高屋建瓴：梳理编程约定

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完整目录与前言

高屋建瓴：梳理编程约定

• 2.1 代码中的Client与Server    21
• 2.2 方法与线程的关系    22
• 2.3 调用线程与当前线程    24
• 2.4 阻塞方法与非阻塞方法    24
• 2.5 UI线程与线程    25
• 2.6 原子操作    26
• 2.7 线程安全    27
• 2.8 调用（Call）与回调（CallBack）    30
• 2.9 托管资源与非托管资源    31
• 2.10 框架（Frameworks）与库（Library）    32
• 2.11 面向（或基于）对象与面向（或基于）组件    33
• 2.12 接口    34
• 2.13 协议    35
• 2.14 本章回顾    39
• 2.15 本章思考    39

在实际编程中，我们会遇见各种各样的概念，虽然有的并没有官方定义，但是我们可以自己给它取一个形象的名称。本章总结了13条会在本书中出现的概念。

2.1 代码中的Client与Server

我们一般说到Client和Server，就会联想到网络通讯，TCP、UDP或者Socket这些概念马上就浮现在头脑中。其实Client和Server不仅仅可以用来形容网络通讯双方，它还可以用来形容代码中两个有交互的代码块。

通讯结构中的Client与Server有信息交互，一般Server为Client提供服务。代码中的一个方法调用另外一个对象的方法，同样涉及到信息交互，也同样可以看作这个对象为其提供服务。见下图2-1：

图2-1 Client与Server关系图

图2-1中"对象"称作Server，Client与Server可以不在一个程序集中，也可以不在同一个AppDomain里，更可以不在一个进程中，甚至都不在一台主机上。下面代码演示了Client与Server的关系：

 1 //Code 2-1  2   3 class A  4 {  5     //…  6     public int DoSomething(int a,int b)  7     {  8         //do something here  9         return a+b; 10     } 11 } 12 class Program 13 { 14     static void Main() 15     { 16         A a = new A(); 17         int result = a.DoSomething(3,4); //invoke public method a.DoSomething 18     } 19 }

代码Code 2-1中a对象是Server，Program是Client，前者为后者提供服务。

注： Client 和 Server 不一定指的是对象， A 程序集调用 B 程序集中的类型，我们可以把 A 当作 Client ，把 B 当作 Server 。 Client 与 Server 也不是绝对的，在一定场合， Client 也可以看作是 Server 。

2.2 方法与线程的关系

线程和方法没有一对一的关系，也就是说，一个线程可以调用多个方法，而一个方法又可以被多个线程调用。由于在代码中，我们看得见的只有方法，因此有时候我们很难分清楚某个方法到底会运行在哪个线程之中。

 1 //Code 2-2  2   3 class Program  4 {  5     static void DoSomething()  6     {  7         //do something here  8     }  9     static void Main() 10     { 11         //… 12         Thread th1 = new Thread(new ThreadStart(DoSomething)); 13         Thread th2 = new Thread(new ThreadStart(DoSomething)); 14         th1.Start(); 15         th2.Start(); 16     } 17 }

代码Code 2-2中的DoSomething方法可以同时运行在两个线程当中。以上代码还是比较直观的情况，有时候，一点线程的影子都看不见，

 1 //Code 2-3  2   3 class Form1:Form  4 {  5     //…  6     private void DoSomething()  7     {  8         //do something here  9         //maybe invoke UI controls 10     } 11     private btn1_Click(object sender,EventArgs e) 12     { 13         BackgroundWorker back = new BackgroundWorker(); 14         back.DoWork += back_DoWork; 15         back.Start(); 16         DoSomething(); //NO.1 17     } 18     private void back_DoWork(object sender,DoWorkEventArgs e) 19     { 20         DoSomething(); //NO.2 21     } 22 }

上面代码Code 2-3中有两处调用了DoSomething方法，一个在btn1.Click的事件处理程序中，一个在back.DoWork的事件处理程序中，前者在UI线程中运行，而后者在非UI线程中运行，两者可以同时进行。

当我们不确定我们编写的方法到底会在哪些线程中运行时，我们最好需要特别注意一下，如果方法访问了公共资源，多个线程同时执行这个方法时可能会引起资源异常。另外，只要我们确定了两个方法只会运行在同一个线程中，那么这两个方法不可能同时执行，跟方法处在的位置无关，

