Datenübertragungsarchitektur - Übersicht

Windows Communication Foundation (WCF) kann als Messaginginfrastruktur betrachtet werden. Damit können Nachrichten empfangen, verarbeitet und für weitere Aktionen an Benutzercode verteilt werden, oder es können Nachrichten anhand von Daten des Benutzercodes erstellt und an ein Ziel übergeben werden. In diesem Thema, das sich an fortgeschrittene Entwickler richtet, wird die Architektur zur Verarbeitung von Nachrichten und der darin enthaltenen Daten beschrieben. Eine einfachere, funktionsbezogene Betrachtung zum Senden und Empfangen von Daten finden Sie unter Angeben von Datenübertragung in Dienstverträgen.

Hinweis:

In diesem Thema werden die WCF-Implementierungsdetails, die nicht sichtbar sind, anhand des WCF-Objektmodells erläutert. Zwei Hinweise im Hinblick auf die dokumentierten Implementierungsdetails sind wichtig. Zunächst einmal sind die Beschreibungen vereinfacht dargestellt; die tatsächliche Implementierung ist möglicherweise aufgrund von Optimierungen oder aus anderen Gründen komplexer. Zweitens: Sie sollten sich nie auf bestimmte Implementierungsdetails verlassen, auch nicht auf die dokumentierten, da sich diese ohne Vorankündigung von Version zu Version oder sogar innerhalb eines Service Release ändern können.

Basisarchitektur

Die zentrale Komponente der WCF-Nachrichtenverarbeitungsfunktionen ist die Message-Klasse, die unter Verwenden der Meldungsklasse detailliert beschrieben wird. Die Laufzeitkomponenten von WCF können in zwei Hauptteile unterteilt werden: den Kanalstapel und das Dienstframework, wobei die Message-Klasse den Verbindungspunkt darstellt.

Der Kanalstapel ist für die Konvertierung zwischen einer gültigen Message-Instanz und einer Aktion verantwortlich, die dem Senden und Empfangen von Nachrichtendaten entspricht. Auf der Absenderseite verwendet der Kanalstapel eine gültige Message-Instanz und führt nach einigen Verarbeitungsschritten eine Aktion aus, die logisch dem Senden der Nachricht entspricht. Bei der Aktion kann es sich um das Senden von TCP- oder HTTP-Paketen, das Senden der Nachricht an die Warteschlange von Message Queuing, das Schreiben der Nachricht in eine Datenbank, das Speichern in einer Dateifreigabe oder, je nach Implementierung, um eine andere Aktion handeln. Die am häufigsten verwendete Aktion ist das Senden der Nachricht über ein Netzwerkprotokoll. Auf der Empfängerseite geschieht genau das Gegenteil: Eine Aktion wird erkannt (dabei kann es sich um das Eintreffen von TCP- oder HTTP-Paketen oder eine andere Aktion handeln) und nach der Verarbeitung vom Kanalstapel in eine gültige Message-Instanz umgewandelt.

Sie können WCF verwenden, indem Sie die Message-Klasse und den Kanalstapel direkt verwenden. Dies ist jedoch schwierig und zeitaufwändig. Darüber hinaus bietet das Message-Objekt keine Metadatenunterstützung, sodass Sie keine WCF-Clients mit starker Typisierung generieren können, wenn Sie WCF auf diese Weise verwenden.

Deshalb bietet WCF ein Dienstframework mit einem einfach zu bedienenden Programmiermodell, das Sie zum Erstellen und Empfangen von Message-Objekten verwenden können. Das Dienstframework ordnet den .NET Framework-Typen über Dienstverträge Dienste zu und sendet Nachrichten an Benutzervorgänge, bei denen es sich einfach um .NET Framework-Methoden handelt, die mit dem OperationContractAttribute-Attribut gekennzeichnet sind (weitere Informationen finden Sie unter Entwerfen von Dienstverträgen). Diese Methoden verwenden möglicherweise Parameter und Rückgabewerte. Auf der Dienstseite wandelt das Dienstframework eingehende Message-Instanzen in Parameter um und Rückgabewerte in ausgehende Message-Instanzen. Auf der Clientseite findet das Gegenteil statt. Betrachten Sie z. B. den nachfolgenden FindAirfare-Vorgang.

[ServiceContract]
public interface IAirfareFinderService
{
    [OperationContract]
    int FindAirfare(string FromCity, string ToCity, out bool IsDirectFlight);
}

Nehmen wir an, auf dem Client wird FindAirfare aufgerufen. Das Dienstframework auf dem Client wandelt die FromCity-Parameter und ToCity- Parameter in eine ausgehende Message-Instanz um und übergibt diese an den zu sendenden Kanalstapel.

Wenn auf der Dienstseite eine Message-Instanz vom Kanalstapel ankommt, extrahiert das Dienstframework die relevanten Daten aus der Nachricht, um die FromCity-Parameter und ToCity-Parameter zu füllen, und ruft dann die dienstseitige FindAirfare-Methode auf. Wenn die Methode zurückgegeben wird, verwendet das Dienstframework den zurückgegebenen Ganzzahlwert und den IsDirectFlight-Ausgabeparameter und erstellt eine Message-Objektinstanz, die diese Informationen enthält. Es übergibt dann die Message-Instanz an den Kanalstapel, damit sie an den Client zurückgesendet wird.

Auf der Clientseite entsteht eine Message-Instanz, die die Antwortmeldung vom Kanalstapel enthält. Das Dienstframework extrahiert den Rückgabewert und den IsDirectFlight -Wert und gibt diese an den Aufrufer des Clients zurück.

Nachrichtenklasse

Die Message-Klasse soll eine abstrakte Darstellung einer Nachricht sein, ihre Struktur ist jedoch eng mit der SOAP-Nachricht verbunden. Eine Message enthält drei Hauptinformationen: einen Nachrichtentext, Nachrichtenheader und Nachrichteneigenschaften.

