WCF技术剖析之十九：深度剖析消息编码（Encoding）实现（下篇）

[爱心链接：拯救一个25岁身患急性白血病的女孩[内有苏州电视台经济频道《天天山海经》为此录制的节目视频（苏州话）]]通过上篇的介绍，我们知道了WCF所有与编码与解码相关的功能都实现在相应的System.Xml.XmlDictionaryWriter和System.Xml.XmlDictionaryReader中。但是在真正的WCF处理框架中，却并不直接使用XmlDictioanryWriter和XmlDictionaryReader对象，而通过相应的消息编码器（System.ServiceModel.Channels.MessageEncoder）对其进行进一步封装，专门用于消息的编码和解码。

一、消息编码器（MessageEncoder）

消息编码器通过类型MessageEncoder表示，MessageEncoder是定义在System.ServiceModel.Channels命名空间下的一个抽象类。从下面的定义中可以看出，MessageEncoder主要包含两种类型的操作：读消息和写消息，分别通过ReaderMessage和WriteMessage方法实现。此外，两个额外的方法，GetProperty<T>用于获取MessageEncoder相关的一些属性，IsContentTypeSupported用于判断MessageEncoder是否支持某种类型的MIME类型。

public abstract class MessageEncoder
 {
     //其他成员
     public virtual T GetProperty<T>() where T : class;
     public virtual bool IsContentTypeSupported(string contentType);
  
     public Message ReadMessage(ArraySegment<byte> buffer, BufferManager bufferManager);
     public Message ReadMessage(Stream stream, int maxSizeOfHeaders);
     public abstract Message ReadMessage(ArraySegment<byte> buffer, BufferManager bufferManager, string contentType);
     public abstract Message ReadMessage(Stream stream, int maxSizeOfHeaders, string contentType);
  
     public abstract void WriteMessage(Message message, Stream stream);
     public ArraySegment<byte> WriteMessage(Message message, int maxMessageSize, BufferManager bufferManager);
     public abstract ArraySegment<byte> WriteMessage(Message message, int maxMessageSize, BufferManager bufferManager, int messageOffset);
  
     public abstract string ContentType { get; }
     public abstract string MediaType { get; }
     public abstract MessageVersion MessageVersion { get; }
 }

与上面介绍的3种类型的XmlDictionaryWriter/XmlDictionaryReader相对应，WCF同样定义了MessageEncoder：TextMessageEncoder、BinaryMessageEncoder和MtomMessageEncoder三种MessageEncoder，它们分别封装了XmlUTF8TextWriter/XmlUTF8TextReader、XmlBinaryWriter/XmlBinaryReader和XmlMtomWriter/XmlMtomReader。WCF定义了3个相应的工厂类：TextMessageEncoderFactory、BinaryMessageEncoderFactory和MtomMessageEncoderFactory用于创建相应的MessageEncoder。它们共同继承一个抽象类：System.ServiceModel.Channels.MessageEncoderFactory。通过只读属性Encoder得到相应的MessageEncoder。

public abstract class MessageEncoderFactory
 {
     //其他成员
     public abstract MessageEncoder Encoder { get; }
 }

二、 实例演示通过MessageCoder对消息进行编码

接下来，我们来演示一个实例：如何通过MessageCoder对一个具体的Message对象进行编码。本例主要演示TextMessageCoder和MtomMessageEncoder编码方式的对比。此外，为了演示MTOM对二进制数据的编码优化，我们创建一个基于二进制内容的Message对象，并将一个位图作为消息的主体。

我们先创建如下一个静态辅助方法WriteMessage，该方法通过MessageEncoderFactory得到的MessageEncoder对象将Message对象写入一个文件中。

static void WriteMessage(MessageEncoderFactory encoderFactory, Message message, string fileName)
 {
     using (FileStream stream = new FileStream(fileName, FileMode.Create, FileAccess.Write, FileShare.Write))
     {
         encoderFactory.Encoder.WriteMessage(message, stream);
     }
 }