 1 //Code 2-4  2   3 class Form1:Form  4 {  5     //…  6     private void DoSomething()  7     {  8         //do something here  9         //maybe invoke UI controls 10     } 11     private void btn1_Click(object sender,EventArgs e) 12     { 13         DoSomething(); //NO.1 14     } 15     private void btn2_Click(object sender,EventArgs e) 16     { 17         DoSomething(); //NO.2 18     } 19 }

上面代码Code 2-4中btn1.Click和btn2.Click的事件处理程序中都调用了DoSomething方法，但是由于btn1.Click和btn2.Click的事件处理程序都在UI线程中运行，所以这两处的DoSomething方法不可能同时执行，只可能一前一后，此时我们不需要考虑方法中访问的公共资源是否线程安全。

注：正常情况下，上面的结论成立，但是如果你非要在 DoSomething 中写了一些特殊代码，比如 Application.DoEvents() ，那么情况就不一定了，很有可能在 btn1_Click 中的 DoSomething 方法中调用 btn2_Click 方法，从而造成 DoSomething 方法还未结束，另一个 DoSomething 方法又开始执行，这个涉及到 Windows 消息循环的知识，本书第八章有讲到。

2.3 调用线程与当前线程

前一节中说明了线程与方法的关系，一个线程很少只调用一个启动方法，多数情况下，启动方法中会调用其它方法，一个方法在哪个线程中运行，那么这个线程就是它的当前线程，

 1 //Code 2-5  2   3 class A  4 {  5     public void DoSomething()  6     {  7         //do something here  8         Console.WriteLine("currentthread is " + Thread.CurrentThread.Name);  9     } 10 } 11 class Program 12 { 13     //the start method of main thread 14     static void Main() 15     { 16         A a = new A(); 17         a.DoSomething(); //NO.1 18         Thread th1 = new Thread(new ThreadStart(th1_proc)); 19         th1.Start(); 20     } 21     static void th1_proc() 22     { 23         A a = new A(); 24         a.DoSomething(); //NO.2 25     } 26 }

上面代码Code 2-5中，在NO.1处，主线程就是调用线程，它调用了a.DoSomething方法，这时候a.DoSomething中会输出主线程的Name属性值。在NO.2处，th1才是调用线程，它调用了a.DoSomething方法，这时候a.DoSomething中会输出th1线程的Name属性值。

也就是说，哪个线程调用了方法，哪个线程就叫做这个方法的调用线程，方法在哪个线程中运行，哪个线程就是该方法的当前线程。

2.4 阻塞方法与非阻塞方法

首先，阻塞和非阻塞的概念是相对的，一个方法耗时很长才能返回，返回之前会一直阻塞调用线程，我们叫它阻塞方法；相反，一个方法耗时短，一调用马上就返回，我们叫它非阻塞方法。但是这个"很长"与"很短"根本就没有标准，

 1 //Code 2-6  2   3 class Program  4 {  5     static void Func1()  6     {  7         for(int i=0;i<100;++i)  8         {  9             Thread.Sleep(10); 10         } 11     } 12  13     static void Func2() 14     { 15         for(int i=0;i<100;++i) 16             for(int j=0;j<100;++j) 17             { 18                 Thread.Sleep(10); 19             } 20     } 21     static void Main() 22     { 23         Func1(); //NO.1 24         Console.WriteLine("Func1 over"); 25         Func2(); //NO.2 26         Console.WriteLine("Func2 over"); 27     } 28 }

上面代码Code 2-6中，Func1相对于Func2来讲，耗时短，我们把Func1叫做非阻塞方法，Func1不会阻塞它的调用线程，下面的Console.WriteLine很快就会执行；而相反，Func2耗时长，我们把Func2叫做阻塞方法，Func2会阻塞它的调用线程，下面的Console.WriteLine不能马上执行。

现实编程中，也没有严格标准，如果一个方法有可能耗时长，那么就把它当作阻塞方法。在编程中，需要注意阻塞方法和非阻塞方法的使用场合，有的线程中不应该调用阻塞方法，比如Winform中的UI线程。

