基于WCF的通道网络传输数据压缩技术的应用研究

本文及程序不是介绍WCF怎么用，而是研究如何在WCF通信时的通道两端自动进行数据压缩和解压缩，从而增加分布式数据传输速度。

而且，这个过程是完全透明的，用户及编程人员根本不需要知道它的存在，相当于HOOK在两端的一个组件。可以使用中网络带宽较小

的网络环境中。当WCF在两个实体间通讯的时候，便自动创建一个信息通道转接通讯，这个消息包含数据请求和相应。WCF使用特殊的

编码器将请求和响应数据转换成一系列的字节。

    我所带的项目里遇到大文件分布式传输问题，经过分析考虑采用WCF通道压缩技术来解决此问题。执行这样的编码是需要传输大文件（XML格式）由一台机器到另一台机器传输，而连接有速度限制。经过查看了一些国外英文网站，发现我不用写一个特殊的函数边压缩和边解压，而是配置传输通道可以做到这一点，这种方式压缩可重复使用的任何契约。我发现自己编写的消息编码器是最简单的方式来实现功能，真正的问题是如何编写信息编码器，在MSDN上没有找到任何关于此应用的实例。消息契约编码器的想法是Hook连接两端发送和接收信息的渠道。程序是采用Microsoft Visual Studio 2008 WCF设计。

                                  图1 WCF消息通道编码过程时序图    

发送方：代码中加入方法，该方法及其参数的序列化成SOAP消息，消息编码序列化的信息将成为一个字节数组，字节数组发送传输层。

 接收方：传输层接收字节数组，消息编码器并行化字节数组到一条消息，该方法及其参数并行化到一个SOAP消息，方法是被监听的。 当加入压缩信息编码器，该方法要求有一点改变：发送方：代码中加入方法，该方法及其参数的序列化成SOAP消息，消息契约编码让其内在的信息编码序列的信息成为一个字节数组，消息契约编码压缩的字节数组第二个字节数组，字节数组发送传输层。

     接收方：传输层接收字节数组，消息契约编码的字节数组解压到第二字节数组，消息契约编码让其内在的信息编码化的第二个字节数组消息，该方法及其参并行化到SOAP消息，方法是被监听的。

     这个消息契约编码分为几个类：

     CompactMessageEncoder //这个类提供了信息编码实施。

     CompactMessageEncoderFactory //这个类是负责提供契约信息编码实例。

     CompactMessageEncodingBindingElement //这个类负责通道的协议约束规范。

     CompactMessageEncodingElement //这个类使信息编码通过增加应用程序配置文件。

                              图2 消息通道编码器静态类图 

     压缩方法：契约消息编码器是使用gzip压缩的NET Framework范围内执行的，是调用System.IO.Compression.GZipStream名字空间类中。

     加入引用CompactMessageEncoder.dll，修改app.config文件引用，应用程序必须要在客户端和服务器端。

压缩缓冲代码：

private static ArraySegment<byte> CompressBuffer(ArraySegment<byte> buffer, BufferManager bufferManager, int messageOffset)

        {

            // Create a memory stream for the final message

            MemoryStream memoryStream = new MemoryStream();

            // Copy the bytes that should not be compressed into the stream

            memoryStream.Write(buffer.Array, 0, messageOffset);

            // Compress the message into the stream

            using (GZipStream gzStream = new GZipStream(memoryStream, CompressionMode.Compress, true))

            {

                gzStream.Write(buffer.Array, messageOffset, buffer.Count);

            }

            // Convert the stream into a bytes array

            byte[] compressedBytes = memoryStream.ToArray();

            // Allocate a new buffer to hold the new bytes array

            byte[] bufferedBytes = bufferManager.TakeBuffer(compressedBytes.Length);

            // Copy the compressed data into the allocated buffer

            Array.Copy(compressedBytes, 0, bufferedBytes, 0, compressedBytes.Length);

             // Release the original buffer we got as an argument

            bufferManager.ReturnBuffer(buffer.Array);

