COM服務(wù)器的偽異步技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)

COM服務(wù)器的偽異步技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)

摘要：COM組件技術(shù)在Windows操作系統(tǒng)中發(fā)揮了極其重要的作用，但標(biāo)準(zhǔn)COM組件技術(shù)在實(shí)時(shí)操作性上不盡完善。作為補(bǔ)充可以用COM連接點(diǎn)技術(shù)和多線程技術(shù)來構(gòu)造一種偽異步技術(shù)，完成某些前者不能完成的任務(wù)。本文詳細(xì)描述了其實(shí)現(xiàn)原理，并根據(jù)技術(shù)細(xì)節(jié)提供了作者的解決方案。

關(guān)鍵詞：COM;異步調(diào)用;連接點(diǎn);接口;STA;MTA

1.COM異步技術(shù)

與普通同步執(zhí)行的COM服務(wù)器不同，一個(gè)提供異步方法調(diào)用的COM服務(wù)器允許客戶程序以一種非阻塞的方式來訪問它，客戶程序可以在等待調(diào)用返回的過程中繼續(xù)進(jìn)行別的工作，從而提高工作效率。尤其隨著Windows2000和COM+的發(fā)布，COM現(xiàn)在已經(jīng)完全支持異步方法的調(diào)用了，通過IDL的定義，由MIDL編譯器為接口的每個(gè)方法實(shí)現(xiàn)同步和異步兩種獨(dú)立的調(diào)用定義。但是COM提供的這種異步方法調(diào)用并非盡善盡美:

1)這種技術(shù)發(fā)布較晚，只在WIN2000下被支持，所以用它開發(fā)的軟件不能在Windows95和WindowsNT平臺上運(yùn)行。

2)客戶端使用不便，盡管COM通過MIDL生成的接口代理與存根完成了大部分為支持異步方法調(diào)用所做的工作，客戶端仍需要完成系列繁瑣的細(xì)節(jié)工作。

3)無論客戶端還是服務(wù)器端都需要聚合由COM提供的對象，方法調(diào)用方式也有別于標(biāo)準(zhǔn)同步調(diào)用，因而不適用于標(biāo)準(zhǔn)ACTIVEX控件的編寫，而ACTIVEX控件實(shí)質(zhì)上是一種特殊的COM服務(wù)器。

由于上述一系列缺陷，往往需要一種替代解決辦法，通?？梢杂靡恍┗镜腃OM技術(shù)來構(gòu)造一種偽異步技術(shù)。

2.COM應(yīng)用

這種偽異步技術(shù)是通過接口回調(diào)的方法來實(shí)現(xiàn)的，它基于兩項(xiàng)關(guān)鍵的COM技術(shù):連接點(diǎn)技術(shù)和COM多線程技術(shù)。

連接點(diǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)是COM的出接口。出接口與普通的接口不一樣，它由COM服務(wù)器端進(jìn)行定義，但卻由用戶程序來實(shí)現(xiàn)，并把接口指針告訴給COM服務(wù)器。由于出接口是在服務(wù)器的類型庫中定義，所以COM服務(wù)器可以很方便的利用此接口指針與客戶進(jìn)行通訊。但直接使用出接口，客戶程序和COM服務(wù)器都需要出接口有一定的了解，為此COM又提供了連接點(diǎn)技術(shù)，如圖:

COM提供的可連接對象，通過IConnectionPointContainer接口管理所有的出接口。對應(yīng)于每個(gè)出接口，可連接對象管理一個(gè)連接點(diǎn)對象，每一個(gè)連接點(diǎn)對象實(shí)現(xiàn)了IConnectionPoint接口，客戶通過連接點(diǎn)對象建立接收器與可連接對象的連接，且通過兩個(gè)枚舉器的引入，使得可連接對象支持多個(gè)出接口，而每個(gè)出接口支持多個(gè)與接收器的連接。明顯，連接點(diǎn)技術(shù)的實(shí)質(zhì)是對出接口的一種封裝。通過使用連接點(diǎn)技術(shù)，COM服務(wù)器可以用一種非常常規(guī)的方法描述它的引出接口，并為客戶程序提供了一種標(biāo)準(zhǔn)的方法來實(shí)現(xiàn)這些接口，對于實(shí)現(xiàn)服務(wù)器組件的標(biāo)準(zhǔn)化非常方便，也有利于客戶程序的獨(dú)立開發(fā)，符合中間件開發(fā)的原則。

COM多線程管理相當(dāng)復(fù)雜，要實(shí)現(xiàn)多線程，應(yīng)對COM的線程模型有深入的了解。COM支持兩種線程模型：單線程單元和多線程單元。如圖所示：