有时候一个类会提供两个功能相同的方法，一种是阻塞方法，它会阻塞调用线程，一直等到任务执行完毕才返回，另一种是非阻塞方法，不管任务有没有执行完毕，马上就会返回，不会阻塞调用线程，至于任务何时执行完毕，它会以另一种方式通知调用线程。这两种调用方式也称为"同步调用"和"异步调用"，FileStream.Read和FileStream.BeginRead就属于这一类。

注：同步调用和异步调用在后面的章节会讲到，异步编程模型（ Asynchronous Programming Model ）是 .NET 中一项重要技术。我们既可以把耗时 10S 的方法称为阻塞方法，也可以把耗时 100MS 的方法称为阻塞方法，理论上没有标准。

2.5 UI线程与线程

UI线程一般出现在Winform编程中，主要负责用户界面（User Interface）的消息处理。本质上，UI线程跟普通线程没有什么区别。

一个线程只有不停地循环去处理任务才不会马上终止，也就是说，线程必须想办法去维持它的运行，不然很快就会运行结束。UI线程中包含一个Windows消息循环，使用常见的While结构实现，该循环不停地获取用户输入，包括鼠标、键盘等输入信息，然后不停地处理这些信息，正因为有这样一个While循环存在，UI线程才不会一开始就马上结束。

图2-2 一个维持线程运行的循环结构

Winform中的UI线程默认由Program.Main方法中的Application.Run()进入，While循环结构存在于Application.Run()内部（或者由其调用）。

注：详细的 Windows 消息循环，请参见第八章。使用任何语言开发的 Windows 桌面应用程序都至少包含一个 UI 线程。

2.6 原子操作

所谓"原子"，即不可再分的意思。代码中的原子操作指代码执行的最小单元，也就是说，原子操作不可以被中断，它只有三个状态：未执行、正在执行和执行完毕，绝对没有执行到一半暂停下来，等待一会，又继续执行的情况。原子操作又称为程序中不可以被线程调度打断的操作。

比如给一个整型变量赋值"int a = 1;"，这个操作就是原子操作，不可能有给a赋值到一半，操作暂停的情况。相反有很多操作，属于非原子操作，比如对一些集合容器的操作，向某些集合容器中增加删除元素等操作都是非原子操作，这些操作可能被打断，出现操作一半暂停的情况。非原子操作由许许多多的原子操作组成。

图2-3 原子操作与非原子操作

图2-3中虚线框表示一个非原子操作，一个非原子操作由多个原子操作组成，虚线框中的操作可能在NO.1、NO.2、 NO.3任何一个地方暂停。

注：原子操作与非原子操作不是以代码行数来区分的，是以这个操作在底层怎么实施去区分的，比如" a++; "只有一行代码，但是它不是原子操作，它底层实现是由许多原子操作组合而成。

2.7 线程安全

我们操作一个对象（比如调用它的方法或者给属性赋值），如果该操作为非原子操作，也就是说，可能操作还没完成就暂停了，这个时候如果有另外一个线程开始运行同时也操作这个对象，访问了同样的方法（或属性），这个时候可能会出现一种问题：前一个操作还未结束，后一个操作就开始了，前后两个操作一起就会出现混乱。

当多个线程同时访问一个对象（资源）时，如果每次执行可能得到不一样的结果，甚至出现异常，我们认为这个对象（资源）是"非线程安全"的。造成一个对象非线程安全的因素有很多，上面提到的由于非原子操作执行到一半就中断是一种，还有一种情况是多CPU情况中，就算操作没有中断，由于多个CPU可以真正实现多线程同时运行，所以还是有可能出现"对同一对象同时操作出现混乱"的情况。

图2-4 两种可能引起非线程安全的情况

图2-4中左边两个线程运行在单CPU系统中，A线程中的非原子操作中断，对R的操作暂停，B线程开始操作R，前后两次操作相互干扰，可能出现异常。图中右边两个线程运行在双CPU中，无论操作是否中断，都可能出现两个操作相互干扰的情况。

