.NET 開源項(xiàng)目 StreamJsonRpc 介紹[下篇]
2021-09-14 16:38:13

大家好，這是 .NET 開源項(xiàng)目 StreamJsonRpc 介紹的最后一篇。上篇介紹了一些預(yù)備知識，包括 JSON-RPC 協(xié)議介紹，StreamJsonRpc 是一個實(shí)現(xiàn)了 JSON-RPC 協(xié)議的庫，它基于 Stream、WebSocket 和自定義的全雙工管道傳輸。中篇通過示例講解了 StreamJsonRpc 如何使用全雙工的 Stream 作為傳輸管道實(shí)現(xiàn) RPC 通訊。本篇（下篇）將繼續(xù)通過示例講解如何基于 WebSocket 傳輸管道實(shí)現(xiàn) RPC 通訊。

準(zhǔn)備工作

為了示例的完整性，本文示例繼續(xù)在中篇創(chuàng)建的示例基礎(chǔ)上進(jìn)行。該示例的 GitHub 地址為：

github.com/liamwang/StreamJsonRpcSamples

我們繼續(xù)添加三個項(xiàng)目，一個是名為 WebSocketSample.Client 的 Console 應(yīng)用，一個是名為 WebSocketSample.Server 的 ASP.NET Core 應(yīng)用，還有一個名為 Contract 的契約類庫（和 gRPC 類似）。

你可以直接復(fù)制并執(zhí)行下面的命令一鍵完成大部分準(zhǔn)備工作：

dotnet new console -n WebSocketSample.Client # 建新客戶端應(yīng)用
dotnet new webapi -n WebSocketSample.Server # 新建服務(wù)端應(yīng)用
dotnet new classlib -n Contract # 新建契約類庫
dotnet sln add WebSocketSample.Client WebSocketSample.Server Contract # 將項(xiàng)目添加到解決方案
dotnet add WebSocketSample.Client package StreamJsonRpc # 為客戶端安裝 StreamJsonRpc 包
dotnet add WebSocketSample.Server package StreamJsonRpc # 為服務(wù)端安裝 StreamJsonRpc 包
dotnet add WebSocketSample.Client reference Contract # 添加客戶端引用 Common 引用
dotnet add WebSocketSample.Server reference Contract # 添加服務(wù)端引用 Common 引用

為了把重點(diǎn)放在實(shí)現(xiàn)上，這次我們依然以一個簡單的功能作為示例。該示例實(shí)現(xiàn)客戶端向服務(wù)端發(fā)送一個問候數(shù)據(jù)，然后服務(wù)端響應(yīng)一個消息。為了更貼合實(shí)際的場景，這次使用強(qiáng)類型進(jìn)行操作。為此，我們在 Contract 項(xiàng)目中添加三個類用來約定客戶端和服務(wù)端通訊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和接口。

用于客戶端發(fā)送的數(shù)據(jù)的 HelloRequest 類：

public class HelloRequest
{
public string Name { get; set; }
}

用于服務(wù)端響應(yīng)的數(shù)據(jù)的 HelloResponse 類：

public class HelloResponse
{
public string Message { get; set; }
}

用于約定服務(wù)端和客戶端行為的 IGreeter 接口：

public interface IGreeter
{
Task<HelloResponse> SayHelloAsync(HelloRequest request);
}

接下來和中篇一樣，通過建立連接、發(fā)送請求、接收請求、斷開連接這四個步驟演示和講解一個完整的基于 WebSocket 的 RPC 通訊示例。

建立連接

上一篇講到要實(shí)現(xiàn) JSON-RPC 協(xié)議的通訊，要求傳輸管道必須是全雙工的。而 WebSocket 就是標(biāo)準(zhǔn)的全雙工通訊，所以自然可以用來實(shí)現(xiàn) JSON-RPC 協(xié)議的通訊。.NET 本身就有現(xiàn)成的 WebSocket 實(shí)現(xiàn)，所以在建立連接階段和 StreamJsonRpc 沒有關(guān)系。我們只需要把 WebSocket 通訊管道架設(shè)好，然后再使用 StreamJsonRpc 來發(fā)送和接收請求即可。

