多语言多平台相互通信的数据完整性如何保证

秒速五厘米 2023-05-29 13:30 3阅读 0赞

多语言多平台应用程序之间的数据交换（互相通讯）一直是困扰广大程序员的难题，尽管已经出现了各式各样的解决方案，但迄今为止没有哪一种方案是完美无缺的。因此，只有学习并了解了它们的优缺点后，才能在特定的情况下选择最佳方案，以满足最终的要求。

### **1.不同情况下的方案概述** ###

**1、共享**  
　　在硬盘上建立一个文件，一个应用程序往该文件里写数据（可以不关闭文件，但必须刷新缓冲区），另一个应用程序以共享方式打开这个文件并读取其中的内容，这便是最简单的一种数据交换方式。对于网络用户而言，只要两台终端上安装的都是Win311 For Workgroup或Windows 95（或NT），则只要设置一下目录共享，映射成网络驱动器，同样可以简单地实现数据交换。但它的缺点也是显而易见的：只能采取轮询的方式获得最新数据（效率低下）,网络映射的驱动器绝对不能变动或取消（可靠性差）,所以这是一种“低级”的通讯方式。  
  
**2、DDE（Dynamic Data Exchange）**  
　　每个Windows程序员都不会对DDE（动态数据交换）感到陌生，它是最早的基于Windows的数据交换方法，有三种方式可供选择：冷连接、温连接和热连接。一般都是由客户端向服务器端发出连接申请，并且必须指明服务器端的名字和标题。在连接建立后，数据可以双向流动。典型的例子如抓图软件SnagIt，它提供了DDE接口，能够让其它应用程序来控制它。DDE是完全向后兼容的，从16位平台转到32位，源代码几乎不用修改。  
DDE还有网络功能。使用过Win311 For Workgroup的人大概都还记得，它自带一个非常吸引人的小程序“Chat”，能使两台计算机通过网络实时交谈，这在当时几乎是一项创举。可是很少有人知道“Chat”使用的是一种特殊的DDE，即NetDDE。它的基本工作原理仍然是DDE，但它能使一台计算机向在同一个网络中的另一台终端发消息，而不像普通DDE 只能局限在同一台机器上。与其它的数据交换方式相比，DDE已不够先进，而且Microsoft也不再积极支持DDE，所以它的前景不被看好。

**3、WM\_COPYDATA**  
Windows消息WM\_COPYDATA功能强大，知之者却甚少。它的确切定义是：一个应用程序向另一个应用程序传递数据时所发出的消息。众所周知，Windows 在很大程度上依赖于消息机制，那么我们为什么不把数据放在消息中一起发送出去呢？这样，我们只要调用SendMessage（），以对方窗体的句柄作为第一个参数，以含有指向实际数据的指针结构的地址作为第二个参数，就可以把整个数据块当作消息发向另一个应用程序。也许有的程序员会说，一个自定义的消息同样可以完成这样的工作。他只说对了一半。自定义消息的确可以发送到其它的应用程序上去，但其原始数据所在的内存区只有在发送过程中才是合法的，若在其它模块中存取该内存区就会导致“Access Violation”。而使用WM\_COPYDATA 则不存在这个问题，因为Windows 本身会替你处理这一切。深入钻研下去，你会发现它其实是先创建了一个文件映射的对象，将发送方的原始数据先拷贝至映射文件，然后再在接收方对这个映射文件打开一个“视图”。WM\_COPYDATA 的不足之处在于：必须要有一个窗体来接收消息和数据（缺乏灵活性），数据在使用之前先得拷贝到一个映射文件（浪费资源）。  
  
**4、NetBIOS**  
　　从80年代开始，NetBIOS就是开发Client/Server类程序的标准接口。而当时其它的解决方案几乎都是从UNIX系统上发展而来的。当然，对于今天的用户而言，NetBIOS已不是唯一的选择，他们可以从各种方案中择优选取。在Windows 95和NT平台上，可以通过API函数Netbios()来调用NetBIOS功能。  
NetBIOS兼容以下几种低层协议：NetBEUI协议（NBF）、NWLinkNetBIOS(NWNBlink)、NetBIOS over TCP/IP(NetBT)。NetBIOS的优点是速度较快，缺点是可靠性较差。  
  
**5、标准的Sockets和WinSock**  
Sockets是15年前在UNIX系统上提出来的，一开始主要是用于本地通讯，但很快就应用在Client/Server体系上了。它的内核很简单：你可以将一个Socket看作是一个双向的节点，一个应用程序可以通过它先与另一个程序建立连接（建立在一个双方都认可的端上，以便于区分同时运行的几个通讯线程），然后就可以彼此交换数据了。微软公司在其基础上创建了WinSock，专门用于Windows接口，与Socket完全兼容。近年来基于TCP/IP协议的网络大行其道，Socket也随之获得了更加广泛的应用。  
　　如今，Sockets已在Internet上获得了最广泛的应用，主要是因为它的可移植性好：  
Socket应用程序无论在任何平台间都能互相进行通讯（不管是PC机还是Macintosh,也不管是Windows平台还是UNIX平台）。而最新推出的WinSock 2.0，已不仅仅只基于TCP/IP协议，还可基于其它几种传输协议（如IPX）。  
Socket的缺陷是它工作在通讯的低层，所以实现起来较为复杂（如果是Win 95或NT平台，则不存在这个问题，微软公司提供了相应的控件）。但是，如果要在多个平台间互相通讯，则Socket是不二之选。  
  