为了解决多线程访问同一资源有可能引起的不稳定性，我们需要在操作方法中做一些改进，最常见的是：对可能引起不稳定的操作加锁。在代码中使用lock代码块、互斥对象等来实现。如果一个对象，在多个线程访问它时，不会出现结果不稳定或异常情况，我们称该对象为"线程安全"的，也称访问它的方法是"线程安全"的。

 1 //Code 2-7  2   3 class A  4 {  5     //…  6     int _a1 = 0;  7     int _a2 = 0;  8     object _syncObj = new object();  9     public Int Result 10     { 11         get 12         { 13             lock(_syncObj) 14             { 15                 if(_a2!=0) //NO.1 16                 { 17                     return _a1/_a2; //NO.2 18                 } 19                 else 20                 { 21                     return 0; 22                 } 23             } 24         } 25     } 26     public void DoSomething(int a1, int a2) 27     { 28         lock(_syncObj) 29         { 30             _a1 = a1; 31             _a2 = a2; 32         } 33     } 34     //other public methods 35 }

上面代码Code 2-7中，单CPU时，如果没有lock块，多线程访问A类对象，一个线程在访问A.Result属性时，在判断if(_a2!=0)为true后，可能在NO.1之后和NO.2之前处出现中断（线程挂起），此时另一线程通过DoSomething方法修改_a2的值为0，中断恢复后，程序报错。双CPU中，如果没有lock块，多线程访问A类对象，情况更糟，一个线程访问A.Result属性时，不管在NO.1之后和NO.2之前会不会中断，另一个线程都有可能通过DoSomething方法修改_a2的值为0，程序报错。

另外，在Winform编程中，我们常遇见的"不在创建控件的线程中访问该控件"的异常，原因就是对UI控件的操作几乎都不是线程安全的（部分是），一般UI控件只能由UI线程操作，其余的所有操作均需要投递到UI线程之中执行，否则就像前面讲的，程序出现异常或不稳定。

 1 //Code 2-8  2   3 class Form1:Form  4 {  5     //…  6     private btn1_Click(object sender,EventArgs e)  7     {  8         DealControl(null); //NO.1  9         Thread th1 = new Thread(new ThreadStart(th1_proc)); 10         th1.Start(); 11     } 12     private void th1_proc() 13     { 14         DealControl(null); //NO.2 15     } 16     private void DealControl(object[] args) 17     { 18         //… 19         if(this.InvokeRequired) //NO.3 20         { 21             this.Invoke((Action)delegate() //NO.4 22             { 23                 DealControl(args); 24             }); 25         } 26         else 27         { 28             //access ui controls directly 29             //… 30         } 31     } 32 }

上面代码Code 2-8中，DealControl方法中需要操作UI控件，如果我们不知道DealControl到底会在哪个线程中运行，有可能在UI线程也有可能在非UI线程，那么我们可以使用Control.InvokeRequired属性去判断当前线程是否是创建控件的线程（UI线程），如果是，则该属性返回false，可以直接操作UI控件，否则，返回true，不能直接操作UI控件。代码中NO.1处直接在UI线程中调用DealControl，DealControl中可以直接操作UI控件，NO.2处在非UI线程中调用DealControl，那么此时，就需要将所有的操作通过Control.Invoke投递封送到UI线程之中执行。

注： Control 包含有若干个线程安全的方法和属性，我们可以在非 UI 线程中使用它们。有 Control.InvokeRequired 属性、 Control.Invoke 、 Control.BeginInvoke （ Control.Invoke 的异步版本，后续章节有讲到）、 Control.EndInvoke 以及 Control.CreateGraphics 方法。跨线程访问这些方法和属性不会引起异常。

2.8 调用（Call）与回调（CallBack）

调用（Call）和回调（CallBack）是编程中最常遇见的概念之一，几乎出现在代码中的每一处，只是许多人并没有在意。现在最流行的解释是：调用指我们调用系统的方法，回调指系统调用我们写的方法。类似下面图2-5描述的：

图2-5 调用与回调的区别

上图2-5是目前对"调用"和"回调"的解释。但是需要清楚一点，本章第一节中已经讲到过，客户端（图中Client）并不是绝对的，也就是说，Client也有可能成为图中的"系统"部分，别人再调用它，它再回调另一个client。

