هدف بررسی کامل مباحث Streaming در دات نت فریمورک می‌باشد.

Stream چیست؟

دنباله‌ای از بایت‌ها که می‌توان آنها را از یک backing store (انبار پشتیبان) خواند یا در آن نوشت.

Backing Store 

یک رسانه ذخیره سازی از جمله Disk-Drive، Memory و Network Location می‌باشد که به عنوان منبع یا مقصدی برای خواندن و نوشتن بایت‌ها به صورت دنباله‌ای، می‌توان از آن استفاده کرد.

زمانی که قرار است داده ذخیره شده به صورت Stream مصرف شود، مزیت مقیاس پذیری را نیز خواهید داشت. لذا لازم نیست با مشکل محدودیت حافظه نیز درگیر شوید.

آشنایی با معماری Streaming در دات نت

Streaming در دات نت، توسط سه مفهوم: backing store، decorators و adapters در برگرفته شده است. 

کلاسی به نام Stream در دات نت، برای ارائه یکسری متد مشترک برای Reading، Writing و Positioning در نظر گرفته شده است که همچنین کلاس پایه Backing Store Streams و Decorator Streams نیز می‌باشد. 

اعضای کلاس Stream را می‌توان به شکل زیر گروه بندی کرد:

در نظر داشته باشید که Stream ها، دارای اشاره گری به مکان جاری تحت عنوان Pointer نیز می‌باشند. مقدار پیش فرض آن «صفر» می‌باشد و زمانی که شروع به خواندن از Stream کنید، این خواندن از مکانی شروع می‌شود که Pointer به آنجا اشاره می‌کند. به شکل زیر توجه کنید:

اگر قرار باشد 3 بایت اول خوانده شود، لذا حالت زیر را خواهیم داشت: 

همانطور که مشخص است، Pointer مربوط به Stream به اولین خانه‌ای اشاره می‌کند که در Read‌های بعدی قرار است خوانده شود. در نهایت با خواندن دو بایت دیگر، حالت زیر را خواهیم داشت:

برای Reading و Writing متدهای زیر در کلاس System.IO.Stream در نظر گرفته شده‌اند:

(Read(byte[] buffer,int offset,int count

buffer: آرایه‌ای از بایت‌ها برای نگهداری داده‌ی خوانده شده از Stream
offset: برخلاف تصور، اندیسی است که مکان شروع ذخیره سازی در buffer را مشخص می‌کند و نه مکان شروع خواندن از Stream
count: بیشترین تعداد بایت برای خواندن از Stream می‌باشد. با توجه به اینکه ممکن است به انتهای Stream رسیده باشیم یا اینکه در شرایطی مثلا در Network Streamها چه بسا خود Stream تصمیم بگیرد تعداد بایت کمتری از این مقدار Count را برای ما ارائه دهد. از این رو همیشه مقداری که برای Count مشخص می‌کنید همان مقداری نیست که متد Read برای شما برگشت خواهد داد.
return: تعداد بایت‌هایی که خوانده شده است یا اگر به انتهای Stream رسیده باشیم «0» برگشت خواهد داد. از این رو تکه کد زیر برای خواندن کل داده به یکباره، قابل اطمینان نخواهد بود. 

byte[] dataToRead=new byte[stream.Length];
int bytesRead=stream.Read(dataToRead,0,dataToRead.Length);

راه حل جایگزین می‌تواند به شکل زیر باشد:

static byte[] ReadBytes(Stream stream)
    {
        // dataToRead will hold the data read from the stream
        byte[] dataToRead = new byte[stream.Length];
        //this is the total number of bytes read. this will be incremented 
        //and eventually will equal the bytes size held by the stream
        int totalBytesRead = 0;
        //this is the number of bytes read in each iteration (i.e. chunk size)
        int chunkBytesRead = 1;
        while (totalBytesRead < dataToRead.Length && chunkBytesRead > 0)
        {
            chunkBytesRead = stream.Read(dataToRead, totalBytesRead, 
                dataToRead.Length - totalBytesRead);
            totalBytesRead = totalBytesRead + chunkBytesRead;
        }
        return dataToRead;
    }

byte[] data = new BinaryReader (s).ReadBytes (1000);

return: یک بایت را از مکان فعلی که Pointer به آن اشاره می‌کند، می‌خواند. اگر خروجی «-1» باشد، به انتهای Stream رسیده اید.
برخلاف انتظار، خروجی این متد از نوع int می‌باشد؛ چرا که لازم است «-1» را نیز در برگیرد.