如果调用上面的方法，首先需要创建MessageEncoderFactory对象。由于TextMessageEncoderFactory和MtomMessageEncoderFactory是一个内部类型，不能直接实例化，所以只能通过反射的机制创建两个MessageEncoder。下面是TextMessageEncoder和MtomMessageEncoderFactory构造函数的定义。

internal class TextMessageEncoderFactory : MessageEncoderFactory
 {
     //其他成员
     public TextMessageEncoderFactory(MessageVersion version, Encoding writeEncoding, int maxReadPoolSize, int maxWritePoolSize, XmlDictionaryReaderQuotas quotas);
 }
 internal class MtomMessageEncoderFactory : MessageEncoderFactory
 {
     //其他成员
     public MtomMessageEncoderFactory(MessageVersion version, Encoding writeEncoding, int maxReadPoolSize, int maxWritePoolSize, int maxBufferSize, XmlDictionaryReaderQuotas quotas);
 }

在下面的代码中，先通过Message的静态方法CreateMessage创建Message对象，需要注意的第3个参数是一个表示位图的Bitmap对象。然后通过反射创建TextMessageEncoderFactory和MtomMessageEncoderFactory对象，并调用上面定义的辅助方法WriteMessage。

Message message = Message.CreateMessage(MessageVersion.Default, "http://www.artech.com/myaction", new Bitmap(@"C:\Users\Jinnan\Pictures\photo.jpg"));
 MessageBuffer buffer = message.CreateBufferedCopy(int.MaxValue);
  
 //通过反射创建TextMessageEncoderFactory
 string encoderFactoryType = "System.ServiceModel.Channels.TextMessageEncoderFactory,System.ServiceModel, Version=3.0.0.0, Culture=neutral, PublicKeyToken=b77a5c561934e089";
 MessageEncoderFactory encoderFactory = (MessageEncoderFactory)Activator.CreateInstance(Type.GetType(encoderFactoryType), MessageVersion.Default, Encoding.UTF8, int.MaxValue, int.MaxValue, new XmlDictionaryReaderQuotas());
  
 WriteMessage(encoderFactory, buffer.CreateMessage(), @"E:\message.text.xml"); 
  
 //通过反射创建MtomMessageEncoderFactory
 encoderFactoryType = "System.ServiceModel.Channels.MtomMessageEncoderFactory,System.ServiceModel, Version=3.0.0.0, Culture=neutral, PublicKeyToken=b77a5c561934e089";
 encoderFactory = (MessageEncoderFactory)Activator.CreateInstance(Type.GetType(encoderFactoryType), MessageVersion.Default, Encoding.UTF8, int.MaxValue, int.MaxValue, int.MaxValue, new XmlDictionaryReaderQuotas());
  
 WriteMessage(encoderFactory, buffer.CreateMessage(), @"E:\message.mtom.xml");

下面给出的两段文字分别是通过TextMessageEncoder和MtomMessageEncoder对相同的Message对象进行编码后的结果。从中我们可以清晰地看出，TextMessageEncoder将位图进行Base64编码，编码后的内容以内联（Inline）的方式包含在SOAP主体中。而MtomMessageEncoder会生成一个MIME Multipart/Related XOP Package，SOAP封套作为其主体。编码后的字节和SOAP封套是分离的，SOAP的主体部分并不包含位图的内容，仅仅是通过Context-ID对分离的内容进行引用。

<s:Envelope xmlns:s="http://www.w3.org/2003/05/soap-envelope" xmlns:a="http://www.w3.org/2005/08/addressing"><s:Header><a:Action s:mustUnderstand="1">http://www.artech.com/myaction</a:Action></s:Header><s:Body><Bitmap xmlns="http://schemas.datacontract.org/2004/07/System.Drawing" xmlns:i="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xmlns:x="http://www.w3.org/2001/XMLSchema"><Data i:type="x:base64Binary" xmlns="">/9j/4AAQSkZJRgABAQAAAQABAAD/（...省略...）ZIz7V3gVcR/KPu+lUNWVfs3Qf6309jTkk47DW5/9k=</Data></Bitmap></s:Body></s:Envelope>

