WCF之旅（8）：WCF中的Session和Instancing Management

WCF中的Session我们知道，WCF是MS基于SOA建立的一套在分布式环境中各个相对独立的Application进行Communication的构架。他实现了最新的基于WS-*规范。按照SOA的原则，相对独自的业务逻辑以service的形式封装，调用者通过Messaging的方式调用Service。对于承载着某个业务功能的实现的Service应该具有Context无关性、甚至是Solution无关性，也就是说个构成Service的operation不应该绑定到具体的调用上下文，对于任何调用，具有什么样的输入，就会有与之对应的输出。因为SOA的一个最大的目标就是尽可能地实现重用，只有具有Context无关性/Solution无关性，Service才能实现最大限度的重用。此外Service的Context无关性/Solution无关性还促进了另一个重要的面向服务的特征的实现：可组合性，把若干相关细粒度的Service封装成一个整体业务流程的Service。
在一个C/S（Client/Service）场景中，Context无关性体现在Client对Service的每次调用都是完全不相关的。但是在有些情况下，我们却希望系统为我们创建一个Session来保留某个Client和Service的进行交互的状态。所以，像Web Service一样，WCF也提供了对Session的支持。对于WCF来说，Client和Service之间的交互都通过Soap Message来实现的，每次交互的过程就是一次简单的Message Exchange。所以从Messaging的角度来讲，WCF的Session就是把某个把相关的Message Exchange纳入同一个Conversation。每个Session用一个Session ID来唯一标识。
WCF中的Session和ASP.NET的Session
在WCF中，Session属于Service Contract的范畴，是一个相对抽象的概念，并在Service Contract定义中通过SessionModel参数来实现。他具有以下几个重要特征：
Session的创建和结束都有来自Client端的调用来实现
我们知道，在WCF中Client通过创建的Proxy对象来和service的交互，在默认的支持Session的情况下，Session和具体的Proxy对象绑定在一起，当Client通过调用Proxy的某个方法来访问Service的时候，Session被初始化，直到Proxy被关闭，Session被终止，我们可以通过下面两种方式来关闭Proxy：
调用System.ServiceModel. ICommunicationObject对象（我们一般通过System.ServiceModel. ChannelFactory对象的CreateChannel方法获得）的Close方法。
调用System.ServiceModel. ClientBase对象（我们一半通过继承它来实现我们为某个特定的Service创建Proxy类）的Close方法。
此外，我们也可以人为地指定通过调用Service的某个operation来初始化、或者终止Session。我们一般通过System.ServiceModel. OperationContractAttribute的IsInitiating和IsTerminating参数来指定初始化和终止Session的Operation。
WCF保证处于某个Session中传递的Message按照他发送的次序被接收
WCF并没有为Session的支持而保存相关的状态数据。
说道WCF中的Session，我们很自然地联想到ASP.NET中的Session。实际上，他们之间具有很大的差异：
ASP.NET的Session总是在Server端初始化的。
ASP.NET并不提供Ordered Message Delivery的担保。
ASP.NET是通过在Serer以某种方式保存State来实现对Session的支持的，比如保存在Web Server的内存中，保存在State Server甚至是SQL Server中。
WCF中的Session的实现和Instancing Management
在上面我们说了，虽然WCF支持Session，但是并没有相关的状态信息被保存在某种介质中。WCF是通过怎样的方式来支持Session的呢？这就是我们本节要讲的Instancing Management。
对于Client来说，它实际上不能和Service进行直接交互，它只能通过客户端创建的Proxy来间接地实现和service的交互。Session的表现体现在以下两种方式：
Session的周期和Proxy的周期绑定，这种方式体现为默认的Session支持。
Session的周期绑定到开始和终止Session的方法调用之间的时间内，这种方式体现在我们在定义Operation Contract时通过IsInitiating和IsTerminating显式指定开始和终止Session的Operatoin。
我们很清楚，真正的逻辑实现是通过调用真正的Service instance中。在一个分布式环境中，我们把通过Client的调用来创建最终的Service Instance的过程叫做Activation。在Remoting中我们有两种Activation方式：Server Activation（Singleton和SingleCall），Client Activation。实际上对WCF也具有相似的Activation。不过WCF不仅仅创建对应的Service Instance，而且还构建相关的Context, 我们把这些统称为Instance Context。不同的Activation方式在WCF中体现为的Instance context model。不同的Instance Context Mode体现为Proxy、Service 调用和Service Instance之间的对应关系。可以这么说，Instance Context Mode决定着不同的Session表现。在WCF中，支持以下3中不同级别的Instance Context Mode：
PerCall：WCF为每个Serivce调用创建 一个Service Instance，调用完成后回收该Instance。这种方式和Remoting中的SingleCall相似。
PerSession：在Session期间的所有Service调用绑定到某一个Service Instance，Session被终止后，Service Instance被回收。所以在Session结束后使用同一个Proxy进行调用，会抛出Exception。这种方式和Remoting中的CAO相似。
Singleton：这种方式和Remoting的Singelton相似。不过它的激活方式又有点特别。当为对应的Service type进行Host的时候，与之对应的Service Instance就被创建出来，此后所有的Service调用都被forward到该Instance。
WCF的默认的Instance Context Mode为PerSession，但是对于是否对Session的支持，Instancing的机制有所不同。如果通过以下的方式定义ServiceContract使之不支持Session，或者使用不支持Session的Binding（顺便说一下，Session的支持是通过建立Sessionful Channel来实现的，但是并不是所有的Binding都支持Session，比如BasicHttpBinding就不支持Session），WCF实际上会为每个Service调用创建一个Service Instance，这实质上就是PerCall的Instance Context Mode，但我为什么会说默认的是PerSession呢？我个人觉得我们可以这样地来看看Session：Session按照本意就是Client和Service之间建立的一个持续的会话状态，不过这个Session状态的持续时间有长有短，可以和Client的生命周期一样，也可以存在于某两个特定的Operation调用之间，最短的则可以看成是每次Service的调用，所以按照我的观点，PerCall也可以看成是一种特殊的Session（我知道会有很多人不认同我的这种看法。）
   [ServiceContract(SessionMode = SessionMode.NotAllowed)]
Simple
接下来我们来看看一个简单的Sample，相信大家会对Session和Instancing Management会有一个深入的认识。这个Sample沿用我们Calculator的例子，Solution的结构如下，4个Project分别用于定义SeviceContract、Service Implementation、Hosting和Client。

