溫故之.NET程序間通訊——管道

鑑於小哥哥、小姐姐們每天的工作壓力都很大。決定以後每一篇文章講解的知識點最多不超過三個。這樣有三個好處

小哥哥、小姐姐們可以多花一點時間休息，或者陪陪家人

知識點少，可以保證我們可以理解得更深刻，也更容易記住

知識點少，這樣我們就可以在不增加篇幅的情況下，儘可能地講得深入一些。況且篇幅太長，小哥哥、小姐姐們看久了可能會比較累

程序間傳遞資料，常見的有以下幾種方式：

管道：包括命名管道和匿名管道，這篇文章將講解這種方式

記憶體對映檔案：藉助檔案和記憶體空間之間的對映關係，應用（包括多個程序）可以直接對記憶體執行讀取和寫入操作，從而實現程序間通訊

Socket

：使用套接字在不同的程序間通訊，這種通訊方式下，需要佔用系統至少一個埠

SendMessage

：透過視窗控制代碼的方式來通訊，此通訊方式基於

Windows

訊息

WM_COPYDATA

來實現

訊息佇列：在對效能要求不高的情況下，我們可以使用

Msmq

。但在實際專案中，一般使用

ActiveMQ

、

Kafka

、

RocketMQ

、

RabbitMQ

等這些針對特定場景最佳化的訊息中介軟體，以獲得最大的效能或可伸縮性優勢

其中，管道、記憶體對映檔案、

SendMessage

的方式，一般用於單機上程序間的通訊，在單機上使用這三種方式，比使用

Socket

要相對高效，且更容易控制

而

Socket

、訊息佇列或其他基於

Socket

的通訊方式，則適用範圍更廣。它不僅適用於本機程序間的通訊，還適用於跨機器（包括跨網段）之間的通訊，比如同一個集群裡面不同伺服器之間的通訊、微服務群下各個微服務之間的通訊。這也是目前用得最多得方式

雖然在網際網路化的今天，本機程序間通訊可能用得不多。但在這篇文章中，我們還是有必要了解基於管道的程序間通訊方式，後面我們會目前用得比較廣泛的一些框架

命名管道

命名管道，它可以在管道伺服器和一個或多個管道客戶端之間提供程序間通訊。其特點如下

命名管道可以是單向的，也可以是雙向的

它們支援基於訊息的通訊（即建立服務端管道時，指定

PipeTransmissionMode。Message

選項），並允許多個客戶端使用相同的管道名稱同時連線到伺服器端程序

支援模擬，這樣連線程序就可以在遠端伺服器上使用自己的許可權

它既可用於本機程序間的通訊，也能用於跨機器之間的通訊，但實際中很少這樣用

跨機器通訊，特別是在跨網路的情況下，目前普遍的做法是使用一些通訊框架（比如分散式或微服務中，可使用

Netty

，

RPC

、

REST

或

Thrift

等等），畢竟這些通訊框架大都成熟穩定，還經歷過商用的考驗

用於傳送資料的示例程式碼如下

using System；

using System。IO；

using System。IO。Pipes；

namespace App {

class Program {

static void Main（string［］ args） {

/// 第一個引數為管道的名稱，第二個引數表示此處的管道用於傳送資料

using （NamedPipeServerStream pipeServer = new NamedPipeServerStream（“pipe_demo”， PipeDirection。Out）） {

// 等待連線，程式會阻塞在此處，直到有一個連線到達

pipeServer。WaitForConnection（）；

try {

using （StreamWriter sw = new StreamWriter（pipeServer）） {

sw。AutoFlush = true；

// 向連線的客戶端傳送訊息

sw。WriteLine（“hello world ”）；

}

} catch （IOException e） {

Console。WriteLine（“ERROR： {0}”， e。Message）；

}

}

Console。ReadLine（）；

}

}

}

用於接收資料的示例程式碼如下

using System；

using System。IO；

using System。IO。Pipes；

namespace App {

class Program {

static void Main（string［］ args） {

/// 第一個引數：“。” 表示此管道用於本機。此處用 “localhost”、“127。0。0。1” 也是可以的

/// 第二個引數：管道的名稱

/// 第三個引數：表示此處的管道用於接收資料

using （NamedPipeClientStream pipeClient = new NamedPipeClientStream（“。”， “pipe_demo”， PipeDirection。In）） {

pipeClient。Connect（）；

using （StreamReader sr = new StreamReader（pipeClient）） {

string tmp；

while （（tmp = sr。ReadLine（）） ！= null） {

Console。WriteLine（$“收到資料： {tmp}”）；

}

}

}

Console。ReadLine（）；

}

}

}

關於命名管道的命名，我們這兒使用的是

“pipe_demo”

，

推薦採用

“

公司名。專案名稱。模組名稱。管道用途

” 的方式命名。這不但可以減小與其他命名管道名稱衝突的可能性，還可以讓這個管道更具有識別性（透過名稱就能知道這個管道是幹嘛的）

其中，透過在建立管道時，指定

PipeDirection

選項，可以讓管道工作於雙工、半雙工的通訊模式下

public enum PipeDirection {

// 表示此管道用於接收資料

In = 1，

// 表示此管道用於傳送資料

Out = 2，

// 表示此管道既可傳送資料，也可以接收資料

InOut = 3

}

如果對這種通訊方式感興趣，可以參考

NamedPipeServerStream

與

NamedPipeClientStream

其他的建構函式，來找到更加符合自身業務的模式

匿名管道

匿名管道只能在本機上提供程序間通訊。與命名管道相比，其有如下特點

匿名管道需要的開銷更少，但提供的服務有限

匿名管道是單向的，且不能透過網路使用，即不能跨網進行通訊

僅支援一個伺服器例項

匿名管道可用於執行緒間通訊，也可用於父程序和子程序之間的通訊，因為管道控制代碼可以輕鬆傳遞給所建立的子程序。

服務端

AnonymousPipeServerStream

定義如下

public sealed class AnonymousPipeServerStream ： PipeStream {

public AnonymousPipeServerStream（）；

public AnonymousPipeServerStream（PipeDirection direction）；

public AnonymousPipeServerStream（PipeDirection direction， HandleInheritability inheritability）；