客戶端使用 WebSocket 建立連接比較簡單，使用?ClientWebSocket?來實(shí)現(xiàn)，代碼如下：

using (var webSocket = new ClientWebSocket())
{
    Console.WriteLine("正在與服務(wù)端建立連接...");
var uri = new Uri("ws://localhost:5000/rpc/greeter");
await webSocket.ConnectAsync(uri, CancellationToken.None);
    Console.WriteLine("已建立連接");
}

服務(wù)端建立 WebSocket 連接最簡單的方法就是使用 ASP.NET Core，借助 Kestrel 和 ASP.NET Core 的中間件機(jī)制可以輕松搭建基于 WebSocket 的 RPC 服務(wù)。只要簡單的封裝還可以實(shí)現(xiàn)同一套代碼同時提供 RPC 服務(wù)和 Web API 服務(wù)。

首先在服務(wù)端項(xiàng)目的 Startup.cs 類的?Configure?方法中引入 WebSocket 中間件：

public void Configure(IApplicationBuilder app, IWebHostEnvironment env)
{
    app.UseRouting();

    app.UseWebSockets(); // 增加此行，引入 WebSocket 中間件

    app.UseEndpoints(endpoints =>
    {
        endpoints.MapControllers();
    });
}

再新建一個 Controller 并定義一個 Action 用來路由映射 WebSocket 請求：

public class RpcController : ControllerBase
{
    ...
    [Route("/rpc/greeter")]
public async Task<IActionResult> Greeter()
    {
if (!HttpContext.WebSockets.IsWebSocketRequest)
        {
return new BadRequestResult();
        }

var socket = await HttpContext.WebSockets.AcceptWebSocketAsync();

        ...
    }
}

這里的 Greeter 提供的服務(wù)既能接收 HTTP 請求也能接收 WebSocket 請求。HttpContext?中的?WebSockets?屬性是一個?WebSocketManager?對象，它可以用來判斷當(dāng)前請求是否為一個 WebSocket 請求，也可以用來等待和接收 WebSocket 連接，即上面代碼中的?AcceptWebSocketAsync?方法。另外客戶端的 WebSocket 的 Uri 路徑需要與 Router 指定的路徑對應(yīng)。

連接已經(jīng)建立，現(xiàn)在到了 StreamJsonRpc 發(fā)揮作用的時候了。

發(fā)送請求

客戶端通過 WebSocket 發(fā)送請求的方式和前一篇講的 Stream 方式是一樣的。還記得前一篇講到的 JsonRpc 類的 Attach 靜態(tài)方法嗎？它告訴 StreamJsonRpc 如何傳輸數(shù)據(jù)，并返回一個用于調(diào)用 RPC 的客戶端，它除了可以接收 Stream 參數(shù)外還有多個重載方法。比如：

public static T Attach<T>(Stream stream);
public static T Attach<T>(IJsonRpcMessageHandler handler);

第二個重載方法可以實(shí)現(xiàn)更靈活的 Attach 方式，你可以 Attach 一個交由 WebSocket 傳輸數(shù)據(jù)的管道，也可以 Attach 給一個自定義實(shí)現(xiàn)的 TCP 全雙工傳輸管道（此方式本文不講，但文末會直接給出示例）?，F(xiàn)在我們需要一個實(shí)現(xiàn)了?IJsonRpcMessageHandler?接口的處理程序，StreamJsonRpc 已經(jīng)實(shí)現(xiàn)好了，它是?WebSocketMessageHandler?類。通過 Attach 該實(shí)例，可以拿到一個用于調(diào)用 RPC 服務(wù)的對象。代碼示例如下：

Console.WriteLine("開始向服務(wù)端發(fā)送消息...");
var messageHandler = new WebSocketMessageHandler(webSocket);
var greeterClient = JsonRpc.Attach<IGreeter>(messageHandler);
var request = new HelloRequest { Name = "精致碼農(nóng)" };
var response = await greeterClient.SayHelloAsync(request);
Console.WriteLine($"收到來自服務(wù)端的響應(yīng)：{response.Message}");

