25、深入解析Azure表服务与ADO.NET数据服务

最新推荐文章于 2025-10-05 09:12:38 发布

sql99

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分类专栏：解密Windows Azure编程文章标签： Azure表服务 ADO.NET数据服务 WCF数据服务

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深入解析Azure表服务与ADO.NET数据服务

1. Azure表服务特性

在各类论坛、书籍以及博客中，常能看到一些“专家”建议通过反规范化来提升性能，但鲜有人解释其原理。其实原因很简单，不同表的数据通常存储在磁盘的不同文件中，有时甚至在不同的机器上。规范化意味着数据库连接时必须将多个表加载到内存中，这需要从多个位置读取数据，从而影响性能。Azure表服务性能出色的原因之一，就是其数据默认采用反规范化存储。

如果能够接受极短时间的数据不一致，那么可以进行异步写入，或者将写入操作移至工作进程。实际上，所有主流的Web 2.0网站（如Flickr）都会频繁运行工具来检查和修复数据一致性问题。

Azure表服务还具有以下特点：
- 无架构 ：固定架构有一定优势，它能像安全网一样，用灵活性换取安全性，可提前捕获代码中数据类型不匹配的错误。但处理半结构化数据时，这个“安全网”就成了阻碍。修改表结构来添加或更改列非常困难，有时甚至无法实现。而Azure表没有架构，同一表中的实体可以有完全不同的属性或不同数量的属性。和反规范化一样，开发者有责任确保更新能反映正确的架构。
- 无分布式事务 ：习惯使用事务来维护一致性和完整性的人，可能会对没有事务的情况感到担忧。但在任何分布式存储系统中，跨机器的事务都会影响性能。开发者需要自行维护一致性，并运行脚本来确保这一点。像Facebook和Flickr等大型服务，在扩展时早已摒弃了事务，这是基于云的存储系统的基本权衡。不过，Windows Azure表支持“实体组事务”，允许对同一分区中的实体进行批量请求。
- 黑盒特性 ：以往运行数据库服务时，开发者通常会对其进行配置。例如，很多开发者在设置MySQL时，会深入研究 my.cnf 文件并调整各种参数。但Azure表服务没有提供这样的参数供开发者精细调整。由于它是一个大型分布式系统，会根据数据、工作负载、流量等多种因素自动进行调整。开发者唯一能控制的就是数据的分区方式。这种无需手动调整的特性其实是一种优势，系统会自动完成优化。
- 行大小限制 ：一个实体的数据量最多为1MB，这包括属性名称。如果习惯在每行中存储大量数据，很容易达到这个限制。此时，正确的做法是使用Blob存储服务，并在实体中存储指向Blob的指针，这类似于将大量数据存储在文件系统中，由数据库维护指向特定文件的指针。
- 缺乏熟悉工具的支持 ：和其他云存储系统一样，Azure表服务还处于发展初期，其周边生态系统也不成熟。常用于SQL Server、Oracle或MySQL的工具，大多无法与Azure表兼容，而且可能很难找到替代品。不过，随着越来越多的人采用该服务，这个问题会逐渐得到解决。

2. ADO.NET数据服务简介

在Microsoft技术栈中，操作Azure表服务的首选方式是通过ADO.NET数据服务。需要注意的是，它与标准的ADO.NET有很大不同。截至目前，ADO.NET数据服务已更名为WCF数据服务，但技术本身并未改变。

ADO.NET数据服务随.NET 3.5 Service Pack 1一起发布，它允许通过HTTP访问的Web服务来公开数据，数据通过RESTful URI进行访问。用户既可以使用它来公开数据服务，也可以消费数据服务。由于Azure表服务会处理数据的公开，这里主要讨论如何消费数据服务。

可以使用.NET编写代码来消费这些服务，并使用LINQ对数据进行查询。简单来说，ADO.NET数据服务可以通过HTTP公开数据，在客户端可以编写针对这些服务的数据访问代码（CRUD）。