public AnonymousPipeServerStream（PipeDirection direction， HandleInheritability inheritability， int bufferSize）；

public AnonymousPipeServerStream（PipeDirection direction， SafePipeHandle serverSafePipeHandle， SafePipeHandle clientSafePipeHandle）；

public AnonymousPipeServerStream（PipeDirection direction， HandleInheritability inheritability， int bufferSize， PipeSecurity pipeSecurity）；

public SafePipeHandle ClientSafePipeHandle { get； }

// 此管道的傳輸模式：在匿名管道中，只支援 PipeTransmissionMode。Byte 這種方式

public override PipeTransmissionMode TransmissionMode { get； }

public override PipeTransmissionMode ReadMode { set； }

public void DisposeLocalCopyOfClientHandle（）；

public string GetClientHandleAsString（）；

protected override void Dispose（bool disposing）；

}

可以看到，其定義了多個建構函式，提供了本機程序中的多種管道通訊模式。其中

HandleInheritability

用於指明子程序是否可以繼承伺服器端的底層控制代碼

SafePipeHandle

用於指定客戶端和服務端的安全控制代碼

PipeSecurity

用於指定客戶端的訪問許可權

一般情況下，我們只需要使用前三個建構函式即可，後面幾個用的很少

客戶端

AnonymousPipeClientStream

定義如下

public sealed class AnonymousPipeClientStream ： PipeStream {

public AnonymousPipeClientStream（string pipeHandleAsString）；

public AnonymousPipeClientStream（PipeDirection direction， string pipeHandleAsString）；

public AnonymousPipeClientStream（PipeDirection direction， SafePipeHandle safePipeHandle）；

// 此管道的傳輸模式：在匿名管道中，只支援 PipeTransmissionMode。Byte 這種方式

public override PipeTransmissionMode TransmissionMode { get； }

public override PipeTransmissionMode ReadMode { set； }

}

其中，

pipeHandleAsString

引數是父程序在建立此子程序的時候傳遞的安全控制代碼

其服務端示例如下

using System；

using System。Diagnostics；

using System。IO；

using System。IO。Pipes；

namespace App {

class Program {

static void Main（string［］ args） {

Process pipeClient = new Process（）；

// 客戶端可執行檔案的路徑

pipeClient。StartInfo。FileName = @“C：\Users\Jame\source\repos\ConsoleApp4\ConsoleApp4\bin\Debug\ConsoleApp4。exe”；

using （AnonymousPipeServerStream pipeServer = new AnonymousPipeServerStream（PipeDirection。Out， HandleInheritability。Inheritable）） {

// 將控制代碼傳入

pipeClient。StartInfo。Arguments =pipeServer。GetClientHandleAsString（）；

pipeClient。StartInfo。UseShellExecute = false；

pipeClient。Start（）；

pipeServer。DisposeLocalCopyOfClientHandle（）；

try {

using （StreamWriter sw = new StreamWriter（pipeServer）） {

sw。AutoFlush = true；

sw。WriteLine（“SYNC”）；

pipeServer。WaitForPipeDrain（）；

Console。Write（“［SERVER］ Enter text： ”）；

sw。WriteLine（Console。ReadLine（））；

}

} catch （IOException e） {

Console。WriteLine（“［SERVER］ Error： {0}”， e。Message）；

}

}

pipeClient。WaitForExit（）；

pipeClient。Close（）；

Console。WriteLine（“［SERVER］ Client quit。 Server terminating。”）；

Console。ReadLine（）；

}

}

}

客戶端程式碼如下

using System；

using System。IO；

using System。IO。Pipes；

namespace App {

class Program {

static void Main（string［］ args） {

if （args。Length > 0） {

// 其中，args［0］ 表示傳入的控制代碼

using （PipeStream pipeClient = new AnonymousPipeClientStream（PipeDirection。In， args［0］）） {

using （StreamReader sr = new StreamReader（pipeClient）） {

string temp；

do {

Console。WriteLine（“［CLIENT］ Wait for sync。。。”）；

temp = sr。ReadLine（）；

}

while （！temp。StartsWith（“SYNC”））；

while （（temp = sr。ReadLine（）） ！= null） {

Console。WriteLine（“［CLIENT］ Echo： ” + temp）；

}

}

}

}

Console。ReadLine（）；

}

}

}

在匿名管道這個例子中，需要我們先編譯客戶端的程式碼，否則可能會有錯誤

如果客戶端還未編譯，則父程序會找不到檔案

如果客戶端已經編譯，父程序可啟動。但如果我們需要再次編譯子程序專案時，會報檔案被佔用的錯誤

透過以上的講解，如果需要使用管道來實現程序間的通訊，我們可以按以下方式選擇

如果只需要單向通訊，且兩個進行間的關係為父子程序，則可以使用匿名管道

如果需要雙向通訊，則使用命名管道

如果我們無法決定到底該選擇什麼，那就選擇命名管道的雙向通訊方式。在現在的電腦上，命名管道於匿名管道效能的差別我們可以忽略不記。而雙向通訊的命名管道，既可單向，又可雙向，更加靈活

至此，這篇文章的內容講解完畢。歡迎關注公眾號【嘿嘿的學習日記】，所有的文章，都會在公眾號首發，Thank you~