C# 实现进程间通信的几种方式（完善）

引言

一、基本概念

二、常见的IPC方法

1. 管道（Pipes）

2. 共享内存（Shared Memory）

3. 消息队列（Message Queues）

4. 套接字（Sockets）

5. 信号量（Semaphores）

6. 文件映射（File Mapping）

7. 远程过程调用（RPC）

三、总结

引言

进程间通信（IPC）是指在操作系统中，不同进程之间交换数据和信息的机制。在C#中，IPC可以通过多种方式实现，包括文件共享、命名管道、套接字、消息队列、远程过程调用（RPC）等。每种方法都有其特定的应用场景和优缺点。

一、基本概念

进程（Process）
- 进程是操作系统中运行的程序实例。每个进程都有自己的内存空间、代码、数据和系统资源。进程之间相互独立，默认情况下无法直接访问彼此的内存空间。
进程间通信（IPC）
- IPC允许进程共享资源、同步操作、传递消息等，是进程协作的基础。

二、常见的IPC方法

1. 管道（Pipes）

管道是一种半双工的通信机制，可以在同一台机器上的两个进程之间传输数据。包括匿名管道和命名管道。

应用场景: 常用于本地进程间的简单通信。

技术关键点: 数据流传输，适合父子进程。

// 服务器端
using (var serverPipe = new NamedPipeServerStream("testpipe", PipeDirection.InOut))
{
    Console.WriteLine("Waiting for client connection...");
    serverPipe.WaitForConnection(); // 等待客户端连接
    using (var reader = new StreamReader(serverPipe))
    using (var writer = new StreamWriter(serverPipe))
    {
        writer.WriteLine("Hello from server"); // 向客户端发送消息
        writer.Flush();
        string message = reader.ReadLine(); // 读取客户端发送的消息
        Console.WriteLine("Received from client: " + message);
    }
}

// 客户端
using (var clientPipe = new NamedPipeClientStream(".", "testpipe", PipeDirection.InOut))
{
    Console.WriteLine("Connecting to server...");
    clientPipe.Connect(); // 连接到服务器
    using (var reader = new StreamReader(clientPipe))
    using (var writer = new StreamWriter(clientPipe))
    {
        string message = reader.ReadLine(); // 读取服务器发送的消息
        Console.WriteLine("Received from server: " + message);
        writer.WriteLine("Hello from client"); // 向服务器发送消息
        writer.Flush();
    }
}

服务器端代码解释：

创建一个命名管道服务器。
等待客户端连接。
使用StreamReader和StreamWriter进行数据读写。

客户端代码解释：

创建一个命名管道客户端。
连接到服务器。
使用StreamReader和StreamWriter进行数据读写。

2. 共享内存（Shared Memory）

共享内存允许两个或多个进程访问同一块内存区域，是最快的IPC形式。

应用场景: 高性能要求的场景。

技术关键点: 内存同步，数据一致性。

// 使用MemoryMappedFile创建共享内存
using (var mmf = MemoryMappedFile.CreateNew("MyMap", 1024))
{
    using (var accessor = mmf.CreateViewAccessor())
    {
        // 准备数据
        byte[] data = new byte[1024];
        // 写入数据到共享内存
        accessor.WriteArray(0, data, 0, data.Length);
        // 读取数据
        accessor.ReadArray(0, data, 0, data.Length);
    }
}

代码解释：

创建或打开一个共享内存对象。
使用视图访问器来读写内存数据。

3. 消息队列（Message Queues）

消息队列允许进程通过发送和接收消息来通信，支持异步操作。

应用场景: 分布式系统，异步消息传递。

技术关键点: 消息持久化，异步处理。

// 发送消息
using (var queue = new MessageQueue(@".\Private$\MyQueue"))
{
    queue.Send("Hello, World!"); // 发送一条消息到队列
}

// 接收消息
using (var queue = new MessageQueue(@".\Private$\MyQueue"))
{
    queue.Formatter = new XmlMessageFormatter(new[] { typeof(string) });
    var message = queue.Receive(); // 接收消息
    string content = (string)message.Body; // 读取消息内容
    Console.WriteLine(content);
}