3. 公开数据服务

可以将存储在某个存储系统（如SQL Server或文件）中的数据视为普通的Common Language Runtime (CLR)对象。虽然它可能不具备Plain Old CLR Object (POCO)的所有语义，但大多数情况下效果相同。

以下是一个简单的POCO类示例：

public class Cylon
{
    public int ID { get; set; }
    public String Name { get; set; }
}

选择 ID 作为属性并非随意为之，ADO.NET数据服务需要一个“键”来唯一标识每个实体。如果有名为 ID 或 <Typename>ID 的属性，它会自动将其作为键。也可以使用 [DataServiceKey] 属性指定其他属性作为键。

假设从某个数据源加载了一批 Employee 对象，要将它们作为RESTful服务通过HTTP供他人访问，需要遵循以下步骤：
1. 实现一个包装这些对象的Web服务。
2. 添加代码将这些对象映射为JSON或XML表示。
3. 编写执行CRUD操作的代码。
4. 编写执行查询的代码（处理任意查询时会变得非常困难）。
5. 编写客户端代码，使其能够解析来自该服务的数据，并知道如何调用该服务。

实际上，让ADO.NET数据服务来处理这些工作会更简单。下面将创建一个Cylon Web服务，用于查询和添加Cylons。

以下是具体步骤：
1. 将上述 Cylon 类移到一个ASP.NET Web应用程序或Windows Communication Foundation (WCF) Web服务中，任何通过HTTP监听的项目都可以。
2. 创建一个“数据源”类来包装 Cylon 类。通常，ADO.NET数据服务用于包装Entity Framework数据，并会自动生成这个类。该类需要一个属性，返回一个可查询的对象集合。以下代码实现了这一点：

public class CylonDataModel
{
    private List<Cylon> _emps;
    public CylonDataModel()
    {
        _emps = new List<Cylon> {
            new Cylon(){ID = 1, Name="Cavil"},
            new Cylon(){ID = 2, Name = "Leoben"},
            new Cylon(){ID = 3, Name = "D'Anna"},
            new Cylon(){ID = 4, Name = "Simon"},
            new Cylon(){ID = 5, Name ="Aaron"},
            new Cylon(){ID = 6, Name ="Six"},
            new Cylon(){ID = 7, Name = "Daniel"},
            new Cylon(){ID = 8, Name = "Sharon"}
        };
    }
    public IQueryable<Cylon> Cylons
    {
        get { return _emps.AsQueryable<Cylon>(); }
    }
}

在Visual Studio中，选择“添加” -> “新建项”，添加一个名为 CylonService.svc 的新ADO.NET数据服务。这是客户端将访问的WCF服务，通常代码很少，大部分功能在底层实现。修改生成的代码，使服务继承自 DataService<CylonDataModel> 。如果在“新建项”对话框中看不到“ADO.NET数据服务”，请确保安装了.NET 3.5 SP1和Visual Studio 2008 SP1。
最后，需要指定客户端可以访问所公开的所有数据，并有权调用服务操作。在实际应用中，这通常不是一个好主意，但在这个示例代码中可行。通过在 InitializeService 方法中为服务配置指定通配符 * 来实现这一点。以下是完整代码：

public class CylonService : DataService<CylonDataModel>
{
    // 此方法仅调用一次，用于初始化服务范围的策略
    public static void InitializeService(IDataServiceConfiguration config)
    {
        config.SetEntitySetAccessRule("*", EntitySetRights.AllRead);
        config.SetServiceOperationAccessRule("*", ServiceOperationRights.All);
    }
}

现在，一个可用的ADO.NET数据服务就创建好了。按下F5，Visual Studio会在浏览器中启动该服务，它将在本地主机的随机端口上运行。可以使用任何HTTP客户端或Web浏览器对服务进行查询。例如，访问以下URL：

http://localhost:1096/CylonService.svc/Cylons

返回的结果是一个XML表示的Cylon对象列表，并且是一个完全符合Atom规范的提要。也可以通过发送额外的HTTP头来获取JSON格式的结果。通过访问 /Cylons URL，实际上是访问了 CylonDataModel 类中的 Cylons 属性。由于没有指定任何过滤条件，会返回列表中的所有项。

