知用戶端確實沒有事件發生，結束掉本次請求，然後重新開始一次新的請求以便繼續等待。

那麼上述函數簽名可否用來返回一個無事件的訊息呢？這是顯然可以的，我們可以選擇返回null表示無事件，或者返回一個EmptyMessage常量，這視乎我們使用class還是struct來定義Message。（甚至，我們還可以做一個名為NoMessageMessage的Message衍生類別來做這個事情。）

定義發送目標

上述函數簽名確實能用來收發訊息，但是沒指名發給誰。可能有人會說，發送給誰可以在Message類裡面通過一個屬性來定義啊。但是Wait()方法沒有說明接受方是誰，伺服器端依然不知道哪些訊息應該讓你接收。

因此，我們引入Channel的概念，Channel使用其名稱來標識，相同名稱的就必然是同一個Channel。在發送與接受時，通過名稱指定要發送到哪個Channel，這樣問題就解決了。此時，函數簽名修改如下：

public void Send(string channelName, Message message);
public Message Wait(string channelName);

可靠的訊息佇列

想象一個可能發生的情況，伺服器端向你發送一個訊息，你沒有成功接收，但是伺服器端認為發送了就成功了，訊息從隊列刪除了，然後這個訊息就永久丟失掉了。可能有人會強調TCP多麼可靠，伺服器端發送的訊息如果在TCP的層面發生問題了，肯定會引發Socket層級的Exception，這個Exception冒泡上來，伺服器端就能截獲，從而得知發送失敗，然後先不刪除隊首訊息。可是別忘了，中間是可能存在代理的，如果代理成功把訊息收回去了，可是代理髮送到用戶端這一步失敗了，伺服器端就不一定會發生異常了。

因此，我們需要制定一種策略，來確保下行訊息總能發送到用戶端。在這裡，我們選擇了引入逐個ACK的機制，來確認訊息的接收。也就是說，伺服器端發送給用戶端的訊息帶有一個序號，在用戶端收到訊息後就將該序號發回給伺服器端，已確認它受到了該訊息。這時候，函數簽名更改如下：

public int Send(string channelName, Message message);
public Message Wait(string channelName, int sequence);

我們使用Wait()接收到的Message中，應該有一個Sequence的屬性，標記它的序號。然後，再我們執行下一次Wait()時就將該序號加1的值通過sequence參數傳遞迴去，讓伺服器知道我們期望下一條訊息的編號是這個。例如我們收到Message，其Sequence屬性為836，那麼下一次調用Wait()的時候就傳給伺服器837。伺服器端此時應該保留了編號為836的Message在對首，如果用戶端繼續請求836號訊息，證明它上次沒收到，這次仍然發送836號訊息給它；如果用戶端請求837號訊息，證明它成功收到836號訊息的，這次就發送837號訊息給它。

如果都不是，那該怎麼辦？那意味著，這是一個錯誤的請求，甚至可能是攻擊請求，因為正常情況下不應該出現這樣的請求的，伺服器端可以考慮拋個無關緊要的Exception（不要告訴攻擊者你知道他在攻擊了），甚至直接給個400 （bad request）的響應代號。

與Wait()類似的，Send()也可以加入ACK機制，只需要將傳回型別從void改為int就可以了，這個值就專門用於傳遞訊息編號，實現方式和Wait()是一樣的，不過Send()是由用戶端儲存待發送訊息的隊列。

小結

到此為止。我們的Web Service就寫好了。這就寫好了？只有簽名沒有函數體？是的，複雜的工作留給model去做，Web Service在這裡只是相當於一個view，用於將model的介面暴露出來。

在下一次的文章中，我們將開始討論如何?伺服器端的訊息傳遞機制。

 

在上一次的文章中，我們說到了如何設計一個ASP.NET Web Service來處理長串連請求。很多人對此就提出了問題，如何hold住請求讓它30秒不斷開了？這其實很簡單，只需要Sleep()一下就可以了：

Thread.Sleep(30 * 1000);

然而問題是，我們不是要等30秒然後看看是否有事件需要返回，而是在這30秒內隨時有事件隨時返回。因此，我們需要一套機制來在等待的過程中檢查是否有事件發生了。

Monitor模型

在.NET裡面，大家最熟悉的線程同步模型應該就是Monitor模型了。沒聽說過？就是C#的那個lock關鍵字，實際上它編譯出來就是一對Monitor.Enter()和Monitor.Exit()。