با توجه به حالت FileStream که فقط برای Append کردن وهله سازی شده است، امکان خواندن را نخواهید داشت. بنابراین زمانیکه از کلاس شخص ثالثی برای خواندن از Stream استفاده می‌کنید، به‌صلاح است (به منظور Defensive Programming) که از متد CanRead قبل خواندن بهره ببرید.

(Write(byte[] array,int offset,int count

array: آرایه ای از بایت‌ها که قرار است در Stream درج شوند.
offset: اندیس شروع array برای درج کردن در Stream را مشخص می‌کند.
count: بیشترین تعداد بایتی که از array در Stream درج خواهد شد.

برای درج یک بایت در Stream استفاده می‌شود.

برای تشخص پشتیبانی کردن Stream از عملیات درج کردن مورد استفاده قرار خواهد گرفت.

با انجام هر یک از عملیات Read  و Write برروی Stream، باعث تغییر مکان Pointer مربوط به آن خواهید شد. در صورتیکه نیاز است به صورت انتخابی مکان خاصی از Stream را برای شروع درج کردن یا خواندن انتخاب کنید، Seeking کمک کننده خواهد بود.

باید توجه داشت که پشتیبانی از این عملیات به backing store مورد استفاده وابسته می‌باشد. از این رو باید دانست که MemoryStream و FileStream از Seeking پشتیبانی کرده ولی در مقابل NetworkStream، PipeStream و همچنین Decorator Streams به غیر از BufferedStream قابلیت Seeking را ندارند. BufferedStream با ایجاد پوششی برروی یک Stream به اصطلاح non-seekable، امکان Seeking درون Buffer داخلی خود را مهیا خواهد کرد.

برای عملیات Seeking نیز اعضایی در کلاس پایه System.IO.Stream در نظر گرفته شده است:

برای تنظیم مکان Pointer در Stream استفاده خواهد شد. 

متدی برای تنظیم طول Stream، که اگر value ارسال شده کوچکتر از طول فعلی Stream باشد، آن را کوتاه کرده و در غیر این صورت، Stream موردنظر گسترش خواهد یافت. برای استفاده از این متد، Stream مورد نظر باید قابلیت Writing و Seeking را داشته باشد.

پراپرتی فقط خواندنی که طول Stream را مشخص می‌کند. در صورتیکه Stream مورد نظر Seekable باشد، می‌توان از این پراپرتی بهر برد؛ این بدین معنی است که اگر با یک Stream از نوع non-seekable کار می‌کنید، در صورت استفاده از این خصوصیت، تمام بایت‌های Stream خوانده شده و بعد از قرار گرفتن در  یک buffer (به عنوان مثال در memory)، محاسبه خواهد شد.

Position

پراپرتی برای خواندن یا تنظیم مکان فعلی Pointer مربوط به Stream، می‌باشد. برای استفاده از آن لازم است Stream مورد استفاده Seekable باشد.

مشخص می‌کند که Stream مورد استفاده Seekable  می باشد یا خیر.

به طور خلاصه با استفاده از متد Seek انعطاف پذیری بالایی خواهید داشت. با مقدار دهی پراپرتی Position، این مقدار همیشه نسبت به ابتدای Stream در نظر گرفته خواهد شد (شکل زیر)؛ این در حالی است که با استفاده از متد Seek می‌توان مشخص کرد که مقدار Offset تنظیم شده نسبت به ابتدا، مکان جاری و یا انتهای Stream می‌باشد.

مثال:

        using (FileStream fs = File.Create(@"C:\files\testfile3.txt"))
        {
            // position is 0
            long pos = fs.Position;
            // sets the position to 1
            fs.Position = 1; 
         
            byte[] arrbytes = { 100, 101 };
            //writes the content of arrbytes into current position - which is 1
            fs.Write(arrbytes, 0, arrbytes.Length);
            //position is now 3 as its advanced by write
            pos = fs.Position;
            fs.Position = 0;
            byte[] readdata1 = ReadBytes(fs);
        }

 [HostProtection(SecurityAction.LinkDemand, Synchronization = true)]
    public static Stream Synchronized(Stream stream)
    {
      if (stream == null)
        throw new ArgumentNullException("stream");
      if (stream is Stream.SyncStream)
        return stream;
      return (Stream) new Stream.SyncStream(stream);
    }