ADO.NET数据服务的强大之处在于它能够自动解析查询并返回结果。例如，可以使用 $top 参数返回前N个元素：

http://localhost:1096/CylonService.svc/Cylons?$top=1

还可以使用 $filter 参数进行任意过滤：

http://localhost:1096/CylonService.svc/Cylons?$filter=(ID gt 6)
http://localhost:1096/CylonService.svc/Cylons?$filter=(Name eq 'Sharon')

虽然ADO.NET数据服务支持多种复杂的过滤操作、聚合函数和扩展，但Azure表服务仅支持 $filter 和 $top 这两个URI操作。

这个示例展示了ADO.NET数据服务如何与.NET集成，并通过HTTP提供丰富的查询功能。在Windows Azure中，Azure表服务会自动完成这些工作，但了解各个组件的工作原理是很有帮助的。

接下来，将探讨如何编写ADO.NET数据服务的客户端代码。

4. 消费数据服务

如果愿意，也可以编写自己的库来解析ADO.NET数据服务返回的Atom/JSON结果，并形成正确的查询URI。对于非.NET平台，有各种开源库可供使用。但如果使用.NET，建议使用.NET 3.5 SP1中内置的支持。

DataServiceContext 和 DataServiceQuery 是ADO.NET数据服务客户端支持的核心。熟悉Entity Framework的人会发现，它们的功能与Entity Framework的 Object Context 和 ObjectQuery 类似。

DataServiceContext 主要用于状态管理。由于HTTP是无状态的，服务器在更新之间不会“记住”每个客户端的状态。 DataServiceContext 在HTTP栈之上提供了变更跟踪功能。当在客户端对数据进行更改时，这些更改会在 DataServiceContext 中累积，调用 SaveChanges 方法时会将更改提交到服务器。同时， DataServiceContext 还控制冲突解决和合并策略，开发者可以选择如何处理更新实体时的冲突。

DataServiceQuery 与 DataServiceContext 紧密相关，实际上，获取 DataServiceQuery 实例的唯一方法是通过 DataServiceContext 。可以将 DataServiceContext 看作服务的本地表示，而 DataServiceQuery 则类似于对该服务的单个查询。 DataServiceQuery 的两个关键方法 CreateQuery<T> 和 Execute<T> 都接受一个URI（使用前面讨论的URI语法），并返回一个可枚举对象，用于遍历查询结果。

以下是使用前面创建的Cylon服务进行客户端查询的步骤：
1. 在上一节的解决方案中添加一个控制台项目。可以选择任何.NET项目类型，这里使用控制台应用程序是因为它的代码相对简洁。确保选择.NET Framework 3.5作为框架版本。
2. 客户端代码需要知道将结果反序列化为哪种类型。将另一个项目中的 Cylon.cs 文件添加到控制台应用程序中。在实际应用中，通常会将共享类型放在一个类库中，供服务器端和客户端代码共享。
3. 添加对 System.Data.Services 和 System.Data.Services.Client 的引用。
4. 在控制台应用程序的 Main.cs 文件顶部添加 using 语句，引入 System.Data.Services.Client 命名空间以及 Cylon.cs 所在的命名空间。
5. 以下代码展示了如何执行一个简单的查询，遍历服务中的所有Cylons：

static void Main(string[] args)
{
    // 将下面的1096替换为服务运行的端口
    DataServiceContext ctx = new DataServiceContext(
        new Uri("http://localhost:1096/CylonService.svc"));
    DataServiceQuery<Cylon> query = ctx.CreateQuery<Cylon>("/Cylons");
    foreach (Cylon cylon in query)
    {
        Console.WriteLine(cylon.Name);
    }
}

运行上述代码（确保服务也在运行），应该可以看到输入的Cylon列表。在原始代码中，服务器端没有添加创建或更新实体的支持，因为在Windows Azure中通常不需要编写这么多代码。但如果实现了 IUpdateable 接口，可以使用以下代码添加实体：

DataServiceContext ctx = new DataServiceContext(
    new Uri("http://localhost:1096/CylonService.svc"));
ctx.AddObject("Cylons", new Cylon { ID = 9, Name = "Tyrol" });
ctx.SaveChanges();