你會發(fā)現(xiàn)，定義客戶端和服務(wù)端契約的好處是可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)類型編程。接下來看服務(wù)端如何接收并處理客戶端發(fā)送的消息。

接收請求

和前一篇一樣，我們先定義一個 GreeterServer 類用來處理接收到的客戶端消息。

public class GreeterServer : IGreeter
{
private readonly ILogger<GreeterServer> _logger;
public GreeterServer(ILogger<GreeterServer> logger)
    {
        _logger = logger;
    }

public Task<HelloResponse> SayHelloAsync(HelloRequest request)
    {
        _logger.LogInformation("收到并回復(fù)了客戶端消息");
return Task.FromResult(new HelloResponse
        {
            Message = $"您好， {request.Name}！"
        });
    }
}

同樣，WebSocket 服務(wù)端也需要使用 Attach 來告訴 StreamJsonRpc 數(shù)據(jù)如何通訊，而且使用的也是?WebSocketMessageHandler?類，方法與客戶端類似。在前一篇中，我們 Attach 一個 Stream 調(diào)用的方法是：

public static JsonRpc Attach(Stream stream, object? target = null);

同理，我們推測應(yīng)該也有一個這樣的靜態(tài)重載方法：

public static JsonRpc Attach(IJsonRpcMessageHandler handler, object? target = null);

可惜，StreamJsonRpc 并沒有提供這個靜態(tài)方法。既然 Attach 方法返回的是一個 JsonRpc 對象，那我們是否可以直接實(shí)例化該對象呢？查看該類的定義，我們發(fā)現(xiàn)是可以的，而且有我們需要的構(gòu)造函數(shù)：

public JsonRpc(IJsonRpcMessageHandler messageHandler, object? target);

接下來就簡單了，一切和前一篇的 Stream 示例都差不多。在 RpcController 的 Greeter Action 中實(shí)例化一個 JsonRpc，然后開啟消息監(jiān)聽。

public class RpcController : ControllerBase
{
private readonly ILogger<RpcController> _logger;
private readonly GreeterServer _greeterServer;

public RpcController(ILogger<RpcController> logger, GreeterServer greeterServer)
    {
        _logger = logger;
        _greeterServer = greeterServer;
    }

    [Route("/rpc/greeter")]
public async Task<IActionResult> Greeter()
    {
if (!HttpContext.WebSockets.IsWebSocketRequest)
        {
return new BadRequestResult();
        }

        _logger.LogInformation("等待客戶端連接...");
var socket = await HttpContext.WebSockets.AcceptWebSocketAsync();
        _logger.LogInformation("已與客戶端建立連接");

var handler = new WebSocketMessageHandler(socket);

using (var jsonRpc = new JsonRpc(handler, _greeterServer))
        {
            _logger.LogInformation("開始監(jiān)聽客戶端消息...");
            jsonRpc.StartListening();
await jsonRpc.Completion;
            _logger.LogInformation("客戶端斷開了連接");
        }

return new EmptyResult();
    }
}

看起來和我們平時寫 Web API 差不多，區(qū)別僅僅是對請求的處理方式。但需要注意的是，WebSocket 是長連接，如果客戶端沒有事情可以處理了，最好主動斷開與服務(wù)端的連接。如果客戶客戶沒有斷開連接，執(zhí)行的上下文就會停在?await jsonRpc.Completion?處。

斷開連接

通常斷開連接是由客戶端主動發(fā)起的，所以服務(wù)端不需要做什么處理。服務(wù)端響應(yīng)完消息后，只需使用?jsonRpc.Completion?等待客戶端斷開連接即可，上一節(jié)的代碼示例中已經(jīng)包含了這部分代碼，就不再累述了。如果特殊情況下服務(wù)端需要斷開連接，調(diào)用 JsonRpc 對象的 Dispose 方法即可。

