【C#】进程间通讯2

Channel 信道

上篇介绍了共享内存、命名管道、匿名管道这三种进程间通讯方法，下面介绍通过Channel（信道）进行通讯的几种方法，包括IPC、HTTP、TCP三种。

什么是信道呢？本质上信道是生产者/消费者编程模型的一种实现，生产者生成数据，然后将数据传递进信道之中，而消费者从信道中不断地获取并使用数据，这两者都可以是异步的。信道维护了这么一个数据传输的通路，它可以规定数据传输的各种配置，并控制各个生产者/消费者的并发请求。从这个意义上看，信道类似于队列，是一种数据结构，它与队列的区别在于，它提供了一种完全异步的数据传输方式。

在.NET Core中，是有提供一个信道结构的封装，那就是System.Threading.Channels类，这个类封装了一个泛型Channel<T>类，可以用于快速地创建并使用一个类型化的信道，当然这里的信道只是一种简单的数据结构，只用于本地程序中数据的传输。有关信道结构的具体实现，可以见：An Introduction to System.Threading.Channels - .NET Blog 

下面展示了一个例子：

using System.Threading.Channels;
Channel<double> channel = Channel.CreateUnbounded<double>(new UnboundedChannelOptions
{
    SingleWriter = false,
    SingleReader = false,
    AllowSynchronousContinuations = true
});

ChannelWriter<double> writer = channel.Writer;
ChannelReader<double> reader = channel.Reader;

Consume(reader);
Produce(writer, 50);

Console.ReadLine();

static void Produce(ChannelWriter<double> writer, double value)
{
    while (value < 100)
    {
        double temp = value + 1;
        if (writer.TryWrite(temp))
        {
            value = temp;
        }
        Thread.Sleep(1000);
    }
    
}

static async ValueTask Consume(ChannelReader<double> reader)
{
    while (true)
    {
        double value = await reader.ReadAsync();
        Console.WriteLine(value);
    }
}

在这个例子中，消费者使用ReadAsync等待信道数据，而生产者每秒都向信道中写入一个double数据，一旦数据到达信道，另一边的消费者即可异步读取，然后又等待新的数据，这样就实现了生产者和消费者模式。

下面介绍用于进程间通讯的三种信道。

HttpChannel

所谓HttpChannel，即使用了HTTP协议去传输信息的一种信道，所以它支持进程间通讯，也支持网络间通讯。.NET的HttpChannel类位于System.Runtime.Remoting.Channels命名空间。需要注意的是，.NET5+和.NET Core均不再支持Remoting功能，所以HttpChannel（以及下面的TcpChannel、IpcChannel）只能在.NET Framework中使用。

下面展示了一个例子，服务端：

using System;
using System.Runtime.Remoting;
using System.Runtime.Remoting.Channels;
using System.Runtime.Remoting.Channels.Http;

namespace RemotingTest
{
    public class RemoteObject : MarshalByRefObject
    {
        private int count = 0;
        public int GetCount()
        {
            Console.WriteLine("GetCount");
            count++;
            return count;
        }
    }

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            HttpServerChannel server = new HttpServerChannel(9090);
            //注册信道
            ChannelServices.RegisterChannel(server, false);
            //注册对象类型，指定URI和生命周期
            RemotingConfiguration.RegisterWellKnownServiceType(typeof(RemoteObject), "RemoteTest.rem", WellKnownObjectMode.Singleton);
            Console.ReadLine();
        }
    }
}

这里服务端先注册一个Http信道，然后注册了注入对象类型，此后这个注入对象将作为信道传输的媒介，该对象的生命周期为Singleton，这表示任何连接都将使用同一个对象。这里的<RemoteTest.rem>指定了访问信道的路径，如果是本机访问，那么完整路径为<http://localhost:9090/RemoteTest.rem>。