更新和删除实体的操作方式类似。以下是更新和删除操作的示例代码：

DataServiceContext ctx = new DataServiceContext(
    new Uri("http://localhost:1096/CylonService.svc"));
var query = ctx.Execute<Cylon>(
    new Uri("/Cylons(1)", UriKind.Relative));
// 更新Cavil的名称
Cylon cavil = query.FirstOrDefault<Cylon>();
cavil.Name = "Cavil is evil!";
ctx.SaveChanges();
// 删除Cavil
ctx.DeleteObject(cavil);
ctx.SaveChanges();

通过以上步骤，我们深入了解了Azure表服务的特性以及如何使用ADO.NET数据服务进行数据的公开和消费。这些知识对于在Azure环境中进行数据存储和操作非常有帮助。

以下是相关操作的流程图：

graph LR
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;

    A(创建Cylon类):::process --> B(创建CylonDataModel类):::process
    B --> C(添加ADO.NET数据服务CylonService.svc):::process
    C --> D(配置服务访问权限):::process
    D --> E(启动服务):::process
    E --> F(客户端创建DataServiceContext):::process
    F --> G(创建DataServiceQuery):::process
    G --> H(执行查询、添加、更新、删除操作):::process

总结一下，Azure表服务具有反规范化、无架构、无分布式事务等特性，这些特性在提升性能和灵活性的同时，也对开发者提出了一定的要求。而ADO.NET数据服务为开发者提供了一种方便的方式来公开和消费数据，通过HTTP接口实现了强大的查询功能。在实际应用中，开发者可以根据具体需求合理运用这些技术，构建高效、灵活的数据存储和访问系统。

深入解析Azure表服务与ADO.NET数据服务

5. 操作示例总结与对比

为了更清晰地理解上述操作，下面通过表格对比不同操作的关键步骤和代码示例：
| 操作类型 | 关键步骤 | 代码示例 |
| — | — | — |
| 公开数据服务 | 1. 实现包装对象的Web服务；2. 映射对象到JSON或XML；3. 编写CRUD和查询代码；4. 编写客户端解析和调用代码（可由ADO.NET数据服务简化）；5. 创建Cylon服务相关类和配置 | csharp public class Cylon { public int ID { get; set; } public String Name { get; set; } } public class CylonDataModel { private List<Cylon> _emps; public CylonDataModel() { _emps = new List<Cylon> { new Cylon(){ID = 1, Name="Cavil"}, new Cylon(){ID = 2, Name = "Leoben"}, new Cylon(){ID = 3, Name = "D'Anna"}, new Cylon(){ID = 4, Name = "Simon"}, new Cylon(){ID = 5, Name ="Aaron"}, new Cylon(){ID = 6, Name ="Six"}, new Cylon(){ID = 7, Name = "Daniel"}, new Cylon(){ID = 8, Name = "Sharon"} }; } public IQueryable<Cylon> Cylons { get { return _emps.AsQueryable<Cylon>(); } } } public class CylonService : DataService<CylonDataModel> { public static void InitializeService(IDataServiceConfiguration config) { config.SetEntitySetAccessRule("*", EntitySetRights.AllRead); config.SetServiceOperationAccessRule("*", ServiceOperationRights.All); } } |
| 消费数据服务 - 查询 | 1. 添加控制台项目；2. 添加Cylon类；3. 添加引用；4. 添加using语句；5. 创建DataServiceContext和DataServiceQuery并执行查询 | csharp static void Main(string[] args) { DataServiceContext ctx = new DataServiceContext( new Uri("http://localhost:1096/CylonService.svc")); DataServiceQuery<Cylon> query = ctx.CreateQuery<Cylon>("/Cylons"); foreach (Cylon cylon in query) { Console.WriteLine(cylon.Name); } }  |
| 消费数据服务 - 添加实体 | 创建DataServiceContext，调用AddObject方法添加实体，调用SaveChanges提交更改 | csharp DataServiceContext ctx = new DataServiceContext( new Uri("http://localhost:1096/CylonService.svc")); ctx.AddObject("Cylons", new Cylon { ID = 9, Name = "Tyrol" }); ctx.SaveChanges();  |
| 消费数据服务 - 更新和删除实体 | 创建DataServiceContext，查询获取实体，修改实体属性后调用SaveChanges更新，调用DeleteObject删除实体并调用SaveChanges提交更改 | csharp DataServiceContext ctx = new DataServiceContext( new Uri("http://localhost:1096/CylonService.svc")); var query = ctx.Execute<Cylon>( new Uri("/Cylons(1)", UriKind.Relative)); Cylon cavil = query.FirstOrDefault<Cylon>(); cavil.Name = "Cavil is evil!"; ctx.SaveChanges(); ctx.DeleteObject(cavil); ctx.SaveChanges();  |

