COM服務器的偽異步技術及其實現

COM服務器的偽異步技術及其實現

摘要：COM組件技術在Windows操作系統中發揮了極其重要的作用，但標準COM組件技術在實時操作性上不盡完善。作為補充可以用COM連接點技術和多線程技術來構造一種偽異步技術， 完成某些前者不能完成的任務。本文詳細描述了其實現原理，并根據技術細節提供了作者的解決方案。

關鍵詞： COM;異步調用;連接點;接口;STA; MTA

1. COM異步技術
與普通同步執行的COM服務器不同，一個提供異步方法調用的COM服務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用返回的過程中繼續進行別的工作，從而提高工作效率。 尤其隨著Windows2000和COM 的發布，COM現在已經完全支持異步方法的調用了，通過IDL的定義，由MIDL編譯器為接口的每個方法實現同步和異步兩種獨立的調用定義。但是COM提供的這種異步方法調用并非盡善盡美:
1) 這種技術發布較晚，只在WIN2000下被支持，所以用它開發的軟件不能在Windows 95和Windows NT平臺上運行。
2) 客戶端使用不便，盡管COM通過MIDL生成的接口代理（proxy）與存根（stub）完成了大部分為支持異步方法調用所做的工作，客戶端仍需要完成系列繁瑣的細節工作。
3) 無論客戶端還是服務器端都需要聚合由COM提供的對象，方法調用方式也有別于標準同步調用，因而不適用于標準ACTIVEX控件的編寫，而ACTIVEX控件實質上是一種特殊的COM服務器。
由于上述一系列缺陷，往往需要一種替代解決辦法，通常可以用一些基本的COM技術來構造一種偽異步技術。

2. COM應用
這種偽異步技術是通過接口回調（interface callback）的方法來實現的，它基于兩項關鍵的COM技術: 連接點（Connection point）技術和COM多線程（Multithread）技術。
連接點技術的基礎是COM的出接口（outgoing interface）。出接口與普通的接口不一樣，它由COM服務器端進行定義，但卻由用戶程序來實現（此實現對象被稱為接收器sink），并把接口指針告訴給COM服務器。由于出接口是在服務器的類型庫中定義， 所以COM服務器可以很方便的利用此接口指針與客戶進行通訊。但直接使用出接口，客戶程序和COM服務器都需要出接口有一定的了解，為此COM又提供了連接點技術（可連接對象），如圖:

COM提供的可連接對象，通過IConnectionPointContainer接口管理所有的出接口。對應于每個出接口，可連接對象管理一個連接點對象，每一個連接點對象實現了IConnectionPoint接口，客戶通過連接點對象建立接收器與可連接對象的連接，且通過兩個枚舉器的引入，使得可連接對象支持多個出接口，而每個出接口支持多個與接收器的連接。明顯，連接點技術的實質是對出接口的一種封裝。通過使用連接點技術，COM服務器可以用一種非常常規的方法描述它的引出接口，并為客戶程序提供了一種標準的方法來實現這些接口，對于實現服務器組件的標準化非常方便，也有利于客戶程序的獨立開發，符合中間件開發的原則。
COM多線程管理相當復雜，要實現多線程，應對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（STA，Single-Threaded Apartment）和多線程單元（MTA，MultiThreaded Apartment）。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性和重入限制，每個COM對象都只能屬于某一個單元。STA只能包含一個線程（單元線程），與32位Windows平臺上的用戶界面（UI）線程相似，單元線程擁有一個隱藏的窗口，所有對此線程中服務器組件方法的調用都被COM轉化為消息（message），通過消息循環進行消息分發，并調用窗口過程保證調用到COM對象的成員函數中;而每個MTA可以包含多個線程（自由線程），自由線程相似于Windows平臺的工作（Work）線程，不帶消息分發，可以直接使用。每個進程只能有一個MTA，但是可以于有任意多個STA，每一個使用COM的線程必須通過調用CoInitialize（0）來新建一個STA，或者通過調用CoInitializeEx（0，COINT_MULTITHREAD）來創建或加入一個MTA，否則這個線程將出錯。服務器組件實體存在于線程中，要么處于MTA中，要么處在STA中，別無選擇。遵守如下規則：跨單元的接口指針傳遞需要調度，否則指針無效。

3. 構造偽異步COM服務器
3.1偽異步COM服務器總體框架
偽異步調用的實質是客戶程序將一個自己所實現的接收器指針傳遞到COM服務器，當服務器的接口受到客戶程序調用的時候將產生新的線程來實現功能任務，而客戶程序的調用結束返回，新線程將在任務完成后通過傳入的接口指針回調到客戶程序，以通知客戶程序當前調用服務的消息和結果，從而在客戶程序和服務器之間產生一種對等關系。服務器和客戶程序異步協商過程如下：
1) COM實現一個服務器組件對象，它要么處在STA中，要么處在MTA中。
2) 客戶程序通過COM服務器的公開接口查詢IConnectionPointContainer接口，客戶查詢成功就表明服務器支持連接點。
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，再進行查詢定位。這樣客戶程序可以獲得一個IConnectionPoint接口，并通過它建立與服務器的連接。
4) 定位成功，則由客戶端實現這個出接口，這里的接口實現也即接收器（Sink）。
5) 客戶程序通過IConnectionPoint：：Advise（）方法將一個指向接收器的一個出接口指針傳遞給服務器。連接被建立。
6) COM服務器收到調用請求，創建新線程，并由新線程通過這個收到的出接口指針進行回調（callback）操作，將通知或消息反饋到接收器，從而完成一次異步調用。
這是一種非常常規的方法，為客戶程序提供了一個標準的方法來實現這些接口，而且MFC（微軟基本類庫）和ATL（活動模板類庫）都對連接點技術提供了很好的支持，使用方便。當然也能在服務器組件中直接使用出接口，從而省去出于標準化目的而對出接口進行的封裝。這樣的好處是服務器組件直觀、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標準的方法來實現出接口，所以建議只在服務器和客戶端配合開發，雙方均了解出接口，且接口較為簡單的情況下使用。

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