**6、Mailslot和Pipe**  
Mailslot和Pipe有很多相同点，即都是高层的、基于内存的通讯系统。Mailslot由Server端创建，代码如下：  
myMailslot = CreateMailslot(pSlotName, 0, MAILSLOT\_WAIT\_FOREVER, NULL);  
　　然后，Client端就可以像打开文件一样打开这个Mailslot，再通过API函数WriteFile()来将数据写入到消息队列中。  
　　与此相类似，Pipe也是由Server端创建的，代码如下：  
pipe = CreateNamedPipe(pPipeName, PIPE\_ACCESS\_DUPLEX, PIPE\_TYPE\_MESSAGE |PIPE\_READMODE\_MESSAGE | PIPE\_WAIT, PIPE\_UNLIMITED\_INSTANCES, BUFSIZE,BUFSIZE, 20000, NULL);  
　　接着，Client端就可以通过一般的文件API读写数据，代码如下：  
pipe = CreateFile(pPipeName, GENERIC\_READ | GENERIC\_WRITE, 0, NULL, OPEN\_EXISTING,0,NULL);  
success = WriteFile(pipe, pMessage, strlen(pMessage) + 1, &bytesWritten, NULL);  
Pipe分两种，即命名Pipe和匿名Pipe。匿名Pipe是以句柄而不是以名字来进行标识的，因而也就限制了它只能在同一台机器上通讯，而不能应用于网络。命名Pipe则提供了以名字来进行标识，所以能在网络上的其它任何地方打开它。需要注意的是：命名Pipe只能在 Win NT而不是Win 95上创建（即Server端），Client端则可以是任意平台。  
Pipe既可以单向通讯也可以双向通讯，Mailslot则只能单向通讯。Client端可以发送消息给mailslot，但不能接收消息；如果你想要接收消息，则只能创建一个新的mailslot。但mailslot有一个很大的优点：它支持数据广播。也就是说，若Client端发送一条消息，则整个网络中的同名对象都能收到。这是因为mailslot的名字的作用域只是在本台机器上，所以可在不同机器上创建同名的mailslot，当Client端发来消息时则每一台机上的mailslot都得到了该消息的一份拷贝，并在本机上作出相应的反应。Mailslot的最大缺陷是不可靠，因为它的数据是以数据报格式来传送的，网络错误或负荷过重都会导致数据丢失。  
Pipe则较为可靠，但它不能广播。所以，如果你不需要进行广播，则Pipe是更好选择。选择Mailslot，则要对此后遇到的麻烦有充分的准备。  
  
**7、剪贴板（Clipboard）**  
　　大家对Windows的剪贴板应该不会感到陌生吧？它的出现就是为了实现应用程序间的互相数据交换。Windows提供了一系列的API函数来让应用程序安全地打开剪贴板，读写其中的数据。  
　　剪贴板的缺陷也是显而易见的：当有新的数据放在剪贴板上时，则先前的数据就会被冲掉，而在Windows中用到剪贴板的时候又实在太多了，所以这种方式用于程序间的通讯显然不够安全。  
  
**8、COM和DCOM**  
　　公共对象模式（COM）是一种协议，它建立了一个软件模块同另一个软件模块之间的连接，然后将其描述出来。当这种连接建立起来之后，则两个模块之间就可以通过称为“接口”的机制来进行通讯。COM可以用不同的语言（VB、VC、Delphi）进行编制，又能被其它语言编写的程序所使用，并且不用管通讯双方实际所处的位置（是在同一台机上，还是在同一个网络上的不同机上）。事实上，Internet上有大量的COM控件可供人们下载使用，其中有相当一部分就是用于应用程序间的相互通讯（甚至是Internet程序间的通讯），硬盘上能够看到的大量的.ocx文件其实就是一种COM。  
COM对象为外部调用提供了一个标准的界面，COM Client通过创建COM Server的一个实例获得指针，转向所需的函数定义处并执行相应的程序。讲得通俗一点，也就是先正确定义好COM对象的属性（Property），再执行相应的方法（Method）。  
DCOM（分布式公共对象模式）是COM在网络上的一种扩展，它通过把分布式对象间的通讯变成一个实体来实现通讯。  
COM如今被微软公司大力提倡，最著名的有OLE、ActiveX、DirectX和Win95、WinNT的外壳。由于微软公司目前在软件业处于霸主地位，所以COM很有可能成为将来的业界标准，其前途也较为看好。但COM的庞大也会使一些经验丰富的程序员望而却步，他们宁可自己多写一些代码以使整个程序更为简洁、有效而不愿使用COM。

总结：以上介绍的只是现今流行的一些通讯方法，它们各有各的优缺点，没有哪一种是万能的。因此，只有在合适的场合采用合适的方案，才是最好的解决办法。个人觉得一般是多语言多平台相互通信一般用 Sockets通信。

### **2.Sockets数据传输的可能存在问题及解决方案** ###

**消息粘包**

TCP保证数据完整性、顺序性，不会发生消息粘包

UDP不保证数据完整性，可能发生丢包的情况

粘包并非数据传输层的粘包，是数据处理逻辑层面上的粘包，也就是网络上各种包的处理。比如接收的包不是想要的包，或者接收包的顺序发生错误等

**消息不完整性**

TCP不会发生数据不完整的情况，一旦出现一定是TCP停止运行

消息不完整依然指的是数据逻辑接收层面。物理传输层面数据一定能安全完整的送达另一端，但另一端可能因为缓冲区不够或数据接收逻辑不够完整导致只能读取部分数据

**可能出现的消息传输错误**

多消息粘包

单消息不完整