在.NET中使用命名管道完成進(jìn)程間通信

2019-11-17 04:53:31

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供稿：網(wǎng)友

　　你曾經(jīng)需要在同一臺(tái)機(jī)器的兩個(gè).NET應(yīng)用程序間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換嗎？例如，一個(gè)Web站點(diǎn)和一個(gè)Windows服務(wù)？.NET框架提供了幾種好的選擇來(lái)完成進(jìn)程間通信（ipC）：Web Service，Remoting。最快的是Remoting，因?yàn)樗褂肨CP通道和二進(jìn)制格式。

　　然而，假如需要頻繁地從一個(gè)應(yīng)用程序調(diào)用另外一個(gè)應(yīng)用程序，并且你主要關(guān)心的是性能，Remoting還是顯得慢了一點(diǎn)。讓Remoting變慢的，不是協(xié)議，而是序列化。

　　通常來(lái)說(shuō)，Remoting是很不錯(cuò)的，但假如僅限于本地機(jī)器的兩個(gè)進(jìn)程間相互通信，其處理機(jī)制增加了不必要的開(kāi)銷。所以要考慮一些別的選擇，比較好的是命名管道（Named Pipes），不會(huì)進(jìn)行二進(jìn)制序列化，所以提供了更快的IPC。

　　要記住，這個(gè)解決方案最有效的使用是在一個(gè)應(yīng)用程序需要和另一個(gè)應(yīng)用程序進(jìn)行非常頻繁的、短文本的消息通信的情況下，并且是在同一臺(tái)機(jī)器或在同一局域網(wǎng)內(nèi)部。對(duì)于結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)交換，這些文本消息也可以是xml文檔或序列化的.NET對(duì)象。通信時(shí)沒(méi)有安全層，因?yàn)槊艿雷疃嘀荒茉诰钟蚓W(wǎng)中運(yùn)行，所以假定安全問(wèn)題由別的層進(jìn)行處理。

　　一、實(shí)現(xiàn)命名管道

　　以下是.NET命名管道解決方案中幾個(gè)主要的類。

　　. NamedPipeNative：這個(gè)類和kernal32.dll聯(lián)系實(shí)現(xiàn)命名管道的通信，其中包含一些常用方法和常量。
　
　　. NamedPipeWrapper ：這個(gè)類是NamedPipeNative的一個(gè)包裝。

　　. ApipeConnection：這是一個(gè)抽象類，定義了命名管道連接、讀、寫(xiě)數(shù)據(jù)的方法。這個(gè)類是從ClientPipeConnection 和ServerPipeConnection 繼續(xù)的，分別在客戶端和服務(wù)器端應(yīng)用程序中使用。

　　. ClientPipeConnection：被客戶端應(yīng)用程序使用，使用命名管道和服務(wù)器通信。

　　. ServerPipeConnection：答應(yīng)命名管道服務(wù)器創(chuàng)建連接，和客戶端進(jìn)行通信。

　　. PipeHandle：保存操作系統(tǒng)的本地句柄，以及管道連接的當(dāng)前狀態(tài)。

　　了解上述的類之后，需要了解一下命名管道的操作。

　　二、創(chuàng)建一個(gè)服務(wù)器端命名管道

　　服務(wù)器端管道名的語(yǔ)法是：//./pipe/PipeName?！癙ipeName”.. 部分是管道的具體名字。要連接管道，客戶端應(yīng)用程序需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)同樣名稱的客戶端命名管道。假如客戶端在不同的機(jī)器上，服務(wù)器端管道的名稱應(yīng)該是//SERVER/pipe/PipeName。下面的代碼是NamedPipeWrapper的一個(gè)靜態(tài)方法，被用來(lái)實(shí)例化一個(gè)服務(wù)器端命名管道。

public static PipeHandle Create(string name,uintoutBuffer, uintinBuffer){
　name = @"/./pipe/" + name;
　PipeHandle handle = new PipeHandle();

　for(inti=1;i<=ATTEMPTS;i++){
　　handle.State=InterPRocessConnectionState.Creating;
　　handle.Handle = NamedPipeNative.CreateNamedPipe( name,
　　　NamedPipeNative.PIPE_access_DUPLEX,
　　　NamedPipeNative.PIPE_TYPE_MESSAGE
　　　NamedPipeNative.PIPE_READMODE_MESSAGE
　　　NamedPipeNative.PIPE_WAIT,
　　　NamedPipeNative.PIPE_UNLIMITED_INSTANCES,
　　　outBuffer,
　　　inBuffer,
　　　NamedPipeNative.NMPWAIT_WAIT_FOREVER,
　　　IntPtr.Zero);
　　if(handle.Handle.ToInt32()!=NamedPipeNative.INVALID_HANDLE_VALUE){
　　　handle.State=InterProcessConnectionState.Created;
　　　break;
　}