Content-Type: multipart/related;type="application/xop+xml";boundary="06a0ac15-70c6-47e9-8837-ebc04a9ac1c2+id=1";start="<http://tempuri.org/0/633655837835941838>";start-info="application/soap+xml" --06a0ac15-70c6-47e9-8837-ebc04a9ac1c2+id=1Content-ID: <http://tempuri.org/0/633655837835941838>Content-Transfer-Encoding: 8bitContent-Type: application/xop+xml;charset=utf-8;type="application/soap+xml" <s:Envelope xmlns:s="http://www.w3.org/2003/05/soap-envelope" xmlns:a="http://www.w3.org/2005/08/addressing"><s:Header><a:Action s:mustUnderstand="1">http://www.artech.com/myaction</a:Action></s:Header><s:Body><Bitmap xmlns="http://schemas.datacontract.org/2004/07/System.Drawing" xmlns:i="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xmlns:x="http://www.w3.org/2001/XMLSchema"><Data i:type="x:base64Binary" xmlns=""><xop:Include href="cid:http%3A%2F%2Ftempuri.org%2F1%2F633655837836161838" xmlns:xop="http://www.w3.org/2004/08/xop/include"/></Data></Bitmap></s:Body></s:Envelope>--06a0ac15-70c6-47e9-8837-ebc04a9ac1c2+id=1Content-ID: <http://tempuri.org/1/633655837836161838>Content-Transfer-Encoding: binaryContent-Type: application/octet-stream [省略不可读的编码内容]--06a0ac15-70c6-47e9-8837-ebc04a9ac1c2+id=1--

三、WCF体系下的编码机制实现

最后我们来介绍WCF体系下是如何对消息进行编码的。在客户端，以方法调用形式体现的服务访问通过ClientMessageFormatter生成请求消息。该请求消息最终通过绑定对象从服务模型层转到信道层。我们说绑定是绑定元素的有序组合，对于所有类型的绑定来说，有两个绑定类型是必不可少的：MessageEncodingBindingElement和TransportBindingElement。而消息的编码由这两个绑定元素共同完成。

上面我们介绍了3种编码方式：Text、Binary和MTOM；对应3种不同的XmlDictionaryWriter/XmlDictionaryReader：XmlUTF8TextWriter/ XmlUTF8TextReader、XmlBinaryWriter/XmlBinaryReader和XmlMtomWriter/XmlMtomReader；3种XmlDictionaryWriter/XmlDictionaryReader又对应着3种MessageEncoder：TextMessageEncoder、BinaryMessagEncoder和MtomMessageEncoder；这3种不同的MessageEncoder又具有它们各自的MessageEncoderFactory：TextMessageEncoderFactory、BinaryMessagEncoderFactory和MtomMessageEncoderFactory。最终这3种MessageEncoderFactory被3种相应的MessageEncodingBindingElement用于进行具体的编码。MessageEncodingBindingElement通过CreateMessageEncoderFactory得到相应的MessageEncoderFactory。

public abstract class MessageEncodingBindingElement : BindingElement{    //其他成员    public abstract MessageEncoderFactory CreateMessageEncoderFactory();    public override T GetProperty<T>(BindingContext context) where T: class;    public abstract MessageVersion MessageVersion { get; set; }   }

对应着3种不同的MessageEncoderFactory，WCF定义了3种不同的MessageEncodingBindingElement，它们分别是：TextMessageEncodingBindingElement、BinaryMessageEncodingBindingElement和MtomMessageEncodingBindingElement。

在介绍绑定的时候，我们说BindingElement创建相应的ChannelFactory/ChannelListener，而ChannelFactory/ChannelListener最终创建相应的Channel进行消息的处理。这种说法是不准确的，并不是所有的BindingElement都会创建Channel，实际上没有用于专门编码的Channel，具体的编码工作是TransportChannel完成的。图1揭示了WCF进行消息编码的本质。





图1 WCF体系下消息编码的实现

当通过绑定对象创建信道栈的时候，MessageEncodingBindingElement的BuildChannelFactory/BuildChannelListener方法首先被调用，MessageEncodingBindingElement会创建相应的MessageEncoderFactory对象，将其置于当前的BindingContext中。然后TransportBindingElement的BuildChannelFactory/BuildChannelListener方法被调用，并创建TransportChannelFactory/TransportChannelListener对象，TransportChannelListener和TransportChannelFactory创建TransportChannel用于请求监听和消息发送，与此同时TransportChannel会将MessageEncoderFactory从BindingContext获取下来用于消息的解码和编码。