Nachrichtentext

Der Nachrichtentext soll die tatsächliche Datennutzlast der Nachricht darstellen. Der Nachrichtentext wird immer als XML-Infoset dargestellt. Dies bedeutet nicht, dass alle in WCF erstellten oder empfangenen Nachrichten das XML-Format aufweisen müssen. Es obliegt dem Kanalstapel, zu entscheiden, wie der Nachrichtentext interpretiert wird. Er wird eventuell als XML ausgegeben, in ein anderes Format konvertiert oder sogar ganz weggelassen. Bei den meisten, von WCF bereitgestellten Bindungen wird der Nachrichtentext als XML-Inhalt im Textabschnitt eines SOAP-Umschlags dargestellt.

Ihnen sollte auf jeden Fall bewusst sein, dass die Message-Klasse nicht unbedingt einen Puffer mit XML-Daten enthält, die den Textkörper darstellen. Message enthält zwar ein XML-Infoset, dieser Infoset wurde jedoch eventuell dynamisch erstellt und ist im Speicher gar nicht physisch vorhanden.

Einfügen von Daten in den Nachrichtentext

Es gibt kein einheitliches Verfahren zum Einfügen von Daten in einen Nachrichtentext. Die Message-Klasse bietet eine abstrakte Methode, OnWriteBodyContents, die XmlDictionaryWriter akzeptiert. Jede Unterklasse der Message-Klasse ist für das Überschreiben dieser Methode und Schreiben ihres eigenen Inhalts verantwortlich. Der Nachrichtentext enthält den XML-Infoset, der OnWriteBodyContent erzeugt, logisch. Betrachten Sie beispielsweise die folgende Message-Unterklasse:

public class AirfareRequestMessage : Message
{
    public string fromCity = "Tokyo";
    public string toCity = "London";
    //code omitted
    protected override void OnWriteBodyContents(XmlDictionaryWriter w)
    {
        w.WriteStartElement("airfareRequest");
        w.WriteElementString("from", fromCity);
        w.WriteElementString("to", toCity);
        w.WriteEndElement();
    }

    public override MessageVersion Version
    {
        get { throw new NotImplementedException("The method is not implemented.") ; }
    }

    public override MessageProperties Properties
    {
        get { throw new Exception("The method or operation is not implemented."); }
    }
    public override MessageHeaders Headers
    {
        get { throw new Exception("The method or operation is not implemented."); }
    }

    public override bool IsEmpty
    {
        get
        {
            return base.IsEmpty;
        }
    }

    public override bool IsFault
    {
        get
        {
            return base.IsFault;
        }
    }
}

Physisch enthält eine AirfareRequestMessage-Instanz nur zwei Zeichenfolgen ("fromCity" und "toCity"). Logisch enthält die Nachricht jedoch den folgenden XML-Infoset:

<airfareRequest>
    <from>Tokyo</from>
    <to>London</to>
</airfareRequest>

Selbstverständlich würden Sie im Normalfall keine Nachrichten auf diese Weise erstellen, da Sie zum Erstellen einer Nachricht wie der vorhergehenden aus Vorgangsvertragsparametern das Dienstframework verwenden können. Darüber hinaus bietet die Message-Klasse statische CreateMessage-Methoden, mit denen Sie Nachrichten mit häufig verwendeten Inhaltstypen erstellen können: eine leere Nachricht, eine Nachricht mit einem mit DataContractSerializer XML-serialisierten Objekt, eine Nachricht, die einen SOAP-Fehler enthält, eine Nachricht, die durch XmlReader dargestelltes XML enthält usw.

Abrufen von Daten aus einem Nachrichtentext

Sie können die in einem Nachrichtentext gespeicherten Daten auf zwei Arten extrahieren:

• Sie können den gesamten Nachrichtentext einmalig abrufen, indem Sie die WriteBodyContents-Methode aufrufen und einen XML-Writer übergeben. Der vollständige Nachrichtentext wird an diesen Writer ausgeschrieben. Das einmalige Abrufen des gesamten Nachrichtentexts wird auch als Schreiben einer Nachricht bezeichnet. Das Schreiben wird hauptsächlich beim Senden der Nachrichten vom Kanalstapel übernommen. Ein Teil des Kanalstapels erhält in der Regel Zugriff auf den gesamten Nachrichtentext, codiert diesen und sendet ihn.

• Eine weitere Methode zum Abrufen von Informationen aus dem Nachrichtentext besteht im Aufrufen von GetReaderAtBodyContents und Abrufen eines XML-Lesers. Auf den Nachrichtentext kann dann nacheinander nach Bedarf zugegriffen werden, indem Methoden im Reader aufgerufen werden. Das Abrufen des Nachrichtentexts Stück für Stück wird auch als Lesen einer Nachricht bezeichnet. Das Lesen der Nachricht wird hauptsächlich beim Empfangen von Nachrichten vom Dienstframework verwendet. Wenn z. B. DataContractSerializer verwendet wird, lässt das Dienstframework einen XML-Leser über den Nachrichtentext laufen und übergibt ihn dann an das Deserialisierungsmodul, das dann mit dem Lesen der Nachricht Element für Element und mit dem Erstellen des entsprechenden Objektdiagramms beginnt.

Ein Nachrichtentext kann nur einmalig abgerufen werden. Dies macht es möglich, mit Vorwärtsstreams zu arbeiten. So können Sie z. B. eine OnWriteBodyContents-Überschreibung schreiben, die aus FileStream liest und die Ergebnisse als XML-Infoset zurückgibt. Sie müssen nie zum Anfang der Datei "zurückspulen".

Die WriteBodyContents-Methode und GetReaderAtBodyContents-Methode prüfen einfach, ob der Nachrichtentext schon zuvor einmal abgerufen wurde, und rufen dann OnWriteBodyContents oder OnGetReaderAtBodyContents auf.

