WCF探勘10－InstanceContextMode與ConcurrencyMode
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跟ASP.NET WebForm或MVC Controller一樣，WCF在接收Client的呼叫時，Server端必須建立一個Service型別的Instacne（執行個體）執行作業。在WebForm或MVC Controller裡，多採行「為每次Request建立Instance，處理完畢就抛棄」的策略，這與HTTP協定的無狀態（Stateless）特性有關。WCF Service因支援雙向呼叫等應用模型，故WCF Service Instance的生命週期管理比一般ASP.NET網頁複雜。
透過[ServiceBehavior(InstanceContextMode=…)]，我們可以指定Service Instance採行以下三種策略：
- PerCall：每次接受呼叫就新建一個Instance，跟WebForm或MVC Controller概念一致。
- PerSession：為每個Session建立一個Instance，用該Instance處理該Session的所有呼叫。
註：WCF Session的定義是從Clinet端new TheWcfProxyClient()開始，一直到它.Close()結束或Dispose()被回收為止。另外，要啟用Session需選用Ws*Binding、NetTcpBinding、NetNamedPipeBinding等管道，像BasicHttpBinding就不支援。（參考：WCF預設Binding種類） - Single：從頭到尾只會建一個Instance，服務所有呼叫要求。
PerCall走的是無狀態（Stateless）哲學，所有呼叫動作彼此獨立無關聯，故可輕易透過擴充伺服器數量提高系統負荷量。當Instance建立成本較高，或在多次呼叫動作間需保留狀態，就必須考慮改用PerSession或Single方式。而雙向式WCF作業，Server端需要一個持續存在的Instance主動向Client發動呼叫，故需使用PerSession或Single。（延伸閱讀：WCF Sessions - Brief Introduction - CodeProject）
除了InstanceContextMode，ServiceBehavior還有另一個參數ConcurrencyMode，ConcurrencyMode有三個選項：
- Single：WCF在執行作業時會鎖定Service Context（包含Service Instance），限定單一時間只能由一條執行緒存取，如此可避免非同步作業衍生的資源存取衝突。但需留意如此限定對該Instance的所有作業只能循序執行，上演以前提過的ASP.NET大排長龍效應。
- Multiple：允許多執行緒同時存取，可達最高效能，但如共用Instance或其他資源，開發者必須使用lock等機制自行確保Thread-Safe。
- Reentrant：類似Single，不允許多執行緒同時存取Instance，但該Instance向外呼叫其他WCF服務又回頭對該Instance發動的呼叫則不在此限，以避免Deadlock。
延伸閱讀：Chapter 8. Concurrency Management
了解原理後，免不了要實驗驗證。我設計如下的Service1.svc.cs，Instance建立時以GUID隨機命名，用來區別不同的Instance。ShowInstanceAndThread()作業會延遲一秒再傳回Instance名稱及當下執行的Thread ID，延遲一秒目的在突顯呼叫為循序執行還是同時並行。在Service1類別我們加上ServiceBehavior Attribute，切換不同InstanceContextMode及ConcurrencyMode，以觀察不同模式下的執行結果。
using System; using System.ServiceModel; using System.Threading; namespace WcfTest { [ServiceContract]
public interface IService1
{ [OperationContract]
string ShowInstanceAndThread(); }
[ServiceBehavior(
InstanceContextMode = InstanceContextMode.PerCall,
ConcurrencyMode = ConcurrencyMode.Single
)]
public class Service1 : IService1
{ //Instance建立時隨機決定instanceName string instanceName = Guid.NewGuid().ToString().Substring(0, 4); public string ShowInstanceAndThread()
{ Thread.Sleep(1000);
return string.Format("{0}/Thread:{1}/Time:{2:HH:mm:ss.fff}",
instanceName, Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, DateTime.Now);
}
}
}
由於預設的basicHttpBinding不支援Session，web.config要修改一下：(註：我在本機測試，故忽略驗證問題，否則還需加上<security mode="None" />設定，相關細節請參閱前文）
<protocolMapping>
<add binding="wsHttpBinding" scheme="http"/>
</protocolMapping>
WCF Client加入參照後，程式中同時建立兩個Service1Client()（在PerSession模式會在Server端對應兩個專屬Service Instance），先用client.Open()跟Server建立連線，之後用Parallel.For同時送出三次ShowInstanceAndThread()呼叫，由於非同步執行無法預期執行順序，這裡用了點小技巧，讓第一次呼叫Delay 50ms，第二次Delay 100ms，第三次Delay 150ms，確保三次呼叫先後送出：
static Task RunTest(string name)
{ return Task.Factory.StartNew(() => { var client = new WcfTest.Service1Client(); //呼叫client.Open()，確保WCF服務就緒 client.Open();
Parallel.For(1, 4, (j) =>