客户端：

using System;
using System.Runtime.Remoting;
using System.Runtime.Remoting.Channels;
using System.Runtime.Remoting.Channels.Http;

namespace RemotingTest
{

    public class RemoteObject
    {
        private int count = 0;
        public int GetCount()
        {
            Console.WriteLine("GetCount");
            count++;
            return count;
        }
    }

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            HttpClientChannel client = new HttpClientChannel();

            ChannelServices.RegisterChannel(client, false);

            string url = "http://localhost:9090/RemoteTest.rem";
            WellKnownClientTypeEntry entry = new WellKnownClientTypeEntry(typeof(RemoteObject), url);

            RemotingConfiguration.RegisterWellKnownClientType(entry);

            RemoteObject obj = new RemoteObject();
            Console.WriteLine(obj.GetCount());

            Console.ReadLine();
        }
    }
}

客户端的操作与之类似，也是先注册信道，再注册注入对象类型，但注册时需要额外指定服务端的URL，以便连接到服务端。之后客户端只需创建对应的注入类型的对象，那么就能和服务端共享一个对象了。

这里注意，客户端和服务端必须处在同一个程序集中，且注入对象的类型必须在同一个命名空间里，否则连接就会抛出异常。

这里的注入对象被称为Remote Object，即远程对象。远程对象本质上是在服务端创建的，其数据也是储存在服务端中，远程对象必须继承自MarshalByRefObject，这是因为远程对象在被本机以外的程序创建和访问时，应当只是创建一个代理，这个代理将程序对远程对象的所有操作通过RPC来传输到服务端，并在服务端执行对应的方法。这样，在客户端的程序就能操作实际上在服务端储存的对象了，这就实现了数据传输。这个代理是由MarshalByRefObject对象来提供的，如果不继承自这个类，那么客户端储存的就是一个具体的对象，而不是代理，对该对象的操作仅限于本机，而不会同步到服务端的对象当中。

TcpChannel

TcpChannel和HttpChannel类似，区别是使用的协议不同，Tcp使用的协议采用二进制的格式去传输数据，Http采用文本的形式去传输数据，且Tcp无需像Http协议一样创建较大的报文头，从这个角度来说，TcpChannel会比HttpChannel更快。当然，HttpChannel提供了更多的灵活性，意味着在与Web服务器交互时会更方便。

TcpChannel的使用方法和HttpChannel是基本相同的。

服务端：

static void Main(string[] args)
{
    TcpServerChannel server = new TcpServerChannel(9090);
    //注册信道
    ChannelServices.RegisterChannel(server, false);
    //注册对象，指定URI和生命周期
    RemotingConfiguration.RegisterWellKnownServiceType(typeof(RemoteObject), "RemoteTest.rem", WellKnownObjectMode.Singleton);
    Console.ReadLine();
}

客户端：

static void Main(string[] args)
{
    TcpClientChannel client = new TcpClientChannel();

    ChannelServices.RegisterChannel(client, false);

    string url = "tcp://localhost:9090/RemoteTest.rem";
    WellKnownClientTypeEntry entry = new WellKnownClientTypeEntry(typeof(RemoteObject), url);

    RemotingConfiguration.RegisterWellKnownClientType(entry);

    RemoteObject obj = new RemoteObject();
    Console.WriteLine(obj.GetCount());

    Console.ReadLine();
}

IpcChannel

IpcChannel 采用的是WindowsIPC协议，这种协议专门用于进程间通讯，因为它不支持网络间通讯，但优点是它一般比Http、Tcp信道更快。IpcChannel主要就是为了改善本机信道的通讯速度的。

使用方法与上文一致，区别是Ipc协议不采用端口，而是采用端口名称。

服务端创建代码：

IpcServerChannel server = new IpcServerChannel("IpcTest");

客户端连：

TcpClientChannel client = new TcpClientChannel();

ChannelServices.RegisterChannel(client, false);

string url = "ipc://IpcTest/RemoteTest.rem";
WellKnownClientTypeEntry entry = new WellKnownClientTypeEntry(typeof(RemoteObject), url);

RemotingConfiguration.RegisterWellKnownClientType(entry);