图2-6 程序中调用与回调的关系

图2-6中描述一个程序中调用与回调的关系，我们平常对"调用"和"回调"的定义只局限在图中虚线框中，它只是一个小范围的规定。严格意义上讲，不应该有调用和回调之分，因为所有代码最终均由操作系统调用（甚至更底层）。

.NET中的回调主要是通过委托（Delegate）来实现的，委托是一种代理，专门负责调用方法（委托的详细信息在本书第五章有讲到）。

2.9 托管资源与非托管资源

其实这里的"托管"跟第一章中讲到的托管环境、托管代码或者托管时代中的"托管"意思一样。在.NET中，对象使用的资源分两种：一种是托管资源，一种是非托管资源。托管资源由CLR管理，也就是说不需要开发人员去人工控制，相对开发人员来讲，托管资源的管理几乎可以忽略，.NET中托管资源主要指"对象在堆中的内存"等；非托管资源指对象使用到的一些托管环境以外（比如操作系统）的资源，CLR不会管理这些资源，需要开发人员人工去控制。.NET中对象使用到的非托管资源主要有I/O流、数据库连接、Socket连接、窗口句柄等各种直接与操作系统相关的资源。

图2-7 一个堆中对象使用的资源

图2-7中虚线框表示"可能有"，即一个堆中对象可能使用到了非托管资源，但是它一定使用了托管资源。一个对象在使用完毕后（进入不可达状态，并不是死亡，第四章会讲到区别），我们应该确保它使用的（如果使用了）非托管资源能够及时释放，归还给操作系统，至于托管资源，我们大部分时间不需要去关心，因为CLR（具体应该是Garbage Collector）会帮我们处理。.NET中使用了非托管资源的类型有很多，比如FileStream、Socket、Font、Control（及其派生类）、SqlDataConnection等等，它们内部封装了非托管资源，没有使用非托管资源的类型也有很多，比如Console、EventArgs、ArrayList等等。

怎么完美地处理一个对象使用的非托管资源，是一门相当重要而且必学的技术，后面第四章有详细提到。

注：现在普遍有一种错误的观点就是，将 FileStream 、 Socket 这样的类型对象称为非托管资源，这个是错误的，只能说这些对象使用到了非托管资源。

2.10 框架（Frameworks）与库（Library）

框架和类库都是一系列可以被重用的代码集合。不同的是，框架算是不完整的应用程序，理论上，我们不用写任何代码，框架本身可以运行起来；而类库多半指能够提供一些具体功能的类集合，它包含的内容和功能一般比框架更简单。我们使用框架去开发一个应用程序，其实就是在框架的基础上写一些扩展代码，框架就像一个没有装修的毛坯房屋，我们需要给它各种装饰，在这个过程中，我们可以使用类库，因为类库可以为我们提供一些封装好了的功能。下图2-8为框架、程序（开发人员编写）以及类库三者之间的关系：

图2-8 框架程序类库之间的关系

图2-8中的调用关系其实是双向的，画出的箭头只显示了主要调用关系，即框架调用开发人员代码，后者再选择性调用一些类库。

从上图2-8中我们可以看出，整个应用程序的最终控制权并不在开发人员手中，而是在框架方，这种现象称为"控制转换"（Inversion Of Control，IOC），即程序的运行流程由框架控制，几乎所有框架都遵循这个规则。

 1 //Code 2-9  2   3 class Program  4 {  5     //…  6     static int GetTotal(int first,int second)  7     {  8         return first + second;  9     } 10     static void Main() 11     { 12         int first,second; 13         Console.WriteLine("Input first:"); 14         first = int.Parse(Console.ReadLine()); //NO.1 15         Console.WriteLine("Input second:"); 16         second = int.Parse(Console.ReadLine()); //NO.2 17         int total = GetTotal(first,second); //NO.3 18         Console.WriteLine("the total is:" + total); 19         Console.Read(); 20     } 21 }

上面代码Code 2-9演示了从控制台程序（不使用框架开发）中获取用户输入的两个数据，然后输出两个数据之和，每个步骤的方法均由我们自己调用（NO.1. NO.2以及NO.3）。如果我们采用Winform程序（使用框架开发）实现，代码如下：