{ //加上小小的延遲，確保先發j=1，再依序發2,3 Thread.Sleep(j * 50);
Console.WriteLine("N={0},J={1}->{2}", name, j, client.ShowInstanceAndThread());
});
});
}
static void Main(string[] args)
{ var jobs = new List<Task>(); for (var i = 1; i <= 2; i++) { jobs.Add(RunTest("Client" + i)); }
Task.WaitAll(jobs.ToArray());
Console.Read();
}
準備就緒，來看看不同InstanceContextMode及ConcurrencyMode的測試結果。
1. InstanceContextMode.PerCall + ConcurrencyMode.Multiple
N=Client2,J=2->8f3e/Thread:17/Time:15:43:41.062
N=Client1,J=3->abf9/Thread:22/Time:15:43:41.063
N=Client2,J=1->d99a/Thread:11/Time:15:43:41.059
N=Client1,J=1->a66b/Thread:12/Time:15:43:41.059
N=Client2,J=3->21c7/Thread:14/Time:15:43:41.063
N=Client1,J=2->8131/Thread:15/Time:15:43:41.060PerCall時每次呼叫用的Instance都不同，同時執行。
2. InstanceContextMode.PerCall + ConcurrencyMode.Single
N=Client2,J=1->99c9/Thread:11/Time:15:45:43.497
N=Client1,J=1->525a/Thread:9/Time:15:45:43.497
N=Client2,J=2->ac78/Thread:11/Time:15:45:44.506
N=Client1,J=2->0a2b/Thread:9/Time:15:45:44.505
N=Client1,J=3->2c51/Thread:9/Time:15:45:45.513
N=Client2,J=3->96be/Thread:11/Time:15:45:45.514指定ConcurrencyMode.Single，出現Client2固定用Thread 11，Client1固定用Thread 9的結果，雖然Instance每次不同，但WCF鎖定的對象為整個Service Contexty，Client1/Client2的三次呼叫循序跑完，耗時三秒。
3. InstanceContextMode.PerSession + ConcurrencyMode.Multiple
N=Client2,J=1->9dae/Thread:11/Time:15:47:20.290
N=Client1,J=2->3a09/Thread:14/Time:15:47:20.293
N=Client1,J=3->3a09/Thread:13/Time:15:47:20.293
N=Client2,J=3->9dae/Thread:17/Time:15:47:20.293
N=Client1,J=1->3a09/Thread:9/Time:15:47:20.290
N=Client2,J=2->9dae/Thread:15/Time:15:47:20.291看出PerSession的效果了，Client1固定用Instance 3a08，Client2固定用9dae，但六次呼叫同時跑完。
4. InstanceContextMode.PerSession + ConcurrencyMode.Single
N=Client2,J=1->df72/Thread:10/Time:15:48:22.361
N=Client1,J=1->26ab/Thread:9/Time:15:48:22.361
N=Client2,J=2->df72/Thread:10/Time:15:48:23.372
N=Client1,J=2->26ab/Thread:9/Time:15:48:23.370
N=Client2,J=3->df72/Thread:10/Time:15:48:24.380
N=Client1,J=3->26ab/Thread:9/Time:15:48:24.381Client1固定用Instance 26ab，Client2固定用df72，各自的三次呼叫循序跑完。
5. InstanceContextMode.Single + ConcurrencyMode.Multiple
N=Client1,J=2->3df5/Thread:14/Time:15:49:22.760
N=Client2,J=1->3df5/Thread:9/Time:15:49:22.759
N=Client2,J=3->3df5/Thread:21/Time:15:49:22.764
N=Client1,J=1->3df5/Thread:8/Time:15:49:22.759
N=Client2,J=2->3df5/Thread:10/Time:15:49:22.762
N=Client1,J=3->3df5/Thread:13/Time:15:49:22.762Client1與Client2共用Instance 3df5，六次呼叫同時跑完。
6. InstanceContextMode.Single + ConcurrencyMode.Single
N=Client1,J=1->8044/Thread:14/Time:15:50:16.621
N=Client2,J=1->8044/Thread:13/Time:15:50:17.626
N=Client1,J=2->8044/Thread:14/Time:15:50:18.628
N=Client2,J=2->8044/Thread:13/Time:15:50:19.631
N=Client1,J=3->8044/Thread:14/Time:15:50:20.637
N=Client2,J=3->8044/Thread:14/Time:15:50:21.642Client1與Client2共用Instance 8044，六次呼叫排成一列，花六秒慢慢消化。
由以上結果，我們觀察到InstanceContextMode及ConcurrencyMode對Instance管理及執行順序的影響，可做為日後設計WCF服務的參考。
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