代码解释：

创建或打开一个消息队列。
使用System.Messaging库发送和接收消息。

4. 套接字（Sockets）

套接字支持网络通信，可用于本地或远程进程间通信。

应用场景: 网络应用，实时通信。

技术关键点: 协议选择（TCP/UDP），数据传输稳定性。

// 服务器端
var listener = new TcpListener(IPAddress.Any, 5000);
listener.Start(); // 启动监听
Console.WriteLine("Waiting for connection...");
var client = listener.AcceptTcpClient(); // 接受客户端连接
using (var stream = client.GetStream())
using (var reader = new StreamReader(stream))
using (var writer = new StreamWriter(stream))
{
    writer.WriteLine("Hello from server"); // 发送消息给客户端
    writer.Flush();
    string message = reader.ReadLine(); // 读取客户端消息
    Console.WriteLine("Received from client: " + message);
}

// 客户端
var client = new TcpClient();
client.Connect("localhost", 5000); // 连接到服务器
using (var stream = client.GetStream())
using (var reader = new StreamReader(stream))
using (var writer = new StreamWriter(stream))
{
    string message = reader.ReadLine(); // 读取服务器消息
    Console.WriteLine("Received from server: " + message);
    writer.WriteLine("Hello from client"); // 发送消息给服务器
    writer.Flush();
}

服务器端代码解释：

创建一个TCP监听器。
等待客户端连接。
使用StreamReader和StreamWriter进行数据读写。

客户端代码解释：

创建一个TCP客户端。
连接到服务器。
使用StreamReader和StreamWriter进行数据读写。

5. 信号量（Semaphores）

用于同步多个进程对共享资源的访问。

应用场景: 并发控制，资源管理。

技术关键点: 并发访问控制，资源锁定。

// 使用Semaphore进行进程同步

Semaphore semaphore = new Semaphore(initialCount: 1, maximumCount: 1, name: "MySemaphore");

semaphore.WaitOne(); // 请求访问共享资源

// 执行临界区中的代码

semaphore.Release(); // 释放共享资源

代码解释：

创建或打开一个信号量对象。
控制对共享资源的访问。

6. 文件映射（File Mapping）

允许进程将文件内容映射到内存中，实现数据共享。

应用场景: 文件共享，数据缓存。

技术关键点: 文件访问同步，内存映射效率。

// 使用FileStream和MemoryMappedFile进行文件映射
using (FileStream fs = new FileStream("data.txt", FileMode.OpenOrCreate, FileAccess.ReadWrite))
{
    using (MemoryMappedFile mmf = MemoryMappedFile.CreateFromFile(fs, "MyMap", fs.Length, MemoryMappedFileAccess.ReadWrite, null, HandleInheritability.None, false))
    {
        using (var accessor = mmf.CreateViewAccessor())
        {
            accessor.Write(0, (byte)42); // 写入数据到映射文件
            Console.WriteLine(accessor.ReadByte(0)); // 读取数据
        }
    }
}

代码解释：

使用FileStream打开一个文件。
将文件内容映射到内存。
使用视图访问器来读写内存数据。

7. 远程过程调用（RPC）

允许进程调用远程函数，提供分布式计算支持。

应用场景: 分布式系统，服务调用。

技术关键点: 调用序列化，网络通信可靠性。

// 定义服务契约
[ServiceContract]
public interface IMyService
{
    [OperationContract]
    string SayHello(string name);
}

// 实现服务
public class MyService : IMyService
{
    public string SayHello(string name)
    {
        return $"Hello, {name}!";
    }
}

// 配置和托管服务
var host = new ServiceHost(typeof(MyService), new Uri("http://localhost:8000/MyService"));
host.AddServiceEndpoint(typeof(IMyService), new BasicHttpBinding(), "");
host.Open();
Console.WriteLine("Service is running... Press [Enter] to exit.");
Console.ReadLine();
host.Close();

// 客户端调用
var factory = new ChannelFactory<IMyService>(new BasicHttpBinding(), new EndpointAddress("http://localhost:8000/MyService"));
var proxy = factory.CreateChannel();
string result = proxy.SayHello("World"); // 调用远程服务
Console.WriteLine(result);
((IClientChannel)proxy).Close();
factory.Close();