　if (i >= ATTEMPTS) {
　　handle.State = InterProcessConnectionState.Error;
　　throw new NamedPipeIOException("Error creating named
pipe"+name+".Internalerror:"+NamedPipeNative.GetLastError().ToString(),NamedPipeNative.GetLastError());
　}
}
returnhandle;
}
　　通過(guò)調(diào)用NamedPipeNative.CreateNamedPipe方法，上面的方法創(chuàng)建了一個(gè)雙方互通的命名管道，并且指定管道可以有無(wú)限制的實(shí)例。常量的名稱都是英語(yǔ)，不難看懂，就不一一解釋了。

　　假定服務(wù)器端命名管道創(chuàng)建成功，它就可以開(kāi)始監(jiān)聽(tīng)客戶端連接了。

　　三、連接到客戶端管道

　　命名管道服務(wù)器需要設(shè)置成監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)，以使客戶端管道能夠連接它。這可以由調(diào)用NamedPipeNative.ConnectNamedPipe方法完成。

　　調(diào)用NamedPipeNative.CreateFile方法，就可以創(chuàng)建一個(gè)命名管道客戶端，并且連接到一個(gè)監(jiān)聽(tīng)的服務(wù)器管道。下面的代碼是NamedPipeWrapper.ConnectToPipe的一部分，可以闡釋這一點(diǎn)。

public static PipeHandle ConnectToPipe(string pipeName, string serverName) {
　PipeHandle handle = new PipeHandle();
　//Buildthename ofthe pipe.
　string name = @"/" + serverName + @"/pipe/" + pipeName;
　for(inti=1;i<=ATTEMPTS;i++){
　　handle.State = InterProcessConnectionState.ConnectingToServer;
　　// Try to connect to the server
　　handle.Handle = NamedPipeNative.CreateFile(name, NamedPipeNative.GENERIC_READ NamedPipeNative.
GENERIC_WRITE, 0,null,NamedPipeNative.OPEN_EXISTING,0,0);
　　在創(chuàng)建一個(gè)PipeHandle對(duì)象并建立管道名稱后，我們調(diào)用NamedPipeNative.CreateFile方法來(lái)創(chuàng)建一個(gè)客戶端命名管道，并連接到指定的服務(wù)器端管道。在我們的例子中，客戶端管道被配置為可讀可寫(xiě)的。

　　假如客戶端管道被成功創(chuàng)建，NamedPipeNative.CreateFile方法返回其對(duì)應(yīng)的本地句柄，這在以后的操作中會(huì)用到。假如由于某種原因創(chuàng)建失敗，方法會(huì)返回1，并把NamedPipeNative設(shè)為INVALID_HANDLE_VALUE常量。

　　在客戶端命名管道可以用來(lái)讀和寫(xiě)之前，還要做一件事情。我們需要把handle 設(shè)為PIPE_READMODE_MESSAGE?？梢哉{(diào)用NamedPipeNative.SetNamed-PipeHandleState 實(shí)現(xiàn)。

if (handle.Handle.ToInt32() != NamedPipeNative.INVALID_HANDLE_VALUE){
　// The client managed to connect to the server pipe
　handle.State = InterProcessConnectionState.

　ConnectedToServer;
　// Set the read mode of the pipe channel
　uint mode = NamedPipeNative.PIPE_READMODE_MESSAGE;

　if(NamedPipeNative.SetNamedPipeHandleState(handle.Handle,refmode,IntPtr.Zero,IntPtr.Zero)){
　　break;
　}
　　每個(gè)客戶端管道和一個(gè)服務(wù)器管道的實(shí)例通信。若服務(wù)器端的實(shí)例達(dá)到最大數(shù)目，創(chuàng)建客戶端管道會(huì)失敗。

　　四、讀寫(xiě)數(shù)據(jù)

　　從命名管道讀數(shù)據(jù)時(shí)我們不能提前知道消息的長(zhǎng)度。我們的解決方案不需要處理很長(zhǎng)的消息，所以使用System.Int32變量來(lái)指定消息的長(zhǎng)度。

