.NET 开源项目 StreamJsonRpc 介绍[中篇]

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上一篇介绍了一些预备知识，包括 JSON-RPC 介绍和实现了 JSON-RPC 的 StreamJsonRpc 介绍，讲到了 StreamJsonRpc 可以通过 .NET 的 Stream 类和 WebSocket 类实现 JSON-RPC 协议的通信。本篇就先选择其中的 Stream 类来讲解，通过具体的示例讲解如何使用 StreamJsonRpc 实现 RPC 调用。

准备工作

先新建两个 Console 应用，分别命名为 StreamSample.Client 和 StreamSample.Server，并均添加 StreamJsonRpc 包引用。

mkdir StreamJsonRpcSamples                              # 创建目录
cd StreamJsonRpcSamples                                 # 进入目录
dotnet new sln -n StreamJsonRpcSamples                  # 新建解决方案
dotnet new console -n StreamSample.Client               # 建新客户端应用
dotnet new console -n StreamSample.Server               # 新建服务端应用
dotnet sln add StreamSample.Client StreamSample.Server  # 将应用添加到解决方案
dotnet add StreamSample.Client package StreamJsonRpc    # 为客户端安装 StreamJsonRpc 包
dotnet add StreamSample.Server package StreamJsonRpc    # 为服务端安装 StreamJsonRpc 包

上篇 提到了实现 JSON-RPC 通讯要经历四个步骤：建立连接、发送请求、接收请求、断开连接，其中发送请求和接收请求可以归为数据通讯，下面按照这几个步骤顺序来逐步讲解。

建立连接

使用 Stream 实现 JSON-RPC 协议的通讯，要求该 Stream 必须是一个全双工 Stream（可同时接收数据和发送数据）或才是一对半双工 Stream（本文不作讨论）。实现了全双工的 Stream 类在 .NET 中有 PipeStream、NetworkStream 等，本示例用的是 NamedPipeClientStream 类和 NamedPipeServerStream，前者用于客户端，后者用于服务端。

先看服务端代码示例：

int clientId = 1;

var stream = new NamedPipeServerStream("StringJsonRpc",
    PipeDirection.InOut,
    NamedPipeServerStream.MaxAllowedServerInstances,
    PipeTransmissionMode.Byte,
    PipeOptions.Asynchronous);

Console.WriteLine("等待客户端连接...");
await stream.WaitForConnectionAsync();
Console.WriteLine($"已与客户端 #{clientId} 建立连接");

这里使用了 NamedPipeServerStream 类，其第一个构造参数指定了该 Stream 管道的名称，方便客户端使用该名称查找。其它参数就不解释了，其各自的含义可以在你编写代码时通过智能提示了解。

Stream 实例通过 WaitForConnectionAsync 来等待一个客户端连接。由于该服务端可以连接多个客户端，这里使用自增长的 clientId 来标识区分它们。

再来看客户端代码示例：

var stream = new NamedPipeClientStream(".",
    "StringJsonRpc",
    PipeDirection.InOut,
    PipeOptions.Asynchronous);

Console.WriteLine("正在连接服务器...");
await stream.ConnectAsync();
Console.WriteLine("已建立连接！");

和服务器类似，客户端使用的是 NamedPipeClientStream 类来建立连接，在其构造参数中需要指定服务端的地址（这里用了.代表本机）和通讯管道的名称。Stream 实例通过 ConnectAsync 方法主动向服务器请求连接。

如果网络是通的，客户端和服务端就能成功建立连接。下面就要实现客户端和服务端之间的数据通讯了，即客户端发送请求和服务端接收并处理请求。

数据通讯

客户端与服务端建立连接后，数据不会无缘无故从一端流到另一端，要实现两端的数据通讯还需要先把通讯管道架设起来，在其两端设定对应的控制和处理程序。工程上这个听起来好像不简单，但对于 StreamJsonRpc 来说是件非常简单的事。最简单的方法是使用 JsonRpc 类的 Attach 静态方法来架设两端的 Stream 管道，该方法返回一个 JsonRpc 实例可以用来控制数据的通讯。

对于服务端，架设管道的同时还要为管道上的请求添加监听和对应的处理程序，比如定义一个名为 GreeterServer 的类来处理“打招呼”的请求：

public class GreeterServer
{
    public string SayHello(string name)
    {
        Console.WriteLine($"收到【{name}】的问好，并回复了他");
        return $"您好，{name}！";
    }
}

然后实例化该类，把它传给 JsonRpc 类的 Attach 静态方法：

static async Task Main(string[] args)
{
    ...
    _ = ResponseAsync(stream, clientId);
    clientId++;
}

static Task ResponseAsync(NamedPipeServerStream stream, int clientId)
{
    var jsonRpc = JsonRpc.Attach(stream, new GreeterServer());
    return jsonRpc.Completion;
}

这里我们单独定义了一个 ResponseAsync 方法用来处理客户端请求，在 Main 函数中我们不用关心该方法返回的 Task 任务，所以使用了弃元。

对于客户端也是类似的，使用 JsonRpc 类的 Attach 静态方法来完成管道架设，并调用 JsonRpc 实例的 InvokeAsync 方法向服务端发送指定请求。代码示例如下：