Nachrichtenverwendung in WCF

Die meisten Nachrichten können entweder als ausgehend (diejenigen, die vom Dienstframework zum Senden vom Kanalstapel erstellt werden) oder eingehend (diejenigen, die vom Kanalstapel eingehen und vom Dienstframework interpretiert werden) klassifiziert werden. Weiterhin kann der Kanalstapel entweder im gepufferten oder Streamingmodus operieren. Das Dienstframework kann auch ein per Streaming oder nicht per Streaming übertragenes Programmiermodell verfügbar machen. Dies führt zu den in der folgenden Tabelle aufgelisteten Fällen, zusammen mit vereinfachten Details ihrer Implementierung.

Nachrichtentyp	Textdaten in Nachricht	Write-Implementierung (OnWriteBodyContents)	Read-Implementierung (OnGetReaderAtBodyContents)
Ausgehend, erstellt von nicht per Streaming übertragenem Programmiermodell	Die zum Schreiben der Nachricht benötigten Daten (z. B. ein Objekt und die zum Serialisieren benötigte DataContractSerializer-Instanz)*	Eine benutzerdefinierte Logik zum Schreiben der Nachricht basierend auf den gespeicherten Daten (z. .B Aufruf von WriteObject am DataContractSerializer, falls dies das verwendete Serialisierungsprogramm ist)*	Aufrufen von OnWriteBodyContents, Puffern der Ergebnisse, Ausgeben eines XML-Lesers über den Puffer
Ausgehend, erstellt von per Streaming übertragenem Programmiermodell	Der Stream mit den zu schreibenden Daten*	Schreiben von Daten vom gespeicherten Stream mit dem IStreamProvider-Mechanismus *	Aufrufen von OnWriteBodyContents, Puffern der Ergebnisse, Ausgeben eines XML-Lesers über den Puffer
Eingehend von Streamingkanalstapel	Ein Stream-Objekt, das die Daten darstellt, die über das Netzwerk mit einem darauf angewendeten XmlReader eingehen	Ausschreiben des Inhalts aus dem gespeicherten XmlReader mit WriteNode	Gibt den gespeicherten XmlReader zurück
Eingehend von nicht per Streaming übertragenem Kanalstapel	Ein Puffer, der Textdaten enthält, mit einem darauf angewendeten XmlReader	Schreibt den Inhalt des gespeicherten XmlReader mit WriteNode aus	Gibt die gespeicherte Sprache zurück

* Diese Elemente werden nicht direkt in Message-Unterklassen implementiert, sondern in Unterklassen der BodyWriter-Klasse. Weitere Informationen über BodyWriter finden Sie unter Verwenden der Meldungsklasse.

Nachrichtenheader

Eine Nachricht enthält möglicherweise Header. Ein Header besteht logisch aus einem XML-Infoset, der einem Namen, einem Namespace und einigen anderen Eigenschaften zugeordnet ist. Auf Nachrichtenheader wird mit der Headers-Eigenschaft auf Message zugegriffen. Jeder Header wird durch eine MessageHeader-Klasse dargestellt. In der Regel sind Nachrichtenheader SOAP-Nachrichtenheadern zugeordnet, wenn ein Kanalstapel verwendet wird, der für SOAP-Nachrichten konfiguriert ist.

Das Einfügen von Informationen in einen Nachrichtenheader und das Extrahieren von Daten daraus ähnelt der Verwendung des Nachrichtentexts. Der Prozess wird ein wenig vereinfacht, da das Streaming nicht unterstützt wird. Es ist möglich, auf den Inhalt desselben Headers mehr als einmal zuzugreifen. Auf die Header kann auch in willkürlicher Reihenfolge zugegriffen werden. Die Header werden dadurch gezwungen, immer gepuffert zu sein. Es gibt keinen Mechanismus für allgemeine Zwecke, um einen XML-Lesers über einen Header laufen zu lassen. Es ist jedoch eine MessageHeader-Unterklasse in WCF verfügbar, die einen lesbaren Header mit einer solchen Funktion darstellt. Diese Art von MessageHeader wird vom Kanalstapel erstellt, wenn eine Nachricht mit benutzerdefinierten Anwendungsheadern eingeht. So kann das Dienstframework ein Deserialisierungsmodul, wie DataContractSerializer, zum Interpretieren dieser Header verwenden.

Weitere Informationen finden Sie unter Verwenden der Meldungsklasse.

Nachrichteneigenschaften

Eine Nachricht kann Eigenschaften enthalten. Eine Eigenschaft ist ein beliebiges .NET Framework-Objekt, das einem Zeichenfolgennamen zugeordnet ist. Der Zugriff erfolgt über die Properties-Eigenschaft von Message.

Im Gegensatz zum Nachrichtentext und den Nachrichtenheadern (die in der Regel dem SOAP-Text und den SOAP-Headern zugeordnet sind) werden Nachrichteneigenschaften in der Regel nicht zusammen mit den Nachrichten gesendet oder empfangen. Nachrichteneigenschaften existieren hauptsächlich als Kommunikationsmechanismus zum Übergeben von Daten über die Nachricht zwischen den verschiedenen Kanälen im Kanalstapel und zwischen dem Kanalstapel und dem Dienstmodell.

So kann der als Bestandteil von WCF enthaltene HTTP-Transportkanal verschiedene HTTP-Statuscodes, wie "404 (nicht gefunden)" und "500 (interner Serverfehler)", generieren, wenn Antworten an Clients gesendet werden. Vor dem Senden einer Antwortnachricht wird geprüft, ob die Properties von Message eine Eigenschaft mit dem Namen "httpResponse" enthalten, die wiederum den Objekttyp HttpResponseMessageProperty enthält. Wird eine solche Eigenschaft gefunden, wird die StatusCode-Eigenschaft geprüft und dieser Statuscode verwendet. Andernfalls wird der Standardcode "200 (OK)" verwendet.