　　NamedPipeWrapper.WriteBytes 方法可以將消息寫(xiě)到一個(gè)命名管道，消息按UTF8編碼，然后按字節(jié)數(shù)組傳遞。

public static void WriteBytes(PipeHandle handle, byte[]bytes) {
　byte[] numReadWritten = new byte[4];
　uint len;

　if(bytes==null){
　　bytes=newbyte[0];
　}
　if (bytes.Length == 0) {
　　bytes = new byte[1];
　　bytes = System.Text.Encoding.UTF8.GetBytes(" ");
　}
　// 獲取消息的長(zhǎng)度：
　len= (uint)bytes.Length;

　handle.State = InterProcessConnectionState.Writing;
　// 獲取消息長(zhǎng)度的字節(jié)表示，先寫(xiě)這四字節(jié)
　if(NamedPipeNative.WriteFile(handle.Handle,BitConverter.GetBytes(len),4,numReadWritten,0)){
　　// 寫(xiě)余下的消息
　　if(!NamedPipeNative.WriteFile(handle.Handle,bytes,len,numReadWritten,0)){
　　　handle.State=InterProcessConnectionState.Error;
　　　thrownewNamedPipeIOException("Errorwritingtopipe. Internalerror:"+NamedPipeNative.GetLastError().ToString(), NamedPipeNative.GetLastError());
　　}
　}
　else{
　　handle.State=InterProcessConnectionState.Error;
　　thrownewNamedPipeIOException("Errorwritingtopipe.Internalerror:"+NamedPipeNative.GetLastError().ToString(),
NamedPipeNative.GetLastError());
　}

　handle.State =InterProcessConnectionState.Flushing;
　// 激活管道，保證任何緩存數(shù)據(jù)都被寫(xiě)入管道，不會(huì)丟失：
　Flush(handle);
　handle.State = InterProcessConnectionState.FlushedData;
}
　　要從一個(gè)命名管道讀數(shù)據(jù)，先要把前四個(gè)字節(jié)轉(zhuǎn)化為整數(shù)以確定消息的長(zhǎng)度。接著，就可以讀余下的數(shù)據(jù)了，請(qǐng)看下面的NamedPipeWrapper.ReadBytes方法。

public static byte[] ReadBytes(PipeHandle handle, int maxBytes) {
　byte[]numReadWritten=newbyte[4];
　byte[]intBytes=newbyte[4];
　byte[]msgBytes=null;
　intlen;

　handle.State=InterProcessConnectionState.Reading;
　handle.State=InterProcessConnectionState.Flushing;
　// 讀前四個(gè)字節(jié)并轉(zhuǎn)化為整數(shù)：
　if(NamedPipeNative.ReadFile(handle.Handle, intBytes,4, numReadWritten, 0)) {
　　len=BitConverter.ToInt32(intBytes,0);
　　msgBytes=newbyte[len];
　　handle.State=InterProcessConnectionState.Flushing;
　　// 讀余下的數(shù)據(jù)或拋出異常：
　　if(!NamedPipeNative.ReadFile(handle.Handle,msgBytes,(uint) len,numReadWritten,0)){
　　　handle.State=InterProcessConnectionState.Error;
　　　thrownewNamedPipeIOException("Error readingfrompipe. Internalerror:"+NamedPipeNative.GetLastError().ToString(), NamedPipeNative.GetLastError());
　　}
　}
　else {
　　handle.State=InterProcessConnectionState.Error;
　　thrownewNamedPipeIOException("Errorreadingfrompipe. Internalerror:"+NamedPipeNative.GetLastError().ToString(), NamedPipeNative.GetLastError());
　}
　handle.State=InterProcessConnectionState.ReadData;
　if(len>maxBytes){
　　returnnull; }
　returnmsgBytes;
}
　　以上就是命名管道的實(shí)現(xiàn)和一些主要的方法，下面介紹如何創(chuàng)建進(jìn)行文本消息通信的命名管道服務(wù)器和客戶端應(yīng)用程序。 QQRead.com 推出數(shù)據(jù)恢復(fù)指南教程數(shù)據(jù)恢復(fù)指南教程數(shù)據(jù)恢復(fù)故障解析常用數(shù)據(jù)恢復(fù)方案硬盤(pán)數(shù)據(jù)恢復(fù)教程數(shù)據(jù)保護(hù)方法數(shù)據(jù)恢復(fù)軟件專業(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)服務(wù)指南五、創(chuàng)建命名管道服務(wù)器