單元是一種抽象的概念，定義了一組對象的邏輯集合，這些對象共享同一組并發(fā)性和重入限制，每個(gè)COM對象都只能屬于某一個(gè)單元。STA只能包含一個(gè)線程，與32位Windows平臺上的用戶界面線程相似，單元線程擁有一個(gè)隱藏的窗口，所有對此線程中服務(wù)器組件方法的調(diào)用都被COM轉(zhuǎn)化為消息，通過消息循環(huán)進(jìn)行消息分發(fā)，并調(diào)用窗口過程保證調(diào)用到COM對象的成員函數(shù)中;而每個(gè)MTA可以包含多個(gè)線程，自由線程相似于Windows平臺的工作線程，不帶消息分發(fā)，可以直接使用。每個(gè)進(jìn)程只能有一個(gè)MTA，但是可以于有任意多個(gè)STA，每一個(gè)使用COM的線程必須通過調(diào)用CoInitialize來新建一個(gè)STA，或者通過調(diào)用CoInitializeEx來創(chuàng)建或加入一個(gè)MTA，否則這個(gè)線程將出錯。服務(wù)器組件實(shí)體存在于線程中，要么處于MTA中，要么處在STA中，別無選擇。遵守如下規(guī)則：跨單元的接口指針傳遞需要調(diào)度，否則指針無效。

3.構(gòu)造偽異步COM服務(wù)器

偽異步COM服務(wù)器總體框架

偽異步調(diào)用的實(shí)質(zhì)是客戶程序?qū)⒁粋€(gè)自己所實(shí)現(xiàn)的接收器指針傳遞到COM服務(wù)器，當(dāng)服務(wù)器的接口受到客戶程序調(diào)用的時(shí)候?qū)a(chǎn)生新的線程來實(shí)現(xiàn)功能任務(wù)，而客戶程序的調(diào)用結(jié)束返回，新線程將在任務(wù)完成后通過傳入的接口指針回調(diào)到客戶程序，以通知客戶程序當(dāng)前調(diào)用服務(wù)的消息和結(jié)果，從而在客戶程序和服務(wù)器之間產(chǎn)生一種對等關(guān)系。服務(wù)器和客戶程序異步協(xié)商過程

1)COM實(shí)現(xiàn)一個(gè)服務(wù)器組件對象，它要么處在STA中，要么處在MTA中。

2)客戶程序通過COM服務(wù)器的公開接口查詢IConnectionPointContainer接口，客戶查詢成功就表明服務(wù)器支持連接點(diǎn)。

3)查詢成功，客戶程序使用上面接口的FindConnectionPoint方法來定位特定的出接口;或者用EnumConnectionPoints方法枚舉所有連接點(diǎn)，再進(jìn)行查詢定位。這樣客戶程序可以獲得一個(gè)IConnectionPoint接口，并通過它建立與服務(wù)器的連接。

4)定位成功，則由客戶端實(shí)現(xiàn)這個(gè)出接口，這里的接口實(shí)現(xiàn)也即接收器。

5)客戶程序通過IConnectionPoint：：Advise方法將一個(gè)指向接收器的一個(gè)出接口指針傳遞給服務(wù)器。連接被建立。

6)COM服務(wù)器收到調(diào)用請求，創(chuàng)建新線程，并由新線程通過這個(gè)收到的出接口指針進(jìn)行回調(diào)操作，將通知或消息反饋到接收器，從而完成一次異步調(diào)用。

這是一種非常常規(guī)的方法，為客戶程序提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的方法來實(shí)現(xiàn)這些接口，而且MFC和ATL都對連接點(diǎn)技術(shù)提供了很好的支持，使用方便。當(dāng)然也能在服務(wù)器組件中直接使用出接口，從而省去出于標(biāo)準(zhǔn)化目的而對出接口進(jìn)行的封裝。這樣的好處是服務(wù)器組件直觀、高效，可以減少額外的開銷，但是它不能為客戶程序提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的方法來實(shí)現(xiàn)出接口，所以建議只在服務(wù)器和客戶端配合開發(fā)，雙方均了解出接口，且接口較為簡單的情況下使用。

MTA中的COM服務(wù)器

如果COM服務(wù)器組件處在一個(gè)多線程單元里面的，要實(shí)現(xiàn)異步回調(diào)非常容易，只要新生成的線程通過CoInitializeEx也加入了同一個(gè)MTA，那么COM服務(wù)器就可以簡單地將接收器傳入的出接口指針傳遞給這個(gè)新線程，新線程可以使用這個(gè)指針直接進(jìn)行回調(diào)操作。原因很簡單，出接口的指針傳遞并沒有跨單元。如果新生成的線程通過CoInitialize創(chuàng)建了一個(gè)新的STA，我們也可以作同樣處理。在此情況下，跨單元的接口指針傳遞的確需要進(jìn)行調(diào)度，但是COM相當(dāng)聰明，在此情況下它能自動完成指針的調(diào)度。當(dāng)然了，調(diào)度必然影響組件的效率，不管我們是手動調(diào)度或者是COM進(jìn)行的自動調(diào)度。在服務(wù)器的開發(fā)中引入MTA，通常是為了追求高效率，提供組件對并行性的支持。相應(yīng)的，必須對服務(wù)器對象的成員函數(shù)進(jìn)行同步處理，保證多個(gè)線程調(diào)用不會發(fā)生沖突，也就是說服務(wù)器組件必須是在各方面都是線程安全的，全局?jǐn)?shù)據(jù)也必須要受到保護(hù)。