Weitere Informationen finden Sie unter Verwenden der Meldungsklasse.

Die Nachricht als Ganzes

Bis jetzt wurden Methoden für den Zugriff auf die verschiedenen Bestandteile der Nachricht isoliert erläutert. Die Message-Klasse stellt jedoch auch Methoden bereit, die mit der Nachricht als Ganzes ausgeführt werden. Die folgende WriteMessage-Methode schreibt z. B. die gesamte Nachricht in einen XML-Writer.

Damit dies möglich ist, muss zwischen der gesamten Message-Instanz und einem XML-Infoset eine Zuordnung definiert werden. Eine solche Zuordnung ist tatsächlich vorhanden: WCF verwendet den SOAP-Standard, um diese Zuordnung zu definieren. Wenn eine Message-Instanz als XML-Infoset geschrieben wird, ist der daraus resultierende Infoset der gültige SOAP-Umschlag, der die Nachricht enthält. So würde WriteMessage normalerweise die folgenden Schritte ausführen:

1. Schreiben des öffnenden SOAP-Umschlagelementtags.

2. Schreiben des öffnenden SOAP-Headerelementtags, Schreiben aller Header und Schließen des Headerelements.

3. Schreiben des öffnenden SOAP-Textkörperelementtags.

4. Aufrufen von WriteBodyContents oder einer entsprechenden Methode zum Schreiben des Texts.

5. Schließen der Text- und Umschlagelemente.

Die vorhergehenden Schritte sind eng an den SOAP-Standard gebunden. Dies wird durch die Tatsache komplizierter, dass mehrere SOAP-Versionen vorhanden sind. So ist es z. B. möglich, das SOAP-Umschlagelement richtig zu schreiben, ohne die verwendete SOAP-Version zu kennen. Auch in einigen Fällen ist es möglicherweise wünschenswert, diese komplexe SOAP-spezifische Zuordnung völlig auszuschalten.

Für diese Zwecke wird eine Version-Eigenschaft für Message bereitgestellt. Sie kann auf die SOAP-Version festgelegt werden, die beim Schreiben der Nachricht verwendet wird, oder sie kann auf None festgelegt werden, um SOAP-spezifische Zuordnungen zu verhindern. Falls die Version-Eigenschaft auf None festgelegt ist, funktionieren Methoden, die mit der gesamten Nachricht arbeiten, so, als ob die Nachricht lediglich aus dem Textkörper besteht. So würde z. B. WriteMessage einfach WriteBodyContents aufrufen, und die oben beschriebenen Schritte werden nicht ausgeführt. Es wird erwartet, dass Version in eingehenden Nachrichten automatisch erkannt und ordnungsgemäß festgelegt wird.

Der Kanalstapel

Kanäle

Wie zuvor bereits beschrieben, ist der Kanalstapel für die Umwandlung von ausgehenden Message-Instanzen in eine Aktion (wie Senden von Paketen über das Netzwerk) oder Umwandeln einer Aktion (wie Empfangen von Netzwerkpakten) in eingehende Message-Instanzen verantwortlich.

Der Kanalstapel besteht aus einem oder aus mehreren Kanälen, die in einer Sequenz angeordnet sind. Eine ausgehende Message-Instanz wird an den ersten Kanal im Stapel (auch als oberster Kanal bezeichnet) übergeben, der sie wiederum an den nächsten Kanal im Stapel übergibt usw. Die Nachricht endet im letzten Kanal, der als Transportkanal bezeichnet wird. Eingehende Nachrichten stammen aus dem Transportkanal und werden von Kanal zu Kanal nach oben im Stapel übergeben. Vom obersten Kanal wird die Nachricht normalerweise in das Dienstframework übergeben. Dies ist das Muster für Anwendungsnachrichten, das in der Regel verwendet wird. Einige Kanäle funktionieren eventuell anders. Sie senden z. B. eigene Infrastrukturnachrichten, ohne eine Nachricht von einem oben beschriebenen Kanal zu erhalten.

Die Kanäle wirken möglicherweise auf verschiedene Weise auf die Nachricht, die durch den Stapel geleitet wird. Der am häufigsten verwendete Vorgang besteht im Hinzufügen eines Headers zu einer ausgehenden Nachricht sowie im Lesen der Header einer eingehenden Nachricht. So kann ein Kanal z. B. die digitale Signatur einer Nachricht berechnen und sie als Header hinzufügen. Ein Kanal kann diesen digitalen Signaturheader in eingehenden Nachrichten auch prüfen und Nachrichten, die keine gültige Signatur enthalten, auf ihrem Weg durch den Kanalstapel blockieren. Kanäle legen auch häufig Nachrichteneigenschaften fest oder prüfen diese. Der Nachrichtentext wird in der Regel nicht geändert, obwohl dies zulässig ist. So kann z. B. der WCF-Sicherheitskanal den Nachrichtentext verschlüsseln.

Transportkanäle und Nachrichtenencoder

Der Kanal, der sich im Stapel ganz unten befindet, ist für die Übertragung einer ausgehenden Message-Nachricht, die von anderen Kanälen geändert wurde, in eine Aktion verantwortlich. Auf Empfängerseite ist dies der Kanal, der eine Aktion in eine Message umwandelt, die von anderen Kanälen verarbeitet wird.