我们先采用默认的Session和Instance Context Modle，在这之前我们看看整个Solution各个部分的定义：
1．    Service Contract：ICalculator
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;
using System.ServiceModel;

namespace Artech.SessionfulCalculator.Contract
{
    [ServiceContract]
    public interface ICalculator
    {
        [OperationContract(IsOneWay = true)]
        void  Adds(double x);

        [OperationContract]
        double GetResult();
    }
}

2．    Service Implementation：CalculatorService
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;
using System.ServiceModel;
using Artech.SessionfulCalculator.Contract;

namespace Artech.SessionfulCalculator.Service
{
    public class CalculatorService:ICalculator
    {

        private double _result;

        ICalculator Members#region ICalculator Members

        public void Adds(double x)
        {
            Console.WriteLine("The Add method is invoked and the current session ID is: {0}", OperationContext.Current.SessionId);
            this._result += x;
        }

        public double GetResult()
        {
            Console.WriteLine("The GetResult method is invoked and the current session ID is: {0}", OperationContext.Current.SessionId);
            return this._result;
        }

        #endregion

        public CalculatorService()
        {
            Console.WriteLine("Calculator object has been created");
        }

        ~CalculatorService()
        {
            Console.WriteLine("Calculator object has been destoried");
        }

    }
}

为了让大家对Service Instance的创建和回收有一个很直观的认识，我特意在Contructor和Finalizer中作了一些指示性的输出。同时在每个Operation中输出的当前的Session ID
3．    Hosting
Program
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;
using System.ServiceModel;
using Artech.SessionfulCalculator.Service;
using System.Threading;

namespace Artech.SessionfulCalculator.Hosting
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            using(ServiceHost host = new ServiceHost(typeof(CalculatorService)))
            {
                host.Opened += delegate
                {
                    Console.WriteLine("The Calculator service has begun to listen");
                };
                host.Open();
                Timer timer = new Timer(delegate { GC.Collect(); }, null, 0, 100);
                Console.Read();
            }
        }
    }
}

除了Host CalculatorService之外，我还通过一个Timer对象每隔一个很短的时间（0.1s）作一次强制的垃圾回收，使我们通过输出看出Service Instance是否被回收了。
Configuration


  
    
      
        
          
        
      
    
    
      
                  contract="Artech.SessionfulCalculator.Contract.ICalculator" />
        
          
            
          
        
      
    
  


我们使用的是basicHttpBinding
4．    Client
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;
using System.ServiceModel;
using Artech.SessionfulCalculator.Contract;

namespace Artech.SessionfulCalculator.Client
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            ChannelFactory calculatorChannelFactory = new ChannelFactory("httpEndpoint");
            Console.WriteLine("Create a calculator proxy: proxy1");
            ICalculator proxy1 = calculatorChannelFactory.CreateChannel();
            Console.WriteLine("Invocate  proxy1.Adds(1)");
            proxy1.Adds(1);
            Console.WriteLine("Invocate  proxy1.Adds(2)");
            proxy1.Adds(2);
            Console.WriteLine("The result return via proxy1.GetResult() is : {0}", proxy1.GetResult());