不管是 Stream 還是 WebSocket，其客戶端對象都提供了 Close 或 Dispose 方法，連接會隨著對象的釋放自動斷開。但最好還是主動調(diào)用 Close 方法斷開連接，以確保服務(wù)端收到斷開的請求。對于 ClientWebSocket，需要調(diào)用 CloseAsync 方法?？蛻舳送暾纠a如下：

static async Task Main(string[] args)
{
using (var webSocket = new ClientWebSocket())
    {
        Console.WriteLine("正在與服務(wù)端建立連接...");
var uri = new Uri("ws://localhost:5000/rpc/greeter");
await webSocket.ConnectAsync(uri, CancellationToken.None);
        Console.WriteLine("已建立連接");

        Console.WriteLine("開始向服務(wù)端發(fā)送消息...");
var messageHandler = new WebSocketMessageHandler(webSocket);
var greeterClient = JsonRpc.Attach<IGreeter>(messageHandler);
var request = new HelloRequest { Name = "精致碼農(nóng)" };
var response = await greeterClient.SayHelloAsync(request);
        Console.WriteLine($"收到來自服務(wù)端的響應(yīng)：{response.Message}");

        Console.WriteLine("正在斷開連接...");
await webSocket.CloseAsync(WebSocketCloseStatus.NormalClosure, "斷開連接", CancellationToken.None);
        Console.WriteLine("已斷開連接");
    }

    Console.ReadKey();
}

在實(shí)際項(xiàng)目中可能還需要因異常而斷開連接的情況做處理，比如網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定可能導(dǎo)致連接中斷，這種情況可能需要加入重試機(jī)制。

運(yùn)行示例

由于服務(wù)端使用的是 ASP.NET Core 模板，VS 默認(rèn)使用 IIS Express 啟動，啟動后會自動打開網(wǎng)頁，這樣看不到 Console 的日志信息。所以需要把服務(wù)端項(xiàng)目 WebSocketSample.Server 的啟動方式改成自啟動。

另外，為了更方便地同時運(yùn)行客戶端和服務(wù)端應(yīng)用，可以把解決方案設(shè)置成多啟動。右鍵解決方案，選擇“Properties”，把對應(yīng)的項(xiàng)目設(shè)置“Start”即可。

如果你用的是 VS Code，也是支持多啟動調(diào)試的，具體方法你自行 Google。如果你用的是?dotnet run?命令運(yùn)行項(xiàng)目可忽略以上設(shè)置。

項(xiàng)目運(yùn)行后的截圖如下：

你也可以自定義實(shí)現(xiàn) TCP 全雙工通訊管道，但比較復(fù)雜而且也很少這么做，所以就略過不講了。但我在 GitHub 的示例代碼也放了一個自定義全雙工管道實(shí)現(xiàn)的示例，感興趣的話你可以克隆下來研究一下。

該示例運(yùn)行截圖：

本篇總結(jié)

本文通過示例演示了如何使用 StreamJsonRpc 基于 WebSocket 數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn) JSON-RPC 協(xié)議的 RPC 通訊。其中客戶端和服務(wù)端有共同的契約部分，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)類型編程。通過示例我們也清楚了 StreamJsonRpc 這個庫為了實(shí)現(xiàn) RPC 通訊做了哪些工作，其實(shí)它就是在現(xiàn)有傳輸管道（Stream、WebSocket 和 自定義 TCP 連接）上進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。正如前一篇所說，由于 StreamJsonRpc 把大部分我們不必要知道的細(xì)節(jié)做了封裝，所以在示例中感覺不到 JSON-RPC 協(xié)議帶來的統(tǒng)一規(guī)范，也沒看到具體的 JSON 格式的數(shù)據(jù)。其實(shí)只要遵循了 JSON-RPC 協(xié)議實(shí)現(xiàn)的客戶端或服務(wù)端，不管是用什么語言實(shí)現(xiàn)，都是可以互相通訊的。

希望這三篇關(guān)于 StreamJsonRpc 的介紹能讓你有所收獲，如果你在工作中計劃使用 StreamJsonRpc，這幾篇文章包括示例代碼應(yīng)該有值得參考的地方。