Wie zuvor bereits erläutert kann es sich um verschiedene Aktionen handeln: Senden oder Empfangen von Netzwerkpaketen über verschiedene Protokolle, Lesen und Schreiben der Nachricht in einer Datenbank oder Ablegen oder Abrufen der Nachricht aus einer Warteschlange von Message Queuing, um nur einige Beispiele zu nennen. Alle diese Aktionen haben eines gemeinsam: Sie setzen eine Umwandlung zwischen der Message-Instanz von WCFund einer tatsächlichen Gruppe von Bytes voraus, die gesendet, empfangen, gelesen, geschrieben, in Warteschlangen gestellt oder aus Warteschlangen abgerufen werden können. Der Vorgang des Umwandelns einer Message in eine Gruppe von Bytes wird als Codieren bezeichnet, und der umgekehrte Vorgang des Erstellens einer Message aus einer Gruppe von Bytes wird als Decodieren bezeichnet.

Die meisten Transportkanäle verwenden Komponenten, die als Nachrichtenencoder bezeichnet werden, um die Codierung und Decodierung durchzuführen. Ein Nachrichtenencoder ist eine Unterklasse der MessageEncoder-Klasse. MessageEncoder umfasst verschiedene ReadMessage- und WriteMessage-Methodenüberladungen, um eine Konvertierung zwischen Message und Gruppen von Bytes durchzuführen.

Auf der Absenderseite übergibt ein Puffertransportkanal das Message-Objekt, das es von einem Kanal darüber erhalten hat, an WriteMessage. Es erhält ein Bytearray zurück, das zum Durchführen der Aktion (wie Packen dieser Bytes als gültige TCP-Pakete und Senden an das richtige Ziel) verwendet wird. Ein Streaming-Transportkanal erstellt zunächst einen Stream (z. B. für die ausgehende TCP-Verbindung) und übergibt dann sowohl den Stream als auch die Message an die entsprechende WriteMessage-Überladung, welche die Nachricht schreibt.

Auf der Empfängerseite extrahiert ein Puffertransportkanal eingehende Bytes (z. B. aus eingehenden TCP-Paketen) in ein Array und ruft ReadMessage auf, um ein Message-Objekt abzurufen, das im Kanalstapel weiter nach oben übergeben werden kann. Ein Streamingtransportkanal erstellt ein Stream-Objekt (z. B. einen Netzwerkstream über die eingehende TCP-Verbindung) und übergibt dieses an ReadMessage, um ein Message-Objekt zu erhalten.

Die Trennung zwischen den Transportkanälen und dem Nachrichtenencoder ist nicht erforderlich. Es ist möglich, einen Transportkanal zu schreiben, der keinen Nachrichtenencoder verwendet. Der Vorteil dieser Trennung liegt jedoch in der einfachen Zusammensetzung. Solange ein Transportkanal nur den Basis-MessageEncoder verwendet, funktioniert er mit jedem beliebigen WCF- oder Drittanbieter-Nachrichtenencoder. Ebenso kann der gleiche Encoder normalerweise in jedem Transportkanal verwendet werden.

Nachrichtenencodervorgang

Um den typischen Vorgang eines Encoders zu beschreiben, ist es nützlich, die folgenden vier Fälle zu betrachten.

Vorgang	Kommentar
Codierung, gepuffert	Im gepufferten Modus erstellt der Encoder in der Regel einen Puffer in verschiedenen Größen und dann einen XML-Writer dafür. Er ruft dann WriteMessage für die codierte Nachricht auf. Dadurch werden die Header ausgeschrieben und anschließend der Textkörper mithilfe von WriteBodyContents, wie im folgenden Abschnitt über Message in diesem Thema beschrieben. Der Inhalt des Puffers (dargestellt als Bytearray) wird dann für die Verwendung vom Transportkanal zurückgegeben.
Codierung, per Streaming übertragen	Im Streammodus ist der Vorgang ähnlich wie der oben beschriebene, aber einfacher. Es ist kein Puffer erforderlich. Für den Stream wird in der Regel ein XML-Writer erstellt und WriteMessage für Message aufgerufen, um für diesen Writer zu schreiben.
Decodierung, gepuffert	Wenn Sie im Puffermodus decodieren, wird eine besondere Message-Unterklasse erstellt, die die gepufferten Daten enthält. Die Header der Nachricht werden gelesen, und ein XML-Leser, der sich im Nachrichtentext befindet, wird erstellt. Dies ist der Leser, der mit GetReaderAtBodyContents zurückgegeben wird.
Decodierung, per Streaming übertragen	Wenn Sie im Streammodus decodieren, wird in der Regel eine besondere Nachrichtenunterklasse erstellt. Der Stream wird gerade so weit bewegt, dass alle Header gelesen werden können und er im Nachrichtentext positioniert wird. Ein XML-Leser wird dann über dem Datenstrom erstellt. Dies ist der Leser, der mit GetReaderAtBodyContents zurückgegeben wird.

Encoder können auch andere Funktionen ausführen. Zum Beispiel können die Encoder XML-Leser und -Writer zusammenlegen. Es ist teuer, jedes Mal einen neuen XML-Leser oder -Writer zu erstellen, wenn einer benötigt wird. Deshalb verwalten Encoder normalerweise einen Pool von Lesern und einen Pool von Writern in konfigurierbaren Größen. In den zuvor dargelegten Beschreibungen der Encodervorgänge bedeutet die Verwendung des Satzes "XML-Leser/Writer erstellen", in der Regel "einen aus dem Pool zu verwenden oder einen zu erstellen, falls keiner vorhanden ist". Der Encoder (sowie die Message-Unterklassen, die beim Decodieren erstellt werden) enthalten Logik, mit der die Leser und Writer an die Pools zurückgegeben werden, sobald sie nicht mehr benötigt werden (z. B. wenn Message geschlossen ist).

WCF stellt drei Nachrichtenencoder zur Verfügung, obwohl es möglich ist, zusätzliche benutzerdefinierte Typen zu erstellen. Die angegebenen Typen sind Text, Binärdatei und MTOM (Message Transmission Optimization Mechanism, Nachrichtenübertragungs-Optimierungsmechanismus). Diese werden detailliert unter Auswählen eines Nachrichtenencoders beschrieben.