            // Create a new ArraySegment that points to the new message buffer

            ArraySegment<byte> byteArray = new ArraySegment<byte>(bufferedBytes, messageOffset, compressedBytes.Length - messageOffset);

            return byteArray;

        }

解压缓冲代码：

Code

   private static ArraySegment<byte> DecompressBuffer(ArraySegment<byte> buffer, BufferManager bufferManager)

            // Create a new memory stream, and copy into it the buffer to decompress

            MemoryStream memoryStream = new MemoryStream(buffer.Array, buffer.Offset, buffer.Count);

            // Create a memory stream to store the decompressed data

            MemoryStream decompressedStream = new MemoryStream();

            // The totalRead stores the number of decompressed bytes

            int totalRead = 0;

            int blockSize = 1024;

            // Allocate a temporary buffer to use with the decompression

            byte[] tempBuffer = bufferManager.TakeBuffer(blockSize);

            // Uncompress the compressed data

            using (GZipStream gzStream = new GZipStream(memoryStream, CompressionMode.Decompress))

                while (true)

                {

                    // Read from the compressed data stream

                    int bytesRead = gzStream.Read(tempBuffer, 0, blockSize);

                    if (bytesRead == 0)

                        break;

                    // Write to the decompressed data stream

                    decompressedStream.Write(tempBuffer, 0, bytesRead);

                    totalRead += bytesRead;

                }

            // Release the temporary buffer

            bufferManager.ReturnBuffer(tempBuffer);

            // Convert the decompressed data stream into bytes array

            byte[] decompressedBytes = decompressedStream.ToArray();

            // Allocate a new buffer to store the message 

            byte[] bufferManagerBuffer = bufferManager.TakeBuffer(decompressedBytes.Length + buffer.Offset);

            // Copy the bytes that comes before the compressed message in the buffer argument

            Array.Copy(buffer.Array, 0, bufferManagerBuffer, 0, buffer.Offset);

            // Copy the decompressed data

            Array.Copy(decompressedBytes, 0, bufferManagerBuffer, buffer.Offset, decompressedBytes.Length);

            ArraySegment<byte> byteArray = new ArraySegment<byte>(bufferManagerBuffer, buffer.Offset, decompressedBytes.Length);

            // Release the original message buffer

改变服务端配置

   加入消息契约编码器之前app.config的实例：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8" ?>

<configuration> 

    <system.serviceModel> 

        <services> 

            <service name="Server.MyService">

                <endpoint 

                    address="net.tcp://localhost:1234/MyService" 

                    binding="netTcpBinding"

                    contract="Server.IMyService" /> 

            </service> 

        </services> 

    </system.serviceModel>

</configuration>

加入消息契约编码器后app.config的例子：

            <!-- Set the binding of the endpoint to customBinding -->                 

            <endpoint 

                    binding="customBinding"

        <!-- Defines a new customBinding that contains the compactMessageEncoding -->         

        <bindings> 

            <customBinding> 

                <binding name="compactBinding"> 

                    <compactMessageEncoding>

                <!-- Defines the inner message encoder as binary encoder -->                        

                <binaryMessageEncoding /> 

                    </compactMessageEncoding> 

                    <tcpTransport /> 

                </binding> 

            </customBinding> 

        </bindings> 

    <!-- Adds the extension dll so the WCF can find the compactMessageEncoding -->

        <extensions> 

            <bindingElementExtensions> 

                <add name="compactMessageEncoding" type="Amib.WCF.CompactMessageEncodingElement, CompactMessageEncoder, Version=1.0.0.0, Culture=neutral, PublicKeyToken=null" />

            </bindingElementExtensions> 

        </extensions> 

     </system.serviceModel>

客户端配置变化

加入消息契约编码器之前app.config的实例：

这种压缩方法，消息堵塞的几率很小。使用CompactMessageEncoder在同一台机器运行客户端和服务器上可能会降低效率。