            Console.WriteLine("Create a calculator proxy: proxy2");
            ICalculator proxy2= calculatorChannelFactory.CreateChannel();
            Console.WriteLine("Invocate  proxy2.Adds(1)");
            proxy2.Adds(1);
            Console.WriteLine("Invocate  proxy2.Adds(2)");
            proxy2.Adds(2);
            Console.WriteLine("The result return via proxy2.GetResult() is : {0}", proxy2.GetResult());

            Console.Read();
        }
    }
}

我创建了两个Proxy：Proxy1和Proxy2，并以同样的方式调用它们的方法：Add->Add->GetResult。
Configuration


    
        
                            binding="basicHttpBinding" contract="Artech.SessionfulCalculator.Contract.ICalculator"
                name="httpEndpoint" />
        
    


我们来看看运行的结果:
Client端：

虽然我们我们两次调用Add方法进行累加，但是最终的结果 依然是0。这好像和我们开始所说的WCF默认的Session支持不相符，默认的Session支持是这样：Service Instance和Proxy绑定在一起，当调用Proxy的任何一个方法的时候Session开始，从此Session将会和Proxy具有一样的生命周期。但是这样的一个前提的，我们需要通过支持Session的Binding来创建我们的Sessionful Channel。显然basicHttpBinding是不支持Session的，所以WCF会采用PerCall的方式创建Service Instance。同时由于不支持Session的Binding，Session ID为null。所以我们会很容易想到，我们进行的每次Service的调用都会在Service端创建一个不同Instance，Host的输出证明了这一点。

既然我们说上面的执行结构是由于不支持Session的basicHttpBinding造成的，那么我们现在来使用一个支持Session的Binding：wsHttpBinding。我们只需改变Hosting的Endpoint的配置：
          contract="Artech.SessionfulCalculator.Contract.ICalculator" />

和Client的Endpoint的配置:
                binding="wsHttpBinding" contract="Artech.SessionfulCalculator.Contract.ICalculator"
                name="httpEndpoint" />

现在再来看看执行的结果，首先看看Client：

从两个Proxy的最后 结果返回3，可以看出我们默认的Session起作用了。而且我们会容易想到，此时Server端会有两个Service Instance被创建。进一步地，由于Client的Proxy还依然存在，Service Instance也不会被回收掉，我们通过Host的输出来验证这一点：

从输出可以看出，Constructor来两次调用，这说明了两个Service Instance被创建，基于同一个Service Instance的调用具有相同的Session ID。没有Finalizer相应的输出，说明Service Instance依然存在。除非你在Client端Close掉Proxy。
我现在就来通过修改Client端的来Close掉Proxy：通过ICommunicationObject.Close来显式地close掉Proxy
static void Main(string[] args)
        {
            ChannelFactory calculatorChannelFactory = new ChannelFactory("httpEndpoint");
            Console.WriteLine("Create a calculator proxy: proxy1");
            ICalculator proxy1 = calculatorChannelFactory.CreateChannel();
            Console.WriteLine("Invocate  proxy1.Adds(1)");
            proxy1.Adds(1);
            Console.WriteLine("Invocate  proxy1.Adds(2)");
            proxy1.Adds(2);
            Console.WriteLine("The result return via proxy1.GetResult() is : {0}", proxy1.GetResult());
            (proxy1 as ICommunicationObject).Close();

            Console.WriteLine("Create a calculator proxy: proxy2");
            ICalculator proxy2= calculatorChannelFactory.CreateChannel();
            Console.WriteLine("Invocate  proxy2.Adds(1)");
            proxy2.Adds(1);
            Console.WriteLine("Invocate  proxy2.Adds(2)");
            proxy2.Adds(2);
            Console.WriteLine("The result return via proxy2.GetResult() is : {0}", proxy2.GetResult());
            (proxy1 as ICommunicationObject).Close();

            Console.Read();
        }

那么我们现在看运行后Host的输出，就会发现Finalizer被调用了：

上面演示了默认的Session和Instancing Management，我们现在来显式地制定Session Model，我们先修改ServiceContract使之不支持Session：
[ServiceContract(SessionMode = SessionMode.NotAllowed)]
    public interface ICalculator
    {
        [OperationContract(IsOneWay = true)]
        void  Adds(double x);

        [OperationContract]
        double GetResult();
    }

看看Client的输出：

从最后的结果为0可以知道Session确实没有起作用。我们说用Client基于Session的表现，其根本是Server端的Instancing。从上面可以看出，Server实际上是采用PerCall的Instance Context Model。我们可以从Hosting的输出得到验证：