Die IStreamProvider-Schnittstelle

Wenn eine ausgehende Nachricht, die einen in einem Stream befindlichen Hauptteil enthält, in einen XML-Writer geschrieben wird, verwendet Message eine Aufrufsequenz, die der folgenden Sequenz in ihrer OnWriteBodyContents-Implementierung ähnlich ist:

• Schreiben Sie alle notwendigen Informationen, die dem Stream vorausgehen (z. B. das öffnende XML-Tag).

• Schreiben Sie den Stream.

• Schreiben Sie alle Informationen, die nach dem Stream folgen (z. B. das schließende XML-Tag).

Dies funktioniert gut bei Codierungen, die der Text-XML-Codierung ähnlich sind. Es gibt jedoch einige Codierungen, bei denen XML-Infosetinformationen (z. B. Tags für beginnende und endende XML-Elemente) nicht zusammen mit den in den Elementen enthaltenen Daten platziert werden. Zum Beispiel wird bei der MTOM-Codierung die Nachricht in mehrere Teile aufgeteilt. Ein Teil enthält den XML-Infoset, der in Bezug auf tatsächlichen Elementinhalt Verweise auf andere Teile enthalten kann. Da der XML-Infoset für gewöhnlich kleiner ist als der im Stream befindliche Inhalt, bietet es sich an, den Infoset zu puffern, ihn auszuschreiben und dann den Inhalt gestreamt zu schreiben. Dies bedeutet, dass zu dem Zeitpunkt, zu dem das Tag für das schließende Element geschrieben wird, der Stream noch nicht ausgeschrieben sein sollte.

Zu diesem Zweck wird die IStreamProvider-Schnittstelle verwendet. Die Schnittstelle verfügt über eine GetStream-Methode, die den zu schreibenden Stream zurückgibt. Die richtige Vorgehensweise, um einen in einem Stream befindlichen Nachrichtentext in OnWriteBodyContents auszuschreiben, lautet wie folgt:

1. Schreiben Sie alle notwendigen Informationen, die dem Stream vorausgehen (z. B. das öffnende XML-Tag).

2. Rufen Sie die WriteValue-Überladung in XmlDictionaryWriter auf, die IStreamProvider mit einer IStreamProvider-Implementierung verwendet, die den zu schreibenden Stream zurückgibt.

3. Schreiben Sie alle Informationen, die nach dem Stream folgen (z. B. das schließende XML-Tag).

Auf diese Weise kann der XML-Writer bestimmen, wann GetStream aufgerufen wird und die im Stream befindlichen Daten ausgeschrieben werden. So rufen die Text-XML-Writer und die binären XML-Writer die Daten zum Beispiel direkt auf und schreiben den im Stream befindlichen Inhalt zwischen die Start- und Endtags. Der MTOM-Writer ruft GetStream möglicherweise erst dann auf, wenn er zum Schreiben des entsprechenden Nachrichtenteils bereit ist.

Darstellen von Daten im Dienstframework

Wie im Abschnitt "Basisarchitektur" in diesem Thema bereits beschrieben, ist das Dienstframework der Teil von WCF, der u. a. für die Konvertierung zwischen einem benutzerfreundlichen Programmiermodell für Nachrichtendaten und den tatsächlichen Message-Instanzen verantwortlich ist. In der Regel wird ein Nachrichtenaustausch im Dienstframework als eine .NET Framework-Methode dargestellt, die mit dem Attribut OperationContractAttribute gekennzeichnet ist. Die Methode kann einige Parameter ausführen und einen Rückgabewert oder out-Parameter (oder beides) zurückgeben. Auf der Dienstseite stellen die Eingabeparameter die eingehende Nachricht dar. Der Rückgabewert und die out-Parameter stellen die ausgehende Nachricht dar. Auf der Clientseite gilt das Gegenteil. Das Programmiermodell zum Beschreiben von Nachrichten mithilfe von Parametern und Rückgabewert wird ausführlich unter Angeben von Datenübertragung in Dienstverträgen beschrieben. Der folgende Abschnitt enthält jedoch eine kurze Übersicht.

Programmiermodelle

Das WCF-Dienstframework unterstützt fünf verschiedene Programmiermodelle zum Beschreiben von Nachrichten:

1. Die leere Nachricht

Dies ist der einfachste Fall. Um eine leere eingehende Nachricht zu beschreiben, verwenden Sie keine Eingabeparameter.

[OperationContract]
int GetCurrentTemperature();

Um eine leere ausgehende Nachricht zu beschreiben, verwenden Sie einen void-Rückgabewert:

[OperationContract]
void SetDesiredTemperature(int t);

Beachten Sie, dass sich dies von einem unidirektionalen Vorgangsvertrag unterscheidet:

[OperationContract(IsOneWay = true)]
void SetLightbulb(bool isOn);

Im SetDesiredTemperature-Beispiel wird ein bidirektionales Nachrichtenaustauschmuster beschrieben. Eine Nachricht wird vom Vorgang zurückgegeben, ist jedoch leer. Es ist möglich, einen Fehler vom Vorgang zurückzugeben. Im Beispiel "Set Lightbulb" ist das Nachrichtenaustauschmuster unidirektional. Es ist also keine ausgehende Nachricht vorhanden, die beschrieben werden müsste. Der Dienst kann dem Client in diesem Fall keinen Status mitteilen.

2. Direktes Verwenden der Nachrichtenklasse

Es ist möglich, die Message-Klasse (oder eine ihrer Unterklassen) direkt in einem Vertrag für einen Vorgang zu verwenden. In diesem Fall übergibt das Dienstframework Message einfach an den Kanalstapel und umgekehrt, ohne weitere Verarbeitung.