 1 //Code 2-10  2   3 class Form1:Form  4 {  5     public Form1()  6     {  7         //…  8         this.btn1.Click+=(EventHandler)(delegate(object sender,EventArgs e)  9         { 10             int first = int.Parse(txtFirst.Text); //NO.1 11             int second = int.Parse(txtSecond.Text); //NO.2 12             int total = GetTotal(first,second); //NO.3 13             MessageBox.Show("the total is:" + total); 14         }); 15     } 16     private int GetTotal(int first,int second) 17     { 18         return first + second; 19     } 20  21 }

上面代码Code 2-10演示了从窗体界面中的txtFirst和txtSecond两个文本框中获取数据，然后计算出两个数据之和，每个步骤的方法都是由系统（框架）调用（在btn1.Click事件处理程序中）。使用框架开发的程序，代码中大部分方法都属于"回调方法"。

注："控制转换原则"又称为" Hollywood Principle "，即 Don't call us, we will call you. 意思是指好莱坞制片公司会主动联系演员，而不需要演员自己去找电影制片公司。

2.11 面向（或基于）对象与面向（或基于）组件

这四个概念中最为熟悉的当然是"面向对象"，其它三个离我们有点遥远，平时接触不多。

基于对象：如果一种编程语言有封装的概念，能够将数据和操作封装在一起，形成一个整体，同时它又不具备像继承、多态这些OO特性，那么就说这种语言是基于对象的，比如JavaScript。

面向对象：在基于对象的基础之上，还具备继承、多态特性的编程语言，我们称该编程语言是面向对象的，比如C#，Java。

基于组件：组件是共享二进制代码的基本单元，它是一个已经编译完成的模块，可以在多个系统中重用。在软件开发中，我们事先定义好固定接口，然后将各个功能分开独立开发，最后生成各自独立的模块。程序运行之后，分别加载这些独立的模块，各个模块负责完成自己的功能，我们称这种开发模式是基于组件的。基于组件开发模式中，除了二进制代码可以重用外，还有另外一个优点，如果我们需要更新某一功能，或修复某一功能中的bug，在不改变原有接口前提下，我们不用重新编译整个程序的源代码，而只需要重新编译某个组件源码即可。组件应该是语言独立的，一种语言开发出来的组件，理论上任何一种语言都可以使用它。

面向组件：基于组件开发中，我们只能重用已经编译完成的二进制代码，并不能从这个已经编译好的组件中读取其它信息，比如识别组件中的类型信息，派生出新的类型。面向组件指，在开发过程中，我们不仅能够重用组件中的代码，还能以该组件为基础，扩展出新的组件，比如我们可以识别.NET程序集中的类型信息，以此派生出新的类型。.NET开发便是一种面向组件的开发模式。

注：如果说面向对象是强调类型与类型之间的关系，那么面向组件就是强调组件与组件之间的关系。另外，我们需要知道， .NET 中的组件（程序集）并不包含传统意义的二进制代码。

2.12 接口

我们在阅读一些书籍或者网上浏览一些文章时，经常会碰到"接口"的概念，比如"一个类应该尽可能少的对外提供公共接口"、"我们应该先取得淘宝的支付接口权限"、"绘制图形时，我们需要调用系统的DrawImage接口"等等。那么，接口到底是什么？

其实我们碰到的这些"接口"概念跟它字面意思一样：对外提供的、可以完成某项具体功能的通道。比如我们电脑上的USB口，通过它，我们能够与电脑传输数据，还比如电视机的音量按钮，通过它，我们可以调节电视机喇叭发出声音的大小。接口是外界与系统（或模块）内部通讯的通道。

注："接口"的概念基于"封装"前提之上，如果没有"封装"，那么就没有"外界"与"内部"之说。

在软件一般架构设计图中，接口用以下表示：

图2-9 接口示意图

如上图2-9所示，圆圈代表对外公开的通道，S的内部细节对外界C是不可见的。注意图中的S不一定代表一个类，它可以是一个系统（跟C所属不同的系统）、一个模块或者其它具有"封装"效果的单元个体。下图2-10显示某些场合存在的接口：