STA中的COM服務(wù)器

COM服務(wù)器組件如果被建立在一個(gè)單線程單元里面的，情況就不同了，因?yàn)镾TA中只存在一個(gè)線程，要實(shí)現(xiàn)異步回調(diào)，必然要涉及到出接口指針的跨單元使用。通常有兩種解決方案:

(1)由COM服務(wù)器組件把出接口指針調(diào)度到新的線程中去，這個(gè)過程在通常情況下是由服務(wù)器組件的開發(fā)人員手工進(jìn)行調(diào)度，COM提供了兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的函數(shù)，服務(wù)器組件使用函數(shù)CoMarshallInterThreadInterfaceInStream將出接口指針調(diào)度到一個(gè)流中去，而在需要執(zhí)行回調(diào)的新線程里使用COM所提供的CoGetInterfaceAndReleaseStream&pCallBack）函數(shù)將流里的出接口指針pCallBack取出來。通過這個(gè)調(diào)度過程，COM為指針在兩端建立了代理和存根，我們就可以在新線程里直接使用這個(gè)指針進(jìn)行回調(diào)操作了。這是一個(gè)普遍的用法，但是指針的調(diào)度是一個(gè)開銷很大的過程，所以它的效率不高。

(2)我們還可以采用另外一種替代方法：新線程向服務(wù)器所在線程發(fā)送的窗口消息，由COM服務(wù)器組件實(shí)現(xiàn)回調(diào)函數(shù)來響應(yīng)這個(gè)消息。這個(gè)過程主要是利用消息循環(huán)，讓STA中的窗口過程保證調(diào)用到COM對象相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)中去，新線程可以避免對出接口指針的直接操作。由于避免了指針的跨單元傳遞，我們就可以節(jié)省跨單元調(diào)度所需要的開銷，效率非常高。在很多時(shí)候這甚至是唯一的方法，在ATL中使用連接點(diǎn)技術(shù)非常方便，因?yàn)锳TL通過連接點(diǎn)向?qū)榛卣{(diào)提供了一個(gè)連接代理，對回調(diào)過程進(jìn)行了很好的封裝。但是出接口指針被完全封裝到了觸發(fā)函數(shù)中，要跨單元傳遞出接口指針就非常困難，所以通過消息來觸發(fā)回調(diào)就成了最好的選擇。但是應(yīng)強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，STA里線程必須要實(shí)現(xiàn)自己的消息循環(huán)機(jī)制，能夠分發(fā)消息，否則對STA中組件方法的任何調(diào)用都將被掛起。所以用MFC來實(shí)現(xiàn)一個(gè)存在于STA中的COM服務(wù)器是一個(gè)很壞的選擇，因?yàn)镸FC中STA的線程是不具有消息循環(huán)的。

采用STA開發(fā)COM服務(wù)器雖然復(fù)雜，但優(yōu)點(diǎn)明顯。STA中的單元線程擁有隱藏的窗口，所有對此線程中服務(wù)器組件方法的調(diào)用都被COM轉(zhuǎn)化為消息，由窗口過程保證調(diào)用到COM對象的成員函數(shù)中。由于消息總按照一定順序執(zhí)行，所以不需要進(jìn)行同步處理，這也是STA模型的最大優(yōu)點(diǎn)----由COM來處理多數(shù)線程同步方面的細(xì)節(jié)問題。如果并不太關(guān)心并行性，而更看重組件的功能，那么就可以引入單線程單元來設(shè)計(jì)服務(wù)器組件。

4.結(jié)論

要實(shí)現(xiàn)一個(gè)偽異步工作的COM服務(wù)器，必須對連接點(diǎn)技術(shù)和COM線程模型進(jìn)行合理的組合使用，尤其線程模型的選擇更是我們實(shí)現(xiàn)高效COM服務(wù)器的關(guān)鍵。此外，作者個(gè)人推薦使用ATL來開發(fā)這樣一個(gè)服務(wù)器組件，因?yàn)樗`活，高效，對COM的各項(xiàng)技術(shù)均提供了極好的支持，尤其在對COM線程模型的支持方面，是MFC所不能比擬的。

[參考文獻(xiàn)]

[1]TomArmstrong等，董梁等，ATL開發(fā)指南[