...
Console.WriteLine("我是精致码农，开始向服务端问好...");
var jsonRpc = JsonRpc.Attach(stream);
var message = await jsonRpc.InvokeAsync<string>("SayHello", "精致码农");
Console.WriteLine($"来自服务端的响应：{message}");

这样就实现了客户端调用服务端的方法，但客户端需要知道服务端的方法签名。这里只是为示例演示，在实际情况中，客户端和服务端需要先约定好接口，这样客户端就可以面向接口实现强类型编程，不必关心服务端处理程序的具体信息。

注意到没，从建立连接到实现数据通讯，客户端和服务端都是对应的，而且使用的类和方法都是相似的。

断开连接

当客户端或服务器端在不需要发送请求或响应请求时，则可以调用 JsonRpc 实例的 Dispose 方法断开并释放连接。

jsonRpc.Dispose();

如果需要断开连接，一般是由客户端这边发起，比如对于控制台应用按 Ctrl + C 结束任务便会断开与服务端的连接。那服务端如何知道某个客户端断开了连接呢？可以手动等待 JsonRpc 实例的 Completion 任务完成，比如：

static async Task ResponseAsync(NamedPipeServerStream stream, int clientId)
{
    var jsonRpc = JsonRpc.Attach(stream, new GreeterServer());
    await jsonRpc.Completion;
    Console.WriteLine($"客户端 #{clientId} 的已断开连接");
    jsonRpc.Dispose();
    await stream.DisposeAsync();
}

这里为了保险起见，我还手动把 stream 也释放掉了。

除了主动断开连接，客户端或服务器抛出未 catch 的异常也会致使连接中断，在实际情况中针对这种异常的连接中断可能需要编写重试机制，这里就不展开讨论了。

完整代码

以上为了讲解方便，代码只贴了与上下文相关的部分，最后我再把完整代码贴一下吧。

服务端 StreamSample.Server 下的 Program.cs：

class Program
{
    static async Task Main(string[] args)
    {
        int clientId = 1;

        while (true)
        {
            var stream = new NamedPipeServerStream("StringJsonRpc",
                PipeDirection.InOut,
                NamedPipeServerStream.MaxAllowedServerInstances,
                PipeTransmissionMode.Byte,
                PipeOptions.Asynchronous);

            Console.WriteLine("等待客户端连接...");
            await stream.WaitForConnectionAsync();
            Console.WriteLine($"已与客户端 #{clientId} 建立连接");

            _ = ResponseAsync(stream, clientId);

            clientId++;
        }
    }

    static async Task ResponseAsync(NamedPipeServerStream stream, int clientId)
    {
        var jsonRpc = JsonRpc.Attach(stream, new GreeterServer());
        await jsonRpc.Completion;
        Console.WriteLine($"客户端 #{clientId} 的已断开连接");
        jsonRpc.Dispose();
        await stream.DisposeAsync();
    }
}

public class GreeterServer
{
    public string SayHello(string name)
    {
        Console.WriteLine($"收到【{name}】的问好，并回复了他");
        return $"您好，{name}！";
    }
}

客户端 StreamSample.Client 下的 Program.cs：

class Program
{
    static async Task Main(string[] args)
    {
        var stream = new NamedPipeClientStream(".",
            "StringJsonRpc",
            PipeDirection.InOut,
            PipeOptions.Asynchronous);

        Console.WriteLine("正在连接服务器...");
        await stream.ConnectAsync();
        Console.WriteLine("已建立连接！");

        Console.WriteLine("我是精致码农，开始向服务端问好...");
        var jsonRpc = JsonRpc.Attach(stream);
        var message = await jsonRpc.InvokeAsync<string>("SayHello", "精致码农");
        Console.WriteLine($"来自服务端的响应：{message}");

        Console.ReadKey();
    }
}

完整代码已放到 GitHub，地址为：

github.com/liamwang/StreamJsonRpcSamples

两个客户端和服务端一起运行的截图：

本篇总结

本文通过一个简单但完整的示例讲解了如何使用 StreamJsonRpc 来实现基于 JSON-RPC 协议的 RPC 调用。由于服务端和客户端都使用的是 StreamJsonRpc 库来实现的，所以在示例中感觉不到 JSON-RPC 协议带来的统一规范，也没看到具体的 JSON 格式的数据。这是因为 StreamJsonRpc 库都已经帮我们封装好了，两端都基于 C#，示例使用的也是简单的 Stream 方式，隐藏了我们不必关心的细节。其实只要符合 JSON-RPC 协议标准，C# 写的服务端也可以由其它语言实现的客户端来调用，反之亦然。

关注我一段时间的朋友都知道，我的文章篇幅一般不会太长，主要是方便大家利用零碎时间把它一次性看完。StreamJsonRpc 的使用远不止本文讲的这些，比如还有基于 WebSocket 进行数据传输的方式。来想通过两篇讲完，但讲了一半就已经超出了预期的篇幅长度。所以我把本文定为[中篇]，如果有时间我会继续写[下篇]，下篇主要会讲 StreamJsonRpc + WebSocket 的使用，并会尽量以更贴合实际应用场景的示例来讲解。