通過lock命令，我們可以針對一個對象建立一個臨界區，代碼執行到臨界區入口時必須擷取到該對象的鎖才能執行下去，並且在臨界區的出口釋放該鎖。然而這種模型不太適用於解決我們的問題，因為我們需要等待一個事件，如果使用lock來等待的話，那就是說要先在Web Service外部把對象鎖上，然後等事件觸發了就解鎖，這時候Web Service才順利進入臨界地區。

事實上，要進行這類型的阻塞，還有一個更好的選擇，那就是Mutex。

Mutex模型

Mutex，也就是mutual exclusive的縮寫，“互斥”的意思。Mutex是如何運作的？這有點像是銀行的排隊叫號系統，所有等待服務的人都坐在大廳裡等候（wait）被叫，當一個服務視窗空閑時它就會發出一個訊號（signal）來通知下一位等候服務的人。總之，所有執行wait指令的線程都在等候，而每一個signal能夠讓一個線程結束等候繼續執行。

在.NET裡面，wait和signal這兩個操作分別對應Mutex.WaitOne()和Mutex.ReleaseMutex()這兩個方法。我們可以讓Web Service的線程使用Mutex.WaitOne()進入等候狀態，而在事件發生時使用Mutex.ReleaseMutex()來通知Web Service線程。因為必須在Mutex.ReleaseMutex()發生後Mutex.WaitOne()才可能繼續執行下去，因此能夠執行下去就證明必然有事件發生了並且調用了Mutex.ReleaseMutext()，這時候就可以放心地去讀取事件訊息了。

簡單樣本

在選定使用Mutex模型後，我們來編寫一個簡單的樣本。首先，我們要在WebService衍生類別內定義一個Mutex，還有一個代表訊息的字串。

Mutex mutex = new Mutex();
string message;

然後，我們定義兩個WebMethod。為了把問題簡單化，我們選用上一篇文章中開頭所說的兩個函數簽名，也就說只能在一個Web Service內自己發自己收，沒有發送目標的概念，也沒有逾時的概念，還沒有可靠性設計。同時，我們將Message類型替換為一般字元串，以便於我們測試。

我們先編寫發送訊息的函數：

public void Send(string message) {
  this.message = message;
  this.mutex.ReleaseMutex();
}

在這個發送函數裡，首先我們把訊息放進了類內全域的變數中，然後讓全域的Mutex類釋放一個signal。這時候，如果有線程在等待，它可以馬上執行下去。如果此時沒有線程在等待，那麼下一個wait的線程執行到該阻塞的地方就能夠不受阻塞繼續執行下去。

現在我們來編寫接收訊息的函數：

public string Wait() {
  this.mutex.WaitOne();
  return this.message;
}

接收函數一開始就進入wait狀態。在得到signal後，需要做的事情就是把全域的訊息返回給用戶端。

親身體驗

最後，我們可以通過ASP.NET Web Service本身支援的Web測試介面來測試一下我們的代碼。我們開兩個瀏覽器視窗，一個進入Send()調用，一個進入Wait()調用。然後我們按照如下方法來測試：

1. 首先執行Send("Hello")，然後執行Wait()。這時候你可以馬上看到"Hello"。
2. 首先執行Wait()，讓它等待返回，這時候執行Send("Hello")。隨後你可以看到Wait()那段返回"Hello"了。
3. 按如下順序執行：Send("Hello");Wait();Send("World");Wait();
4. 按如下順序執行：Send("Hello");Send("World");Wait();Wait();
5. 按如下順序執行：Wait();Wait();Send("Hello");Send("World");
6. 按如下順序執行：Wait();Send("Hello");Wait();Send("World");

你會發現這樣一些奇怪的結果：第3個測試返回的是"World"和"World"。第5個測試先返回"Hello"的並不一定是先執行的那個Wait()線程。後者在某些情況下不是什麼問題，特別是長串連中一般之後一個Wait()線程在等待中，所以我們可以不管。而前者，則是因為沒有訊息佇列所造成的，我們只有長度為1的訊息視窗，所以只能緩衝最後一個訊息。這個問題我們將在下一篇文章中解決。

小結

在本文中，我們看到了不同的線程同步模型的差異。Monitor模型的lock本質上是一個Semaphore，也就是一個不能連續signal的Mutex，一個signal發出去後必須被一個wait接收了才能進行下一次的signal。同時，Semaphore也限制了signal和wait必須在同一個線程內成對執行，而Mutex則沒有此限制。雖然.NET是針對Monitor模型最佳化的，但在我們的需求當中，只能通過Mutex模型來解決。

接著，我們便寫了一個小小的消協發送與接收函數，實現了我們想要的阻塞式Web Service。同時我們也看到了沒有訊息佇列造成的問題，因此確定接下來我們要做一個訊息佇列。