　　命名管道服務(wù)器是一個(gè)多線程的引擎，用來(lái)為并發(fā)的請(qǐng)求服務(wù)，創(chuàng)建新的線程和管道連接。

　　AppModule.NamedPipes assembly包含了一個(gè)基類ApipeConnection，是對(duì)普通命名管道操作的封裝，例如創(chuàng)建管道、讀寫(xiě)數(shù)據(jù)等等，這是一個(gè)抽象類。

　　另外，有兩個(gè)從ApipeConnection繼續(xù)的管道連接類ClientPipeConnection 和 ServerPipeConnection。它們重載了一些方法（例如連接和關(guān)閉）并為服務(wù)器和客戶端命名管道分別提供實(shí)現(xiàn)。ClientPipeConnection 和ServerPipeConnection都有調(diào)用Dispose方法的析構(gòu)器，
清除非管控的資源。

　　命名管道服務(wù)器負(fù)責(zé)創(chuàng)建命名管道，處理客戶端連接。有兩個(gè)主要的類提供了服務(wù)功能： ServerNamedPipe和PipeManager。

　?。?）ServerNamedPipe類

　　其構(gòu)造器如下：..

internal ServerNamedPipe(stringname, uint outBuffer,uintinBuffer,intmaxReadBytes){
　PipeConnection=newServerPipeConnection(name,outBuffer,inBuffer,maxReadBytes);
　PipeThread=newThread(newThreadStart(PipeListener));
　PipeThread.IsBackground=true;

　PipeThread.Name ="PipeThread "+this.PipeConnection.NativeHandle.ToString();
　LastAction=DateTime.Now;
}
　　構(gòu)造器創(chuàng)建了一個(gè)新的ServerPipeConnection實(shí)例，并調(diào)用PipeListener方法。隨后的主要部分是循環(huán)監(jiān)聽(tīng)客戶端連接，以及讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。

private void PipeListener() {
　CheckIfDisposed();

　try{
　　Listen=Form1.PipeManager.Listen;
　　Form1.ActivityRef.AppendText("Pipe"+this.PipeConnection.NativeHandle.ToString() + ": new pipe started" + Environment.NewLine);
　　while(Listen){
　　　LastAction=DateTime.Now;
　　　// 從客戶端管道讀取數(shù)據(jù)：
　　　stringrequest=PipeConnection.Read();
　　　LastAction=DateTime.Now;
　　　if(request.Trim()!=""){
　　　　//PipeManager.HandleRequest 方法接受客戶端請(qǐng)求處理之，
　　　　// 然后進(jìn)行響應(yīng),這個(gè)響應(yīng)接著就被寫(xiě)入管道。
　　　　PipeConnection.Write(Form1.PipeManager.HandleRequest(request));
　　　　Form1.ActivityRef.AppendText("Pipe"+this.PipeConnection.NativeHandle.ToString()+ ":requesthandled"+Environment.NewLine);
　　　}
　　　else{ PipeConnection.Write("Error:badrequest");}
　　　LastAction=DateTime.Now;
　　　// 從客戶端管道斷開(kāi)連接
　　　PipeConnection.Disconnect();
　　　if(Listen){
　　　　Form1.ActivityRef.AppendText("Pipe"+this.PipeConnection. NativeHandle.ToString()+":listening"+Environment.NewLine);

　　　　// 開(kāi)始監(jiān)聽(tīng)一個(gè)新的連接：

　　　　Connect(); }
　　　Form1.PipeManager.WakeUp();
　　}
　}
　catch(System.Threading.ThreadAbortExceptionex){}
　catch(System.Threading.ThreadStateExceptionex){}
　catch(Exceptionex){
　　//Logexception
　}
　finally{
　　this.Close();}
　}
　　請(qǐng)注重不要關(guān)閉服務(wù)器管道，因?yàn)閯?chuàng)建一個(gè)服務(wù)器管道是一個(gè)相對(duì)昂貴的操作，會(huì)引起比較昂貴的開(kāi)銷。

　?。?）PipeManager 類

　　PipeManager 類負(fù)責(zé)在必要的時(shí)候創(chuàng)建服務(wù)器管道，治理線程，并生成客戶端請(qǐng)求的響應(yīng)。下面代碼中Initialize方法調(diào)用Start方法創(chuàng)建一個(gè)新的線程：

public void Initialize() {
　Pipes=Hashtable.Synchronized(_pipes);