图2-10 各种场合下的接口

如上图2-10显示了各种场合中的接口，可以看到，接口的概念不仅局限在代码层面。下表2-1显示了各种接口的表现形式：

表2-1各种场合中接口的具体表现形式

在.NET编程中，还存在另外一种意义的"接口"，即我们使用interface关键字定义的接口类型，这种"接口"严格意义上讲跟我们刚才讨论的"接口"不能做相等比较。更准确来说，它代表编程过程中的一种"协议"，是代码中调用方和被调用方必须遵守的契约，如果某一方不遵守，那么调用就不会成功。

注：有关"协议"，请参见下一节。

2.13 协议

协议，即约定、契约。两个（或两个以上）个体合作时需要共同遵守的准则，哪一方不遵守该准则，大部分时候将会导致合作失败，这个是现实生活中我们理解的"协议"。在计算机（编程）世界中，"协议"带来的效果同样如此。

计算机网络通信中，OSI（Open System Interconnection，开放系统互联模型）将网络分为7层，每层均有多种协议，通信双方必须分别遵守各层中对应的协议，如下图2-11：

图2-11 网络七层协议

如上图2-11所示，数据发送方必须按照规定协议封装数据，然后才能发送给另一方；同理，数据接收方必须按照对应协议解析接收到的数据包，然后才能获得发送方发送的原始数据。在实际通信编程中，这些"封装/解析"的步骤均已被计算机底层模块完成，因此对用户来讲，这些过程都是透明的，它们一直都在，并且是双方通信的关键。

网络通信协议是一种数据结构，很多书籍中讲到了TCP/UDP协议结构，介绍了协议结构中每（几）个字节分别代表什么内容，数据发送方按照规定的格式填充该数据结构，数据接收方按照规定的格式去解析该数据结构，从而得到原始数据。不管TCP协议还是UDP协议，均属于传输层协议。对于某些高级语言（如C#、Java）开发者而言，接触这些协议的机会很少，更多时候，我们接触的是应用层协议，如HTTP协议、FTP协议等，除了这些主流、广为人知的协议外，我们自己在开发网络程序时，也可以自己定义自己的应用层协议，如在编写雷达航迹显示系统时，我们可以将接收到的原始雷达数据进行预处理，以某一种预先定义的数据结构（也就是协议）转发给其他人，其他人按照预先定义好的数据结构（协议）去解析接收到的数据包；还比如在一些即时通信程序中，可能存在"文本消息"、"图片"、"表情"或者"文件"等一些数据类型，那么我们完全可以定义一个自己的应用层协议，见下图2-12：

图2-12 自定义应用层协议

如上图2-12所示，第一个字节表示消息类型，是文本消息还是表情，可以通过该字节区分，第2~5个字节表示双方通信次数，第6~9个字节表示"数据区"长度，之后的N个字节表示发送的"原始数据"，倒数两个字节为一些附加数据，最后一个字节为校验码，整个数据结构的长度为：（1+4+4+数据区长度+2+1）个字节。发送方填充完整个数据结构，然后发送给接收方，接收方接收到数据后，按照已知的数据结构格式去解析获得其中的原始数据。发送"文本消息"的示例代码如下：

 1 //Code 2-11  2   3 public static void SendStringMsg(int sequence, string msg)  4 {  5     byte[] msg_buffer = Encoding.Unicode.GetBytes(msg);  6     byte[] send_buffer = new byte[12 + msg_buffer.Length]; //     NO.1 1 + 4 + 4 + N + 2 + 1  7     using (MemoryStream ms = new MemoryStream(send_buffer))  8 {  9         using (BinaryWriter bw = new BinaryWriter(ms)) 10         { 11             bw.Write((byte)1); //NO.2 12             bw.Write(sequence); //NO.3 13             bw.Write(msg_buffer.Length); //NO.4 14             bw.Write(msg_buffer); //NO.5 15             bw.Write((short)0); //NO.6 16             bw.Write((byte)0); //NO.7 17         } 18     } 19     //send 'send_buffer' to receiver with socket... NO.8 20 }