Es gibt zwei Hauptanwendungsfälle für das direkte Verwenden von Message. Sie können es für erweiterte Szenarien verwenden, wenn keines der anderen Programmiermodelle ausreichende Flexibilität zum Beschreiben Ihrer Nachricht bietet. So möchten Sie z. B. eventuell Dateien auf Festplatte zum Beschreiben einer Nachricht verwenden, wobei die Dateieigenschaften zu Nachrichtenheadern werden und der Dateiinhalt zum Nachrichtentext wird. Sie können dann Folgendes erstellen.

public class FileMessage : Message
// Code not shown.

Der zweite häufige Anwendungsfall für Message in einem Vorgangsvertrag tritt ein, wenn ein Dienst den Inhalt einer bestimmten Nachricht ignoriert und die Nachricht wie eine Blackbox behandelt. Zum Beispiel könnten Sie über einen Dienst verfügen, der Nachrichten an mehrere andere Empfänger weiterleitet. Der Vertrag kann wie folgt geschrieben werden.

[OperationContract]
public FileMessage GetFile()
{
    //code omitted
    FileMessage fm = new FileMessage("myFile.xml");
    return fm;

}

Die Zeile Action="*" deaktiviert das Senden von Nachrichten und stellt sicher, dass alle an den IForwardingService-Vertrag gesendeten Nachrichten auch tatsächlich beim ForwardMessage-Vorgang ankommen. (Normalerweise würde der Verteiler den "Action"-Header der Nachricht untersuchen, um zu ermitteln, für welchen Vorgang er bestimmt ist. Action= "*" bedeutet "alle möglichen Werte des Action-Headers".) Die Kombination aus Action="*" und der Verwendung von Message als Parameter wird als "universeller Vertrag" bezeichnet, da auf diese Weise alle möglichen Nachrichten empfangen werden können. Um alle möglichen Nachrichten senden zu können, verwenden Sie Message als Rückgabewert, und legen Sie ReplyAction auf "*" fest. Auf diese Weise wird verhindert, dass das Dienstframework einen eigenen Action-Header hinzufügt. So können Sie diesen Header mit dem zurückgegebenen Message-Objekt steuern.

3. Nachrichtenverträge

WCF stellt ein deklaratives Programmiermodell zum Beschreiben von Nachrichten bereit, die so genannten Nachrichtenverträge. Dieses Modell wird in Verwendung von Nachrichtenverträgen ausführlich beschrieben. Die gesamte Nachricht wird als einzelner .NET Framework-Typ dargestellt, der Attribute wie MessageBodyMemberAttribute und MessageHeaderAttribute verwendet, um zu beschreiben, welche Teile der Nachrichtenvertragsklasse welchem Teil der Nachricht zugeordnet werden sollen.

Nachrichtenverträge bieten einen hohen Steuerungsgrad hinsichtlich der resultierenden Message-Instanzen (obwohl offensichtlich nicht so viel Steuerung wie bei der direkten Verwendung der Message-Klasse). So bestehen Nachrichtentexte häufig aus mehreren Informationskomponenten, von denen jede durch ein XML-Element dargestellt ist. Diese Elemente können entweder direkt im Textkörper (leerer Modus) vorhanden oder in ein übergeordnetes XML-Element eingeschlossen sein. Mit dem Programmiermodell für Nachrichtenverträge können Sie zwischen dem leeren und eingeschlossenen Modus wählen und den Wrappernamen und Namespace steuern.

Im folgenden Codebeispiel eines Nachrichtenvertrags werden diese Funktionen veranschaulicht.

[MessageContract(IsWrapped = true, WrapperName = "Order")]
public class SubmitOrderMessage
{
    [MessageHeader]
    public string customerID;
    [MessageBodyMember]
    public string item;
    [MessageBodyMember]
    public int quantity;
}

Für die Serialisierung (mit dem Attribut MessageBodyMemberAttribute, MessageHeaderAttribute oder anderen verwandten Attributen) gekennzeichnete Elemente müssen serialisierbar sein, um an einem Nachrichtenvertrag teilzunehmen. Weitere Informationen finden Sie unter Abschnitt "Serialisierung" weiter unten in diesem Thema.

4. Parameter

Häufig benötigt ein Entwickler, der einen Vorgang beschreiben möchte, der für mehrere Datenpakete gilt, nicht den Steuerungsgrad, den Nachrichtenverträge bieten. So muss z. B. beim Erstellen von neuen Diensten keine Entscheidung zwischen leer und eingeschlossen getroffen und kein Name für ein Wrapperelement festgelegt werden. Diese Entscheidungen setzen häufig eine tief greifende Kenntnis von Webdiensten und SOAP voraus.

Das WCF-Dienstframework kann die optimale und interoperable SOAP-Darstellung zum Senden oder Empfangen von mehreren Informationspaketen automatisch auswählen, ohne diese Auswahl dem Benutzer aufzuzwingen. Dies wird erreicht, indem diese Informationspakete als Parameter oder Rückgabewerte eines Vorgangsvertrags beschrieben werden. Betrachten Sie z. B. den folgenden Vorgangsvertrag.

[OperationContract]
void SubmitOrder(string customerID, string item, int quantity);

Das Dienstframework entscheidet automatisch, alle drei Informationsabschnitte (customerID, item und quantity) in den Nachrichtentext zu integrieren und sie in ein Wrapper-Element mit dem Namen SubmitOrderRequest einzuschließen.

Die Beschreibung der Informationen, die als einfache Liste mit Vorgangsvertragsparametern gesendet oder empfangen werden, ist die empfohlene Methode, falls keine besonderen Gründe für einen Wechsel zu dem komplexeren Nachrichtenvertrag oder Message-basierten Programmiermodell vorliegen.

5. Stream

Die Verwendung eines Stream oder einer seiner Unterklassen in einem Vorgangsvertrag oder als einzelner Nachrichtentextteil in einem Nachrichtenvertrag kann als separates Programmiermodell im Gegensatz zu den oben beschriebenen betrachtet werden. Die Verwendung eines Stream auf diese Weise ist die einzige Möglichkeit, zu gewährleisten, dass Ihr Vertrag für ein Streamingmodell verwendet werden kann, fast so, als ob Sie eine eigene Streaming-kompatible Message-Unterklasse schreiben würden. Weitere Informationen finden Sie unter Umfangreiche Daten und Streaming.