上面对不支持Session作了实验，我们现在来显式地允许Session，并制定开始和终止Session的Operation：
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;
using System.ServiceModel;

namespace Artech.SessionfulCalculator.Contract
{
    [ServiceContract(SessionMode = SessionMode.Required)]
    public interface ICalculator
    {
        [OperationContract(IsOneWay = true, IsInitiating = true, IsTerminating = false)]
        void  Adds(double x);

        [OperationContract(IsInitiating = false,IsTerminating =true)]
        double GetResult();
    }
}

为了模拟当Session终止后继续调用Proxy的场景，我进一步修改了Client的代码：
class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            ChannelFactory calculatorChannelFactory = new ChannelFactory("httpEndpoint");
            Console.WriteLine("Create a calculator proxy: proxy1");
            ICalculator proxy1 = calculatorChannelFactory.CreateChannel();
            Console.WriteLine("Invocate  proxy1.Adds(1)");
            proxy1.Adds(1);
            Console.WriteLine("Invocate  proxy1.Adds(2)");
            proxy1.Adds(2);
            Console.WriteLine("The result return via proxy1.GetResult() is : {0}", proxy1.GetResult());
            Console.WriteLine("Invocate  proxy1.Adds(1)");
            try
            {
                proxy1.Adds(1);
            }
            catch (Exception ex)
            {
                Console.WriteLine("It is fail to invocate the Add after terminating session because \"{0}\"", ex.Message);
            }


            Console.WriteLine("Create a calculator proxy: proxy2");
            ICalculator proxy2= calculatorChannelFactory.CreateChannel();
            Console.WriteLine("Invocate  proxy2.Adds(1)");
            proxy2.Adds(1);
            Console.WriteLine("Invocate  proxy2.Adds(2)");
            proxy2.Adds(2);
            Console.WriteLine("The result return via proxy2.GetResult() is : {0}", proxy2.GetResult());


            Console.Read();
        }

现在看看 Client的输出结果：

我们发现当我们调用GetResult之后再次调用Add方法，Exception被抛出。原因很简单，因为我们把GetResult方法标识为终止Session的Operation。所以当该方法被调用之后，Session被终止，对应的Service Instance也标识为可回收对象，此时再次调用，显然不能保证有一个对应的Service Instance来Handle这个调用，显然这是不允许的。
以上我们对采用默认的Instance Context Model，不同的Session Model。现在我们反过来，在Session支持的前提下，采用不同Instance Context Model，看看结果又如何：
我们把Client端的代码回到最初的状态：
static void Main(string[] args)
        {
            ChannelFactory calculatorChannelFactory = new ChannelFactory("httpEndpoint");
            Console.WriteLine("Create a calculator proxy: proxy1");
            ICalculator proxy1 = calculatorChannelFactory.CreateChannel();
            Console.WriteLine("Invocate  proxy1.Adds(1)");
            proxy1.Adds(1);
            Console.WriteLine("Invocate  proxy1.Adds(2)");
            proxy1.Adds(2);
            Console.WriteLine("The result return via proxy1.GetResult() is : {0}", proxy1.GetResult());

            Console.WriteLine("Create a calculator proxy: proxy2");
            ICalculator proxy2= calculatorChannelFactory.CreateChannel();
            Console.WriteLine("Invocate  proxy2.Adds(1)");
            proxy2.Adds(1);
            Console.WriteLine("Invocate  proxy2.Adds(2)");
            proxy2.Adds(2);
            Console.WriteLine("The result return via proxy2.GetResult() is : {0}", proxy2.GetResult());

            Console.Read();
        }

通过在Calculator Service上面运用ServiceBehavior，并指定InstanceContextMode为PerCall:
[ServiceBehavior(InstanceContextMode =  InstanceContextMode.PerCall)]
    public class CalculatorService:ICalculator
{
  
}
虽然我们ServiceContract被显式指定为支持Session，看看运行的结果是否如此：

看来并非如此，所以我们说client端表现出的Session实际上是对应的Instancing来实现的，现在采用PerCall的Instance Context Mode， Proxy的状态是不可能被保留的。如果现在我们把Instance Context Mode设为PerSession，运行结果将会如我们所愿，现在我就不再演示了。
我们来看看Single的Instance Context Mode:
ServiceBehavior(InstanceContextMode =  InstanceContextMode.Single)]
public class CalculatorService:ICalculator
{
  
}
我们这次先来看Hosting的输出结果,这是在刚刚启动Hosting，Client尚未启动时的Screenshot。

在这之前我们都是Client通过Proxy调用相应的Service之后，Service Instance才开始创建，但是对于InstanceContextMode.Single，Service Instance却早在Service Type被Host的时候就已经被创建了。
现在启动Client：

同原来不一样的是，第二个Proxy返回的结果是6而不是3，这是因为只有一个Service Instance，所有调用的状态都将保留。从Hosting的输出也可以验证这一点：