如上代码Code 2-11所示，首先定义一个发送缓冲区（NO.1处），因为12个字节已固定，所以缓冲区的长度应该是：12+文本消息长度，然后依次将消息类型（NO.2处）、顺序号（NO.3处）、数据长度（NO.4处）、文本消息内容（NO.5处）、附加字（NO.6处）和校验码（NO.7处）写入缓冲区，发送方按照预定义格式填充字节流缓冲区，再将其发送给对方（NO.8处）；对应的，接收方接收到数据后，按照预定义格式解析字节流。下图2-13显示顺序号为10，文本消息为"ABC"时发送缓冲区send_buffer中的内容：

图2-13 发送缓冲区中的内容

注：在 TCP 通讯中，由于数据是以"流"的形式传递的，前后发送的数据连接在一起，接收方无法区分单个的消息（找不到消息边界），若按照上面提到的预先定义一个传输协议，接收方可以按照该协议解析出一条完整的消息。详细参见本书中后续有关"网络编程"的第九章。

不仅网络通信需要"协议"的辅助，计算机世界中还有很多场合需要"协议"的辅助，如加密和解密、编码和解码以及CPU执行机器指令、计算机通过USB口与外设交换数据等，下面表2-2显示了各种场合中的"协议"：

表2-2 各种场合中的协议

到目前为止，我们讲到的"协议"都能很好地跟现实关联起来，或者说，它们都跟协议字面意思接近。其实在.NET程序开发过程中，也有一种"协议"，它便是使用关键字interface声明的接口。使用interface声明的接口也是一种"协议"，它规定了代码调用方与代码被调用方共同遵守的一种规范，前面说过，代码中Client端与Server端需要交互，那么只有双方共同遵守某一约定，工作才能正常进行。这种协议在代码中具体体现在：

1）调用方必须存在一个接口引用；

2）被调用方必须实现该接口。

具体示例代码见Code 2-12：

 1 //Code 2-12  2   3 interface IWalkable //NO.1  4 {  5     void Walk();  6 }  7 class People:IWalkable //NO.2  8 {  9     public void Walk() 10     { 11         //… 12     } 13 } 14 class Program 15 { 16     static void Main() 17     { 18         IWalkable w = new People(); 19         Func(w); 20     } 21     static void Func(IWalkable w) //NO.3 22     { 23         w.Walk(); 24     } 25 }

如上代码Code 2-12中，NO.1处定义了一个协议（接口），被调用方（NO.2处）遵守了该协议（实现接口），调用方也遵守了该协议（NO.3处，包含一个接口类型参数）。双方都遵守了同一个协议，才能协调好工作。下图2-14显示了"协议"在代码调用中起到的作用：

图2-14 代码调用中的协议

注：代码中使用 interface 声明的"接口"在面向抽象编程中起到了非常重要的作用，详细参见本书第十二章。

2.14 本章回顾

本章共介绍了13个将在本书中遇到的概念（术语），或许我们曾经了解过某些概念的含义，但一直处于似懂非懂的状态，那么阅读完本章，你肯定会拍下脑袋，高呼：原来是这样！有些概念在其它地方几乎找不到准确的解释，比如"线程和方法的关系"、"库与框架区别"以及"代码中的协议"等等；另外一些概念虽然能找到一些解释说明，但并没有像本章讲得这么详细。总之，本章定会扫清我们在编程道路上遇见的虐心绊脚石。

2.15 本章思考

1.下面代码Code 2-13中MyContainer类中的_int_list成员是否是线程安全的，为什么？

 1 //Code 2-13  2   3 class MyContainer  4 {  5     List<int> _int_list = new List<int>();  6     public void Add(int item)  7     {  8         _int_list.Add(item);  9     } 10     public int GetAt(int index) 11     { 12         return _int_list[index]; 13     } 14 }

A：不是线程安全的，因为无论是MyContainer.Add()方法还是MyContainer.GetAt()方法，均可以同时在多个线程中运行，这就意味着可能存在多个线程同时访问集合容器_int_list，可以在MyContainer.Add()以及MyContainer.GetAt()方法中加上锁（lock(object)）来解决该问题。

2.举例说明实际开发过程中遇见的框架和库有哪些。

A：框架有：Asp.NET MVC、Asp.NET Webforms、Windows Forms、WCF、WPF以及SilverLight等；库包括公司内部一些通用库，如MySQL数据库访问工具库、日志记录工具库、字符串处理工具库、图片处理工具库以及加解密工具库等等。

（本章完）