6. 实际应用场景分析

Azure表服务和ADO.NET数据服务在不同的实际应用场景中能发挥重要作用：
- 日志记录 ：由于Azure表服务无架构的特点，非常适合用于日志记录。日志数据通常是半结构化的，不同的日志条目可能包含不同的属性。例如，一个应用程序的日志可能包含时间戳、事件类型、用户ID等信息，使用Azure表服务可以方便地存储这些数据，而无需预先定义严格的表结构。同时，ADO.NET数据服务可以提供一个HTTP接口，方便其他系统查询和分析这些日志数据。
- 缓存数据存储 ：对于一些需要频繁访问的数据，可以使用Azure表服务进行缓存。反规范化存储可以提高数据的读取性能，减少数据库连接和数据读取的开销。通过ADO.NET数据服务，应用程序可以轻松地从缓存中获取数据，提高系统的响应速度。
- 多租户应用 ：在多租户应用中，每个租户可能有不同的数据需求和访问权限。Azure表服务的分区机制可以将不同租户的数据隔离开来，而ADO.NET数据服务可以通过配置不同的访问规则，实现对不同租户数据的安全访问。

7. 性能优化建议

虽然Azure表服务和ADO.NET数据服务本身具有一定的性能优势，但在实际应用中，还可以通过以下方法进一步优化性能：
- 合理分区 ：根据数据的访问模式和业务需求，合理划分数据分区。例如，如果某些数据经常一起被访问，可以将它们放在同一个分区中，减少跨分区查询的开销。
- 批量操作 ：利用Azure表服务的实体组事务和ADO.NET数据服务的批量请求功能，将多个操作合并为一个请求，减少网络通信开销。
- 缓存策略 ：在客户端和服务器端都可以采用缓存策略。客户端可以缓存一些常用的数据，减少对服务器的请求；服务器端可以使用内存缓存，提高数据的读取速度。

8. 未来发展趋势

随着云计算和大数据技术的不断发展，Azure表服务和ADO.NET数据服务也将不断演进：
- 更强大的功能支持 ：可能会增加更多的查询操作和数据处理功能，以满足日益复杂的业务需求。例如，支持更多的聚合函数和复杂的过滤条件。
- 更好的生态集成 ：与其他Azure服务和第三方工具的集成将更加紧密，为开发者提供更便捷的开发和管理体验。
- 安全性提升 ：在数据安全和隐私保护方面将不断加强，提供更多的安全机制和加密选项。

以下是性能优化和未来发展的关系流程图：

graph LR
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;

    A(性能优化):::process --> B(合理分区):::process
    A --> C(批量操作):::process
    A --> D(缓存策略):::process
    E(未来发展):::process --> F(更强大的功能支持):::process
    E --> G(更好的生态集成):::process
    E --> H(安全性提升):::process
    I(当前应用):::process --> A
    I --> E

综上所述，Azure表服务和ADO.NET数据服务为开发者提供了一个强大而灵活的数据存储和访问解决方案。通过深入了解它们的特性、操作方法和应用场景，并结合性能优化建议，开发者可以构建出高效、安全、可扩展的数据系统。同时，关注未来发展趋势，能够使开发者更好地适应技术的变化，为业务的发展提供有力支持。