　Mre =newManualResetEvent(false);
　MainThread =newThread(newThreadStart(Start));
　MainThread.IsBackground=true;
　MainThread.Name = "MainPipeThread";

　MainThread.Start();
　Thread.Sleep(1000);
}
　　PipeManager類只在獲得請(qǐng)求的時(shí)候才創(chuàng)建新的管道連接和線程。這意味著ServerPipeConnection對(duì)象只在沒(méi)有連接存在或所有連接都忙于響應(yīng)請(qǐng)求的時(shí)候才被創(chuàng)建。通常2-3個(gè)命名管道實(shí)例就能處理很大負(fù)載的并發(fā)客戶端請(qǐng)求，但這個(gè)主要取決于處理客戶端請(qǐng)求和生
成響應(yīng)的時(shí)間。

　　創(chuàng)建ServerPipeConnection對(duì)象的引用被保存在管道哈希表中。

private void Start() {
　try{

　　while(_listen){
　　　int[]keys=newint[Pipes.Keys.Count];
　　　Pipes.Keys.CopyTo(keys,0);

　　　// 循環(huán)檢驗(yàn)ServerPipeConnection 對(duì)象是否還是可用：
　　　foreach(intkeyinkeys){
　　　　ServerNamedPipeserverPipe=(ServerNamedPipe)Pipes[key];
　　　　if(serverPipe!=null&& DateTime.Now.SuBTract(serverPipe.LastAction).Milliseconds>
PIPE_MAX_STUFFED_TIME && serverPipe.PipeConnection.GetState()!=InterProcessConnectionState.WaitingForClient){
　　　　　serverPipe.Listen=false;
　　　　　serverPipe.PipeThread.Abort();
　　　　　RemoveServerChannel(serverPipe.PipeConnection.NativeHandle);
　　　　}
　　　}
　　　//NumberPipes 字段包含了可以在服務(wù)器上擁有的命名管道最大數(shù)目
　　　if(numChannels<=NumberPipes){
　　　　ServerNamedPipe pipe = new ServerNamedPipe(PipeName,OutBuffer,InBuffer,MAX_READ_BYTES);
　　　　try{
　　　　　//Connect 方法將新生成的管道置為監(jiān)聽(tīng)模式。
　　　　　pipe.Connect();
　　　　　pipe.LastAction=DateTime.Now;
　　　　　System.Threading.Interlocked.Increment(refnumChannels);
　　　　　// 開(kāi)始ServerPipeConnection 線程
　　　　　pipe.Start();
　　　　　Pipes.Add(pipe.PipeConnection.NativeHandle,pipe);
　　　　}
　　　　catch (InterProcessIOException ex) {
　　　　　RemoveServerChannel(pipe.PipeConnection.NativeHandle);
　　　　　pipe.Dispose();
　　　　}
　　　}
　　　else{ Mre.Reset(); Mre.WaitOne(1000,false); }
　　}
　}
　catch { //Logexception }
}
　　六、創(chuàng)建客戶端管道連接

　　要使用命名管道把一個(gè)客戶端應(yīng)用程序連接到服務(wù)器，我們必須創(chuàng)建ClientPipeConnection類的一個(gè)實(shí)例，使用它的方法來(lái)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。

IInterProcessConnectionclientConnection=null;

try{
　clientConnection=newClientPipeConnection("MyPipe",".");
　clientConnection.Connect();
　clientConnection.Write(textBox1.Text);
　clientConnection.Close();
}
catch{
　clientConnection.Dispose();
}
　　管道名稱“MyPipe” 必須和服務(wù)器管道的名稱一樣，假如命名管道服務(wù)器也在同一臺(tái)機(jī)器上，ClientPipeConnection構(gòu)造器的第二個(gè)參數(shù)應(yīng)該是“.”。假如不在同一臺(tái)機(jī)器上，第二個(gè)參數(shù)就是服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)名稱。

　　以上，我介紹了命名管道的解決方案，我再重申一下，命名管道最有效的使用是在一個(gè)應(yīng)用程序需要和另一個(gè)應(yīng)用程序進(jìn)行非常頻繁的，短文本的消息通信的情況下，并且是在同一臺(tái)機(jī)器或在局域網(wǎng)內(nèi)部。假如您碰到了這樣的情況，希望我的這些代碼能給你啟發(fā)和參考。

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