Wenn der Stream oder eine seiner Unterklassen auf diese Art verwendet wird, wird das Serialisierungsprogramm nicht aufgerufen. Für ausgehende Nachrichten wird eine besondere Message-Streaming-Unterklasse erstellt, und der Stream wird ausgeschrieben, wie im Abschnitt über die IStreamProvider-Schnittstelle beschrieben. Für eingehende Nachrichten erstellt das Dienstframework eine Stream-Unterklasse über der eingehenden Nachricht und übergibt sie an den Vorgang.

Einschränkungen des Programmiermodells

Die oben beschriebenen Programmiermodelle können nicht willkürlich kombiniert werden. Wenn ein Vorgang beispielsweise einen Nachrichtenvertragstyp akzeptiert, muss der Nachrichtenvertrag der einzige Eingabeparameter sein. Darüber hinaus muss der Vorgang dann entweder eine leere Nachricht (ungültiger Rückgabewert) oder einen anderen Nachrichtenvertrag zurückgeben. Diese Einschränkungen des Programmiermodells werden in den Themen für jedes einzelne Programmiermodell beschrieben: Verwendung von Nachrichtenverträgen, Verwenden der Meldungsklasse und Umfangreiche Daten und Streaming.

Nachrichtenformatierungsprogramme

Die oben beschriebenen Programmiermodelle werden von Plug-In-Komponenten, so genannten Nachrichtenformatierungsprogrammen, in das Dienstframework unterstützt. Nachrichtenformatierungsprogramme sind Typen, mit denen die IClientMessageFormatter-Schnittstelle oder IDispatchMessageFormatter-Schnittstelle implementiert wird, oder beide, um sie auf Clients bzw. WCF-Dienstclients zu verwenden.

Nachrichtenformatierungsprogramme werden normalerweise über bestimmte Verhalten implementiert. Zum Beispiel implementiert DataContractSerializerOperationBehavior das Daten-Vertragsnachrichten-Formatierungsprogramm. Dies geschieht auf der Dienstseite, indem Formatter auf das richtige Formatierungsprogramm der ApplyDispatchBehavior-Methode festgelegt wird, oder auf der Clientseite, indem Formatter auf das richtige Formatierungsprogramm der ApplyClientBehavior-Methode festgelegt wird.

Die folgenden Tabellen listen die Methoden auf, die ein Nachrichtenformatierungsprogramm möglicherweise implementiert.

Schnittstelle	Methode	Aktion
IDispatchMessageFormatter	DeserializeRequest	Konvertiert eine eingehende Message in Vorgangsparameter
IDispatchMessageFormatter	SerializeReply	Erstellt eine ausgehende Message aus Vorgangsrückgabewert/out-Parametern
IClientMessageFormatter	SerializeRequest	Erstellt eine ausgehende Message aus Vorgangsparametern
IClientMessageFormatter	DeserializeReply	Konvertiert eine eingehende Message in einen Rückgabewert/out-Parameter

Serialisierung

Wenn Sie Nachrichtenverträge oder Parameter zum Beschreiben des Nachrichteninhalts verwenden, müssen Sie die Serialisierung für die Konvertierung zwischen .NET Framework-Typ- und XML-Infoset-Darstellung verwenden. Die Serialisierung wird an anderen Stellen in WCF verwendet. So bietet Message beispielsweise eine generische GetBody-Methode, mit der Sie den gesamten Nachrichtentext deserialisiert in ein Objekt lesen können.

WCF unterstützt zwei Serialisierungstechnologien "ohne Anpassung" zum Serialisieren und Deserialisieren von Parametern und Bestandteilen von Nachrichten: DataContractSerializer und XmlSerializer. Darüber hinaus können Sie benutzerdefinierte Serialisierungsprogramme schreiben. Andere Teile von WCF (wie die generische GetBody-Methode oder die SOAP-Fehlerserialisierung) können auf die Verwendung der XmlObjectSerializer-Unterklassen (DataContractSerializer und NetDataContractSerializer, jedoch nicht XmlSerializer) beschränkt sein oder können sogar für die Verwendung von DataContractSerializer fest programmiert sein.

Der XmlSerializer ist das in ASP.NET-Webdiensten verwendete Serialisierungsmodul. DataContractSerializer ist das neue Serialisierungsmodul, das das neue Datenvertrags-Programmiermodell versteht. DataContractSerializer ist die Standardauswahl. Die Entscheidung, XmlSerializer zu verwenden, kann auf der Basis einzelner Vorgänge getroffen werden. Dazu wird das DataContractFormatAttribute-Attribut verwendet.

DataContractSerializerOperationBehavior und XmlSerializerOperationBehavior sind die Vorgangsverhalten, die für das Plug-In der Nachrichtenformatierungsprogramme für DataContractSerializer und XmlSerializer verantwortlich sind. Das DataContractSerializerOperationBehavior-Verhalten kann mit jedem Serialisierungsprogramm funktionieren, das von XmlObjectSerializer abgeleitet wird, u. a. NetDataContractSerializer (ausführlich beschrieben unter "Verwenden der eigenständigen Serialisierung"). Das Verhalten ruft eine der virtuellen CreateSerializer-Methodenüberladungen auf, um das Serialisierungsprogramm zu erhalten. Um ein anderes Serialisierungsprogramm zu verwenden, erstellen Sie eine neue DataContractSerializerOperationBehavior-Unterklasse und überschreiben beide CreateSerializer-Überladungen.

Siehe auch

Konzepte

Angeben von Datenübertragung in Dienstverträgen