• فروشگاه اینترنتی با قابلیت گروه بندی محصولات
• ذخیره تصاویر در دیتابیس و بازیابی با یک Handler
• سرویس اعلانات سایت
• درج کلمات کلیدی هر صفحه به صورت اتوماتیک و با توجه به محتوای صفحه
• استفاده از قابلیت Profile برای کاربران
• کارت خرید و ذخیره آن در پروفایل کاربر
• ثبت سوابق خرید کاربر
• ثبت فیش‌های پرداختی کاربر
  
• ثبت نام کاربران جدید در سایت
• ثبت، نمایش و مدیریت سخنان قصار در نرم افزار
• امکان Cache کردن اطلاعات دریافتی از بانک و مدیریت Cache 
  
• پیاده سازی تمامی کویری‌های بان با Store Procedure در SQL Server
• استفاده از سرویس Membership
• خواندن تنظیمات برنامه از فایل Web.Config و معادل‌سازی آن با کلاس‌های مربوطه
  
• و ...

UserName: Admin
Password: 1234567@
----------
UserName: Saber_Fatholahi
Password: 1234567@

• LocalDb نیاز دارد که پروفایل کاربر بارگذاری شده باشد
• بصورت پیش فرض وهله LocalDb متعلق به یک کاربر بوده، و خصوصی است

در قسمت قبل دیدیم چگونه باید پروفایل کاربر را بدرستی بارگذاری کنیم. در این مقاله به مالکیت وهله‌ها (instance ownership) می‌پردازیم.

مشکل وهله خصوصی

در پایان قسمت قبلی، اپلیکیشن وب را در این حالت رها کردیم:

همانطور که مشاهده می‌کنید با خطای زیر مواجه هستیم:

System.Data.SqlClient.SqlException: Cannot open database "OldFashionedDB" requested by the login. The login failed.
Login failed for user 'IIS APPPOOL\ASP.NET v4.0'. 

این بار پیغام خطا واضح و روشن است. LocalDb با موفقیت اجرا شده و اپلیکیشن وب هم توانسته به آن وصل شود، اما این کانکشن سپس قطع شده چرا که دسترسی به وهله جاری وجود نداشته است. اکانت ApplicationPoolIdentity (در اینجا IIS APPPOOL\ASP.NET v4.0) نتوانسته به دیتابیس LocalDb وارد شود، چرا که دیتابیس مورد نظر در رشته اتصال اپلیکیشن (OldFashionedDB) وجود ندارد. عجیب است، چرا که وصل شدن به همین دیتابیس با رشته اتصال جاری در ویژوال استودیو با موفقیت انجام می‌شود.

همانطور که در تصویر بالا مشاهده می‌کنید از ابزار SQL Server Object Explorer استفاده شده است. این ابزار توسط SQL Server Data Tools معرفی شد و در نسخه‌های بعدی ویژوال استودیو هم وجود دارد و توسعه یافته است. چطور ممکن است ویژوال استودیو براحتی بتواند به دیتابیس وصل شود، اما اپلیکیشن وب ما با همان رشته اتصال نمی‌تواند دیتابیس را باز کند؟ در هر دو صورت رشته اتصال ما بدین شکل است:

Data Source=(localdb)\v11.0;Initial Catalog=OldFashionedDB;Integrated Security=True

پاسخ این است که در اینجا، دو وهله از LocalDb وجود دارد. بر خلاف وهله‌های SQL Server Express که بعنوان سرویس‌های ویندوزی اجرا می‌شوند، وهله‌های LocalDb بصورت پروسس‌های کاربری (user processes) اجرا می‌شوند. هنگامی که کاربران مختلفی سعی می‌کنند به LocalDb متصل شوند، برای هر کدام از آنها پروسس‌های مجزایی اجرا خواهد شد. هنگامی که در ویژوال استودیو به localdb)\v11.0) وصل می‌شویم، وهله ای از LocalDb ساخته شده و در حساب کاربری ویندوز جاری اجرا می‌شود. اما هنگامی که اپلیکیشن وب ما در IIS می‌خواهد به همین دیتابیس وصل شود، وهله دیگری ساخته شده و در ApplicationPoolIdentity اجرا می‌شود. گرچه ویژوال استودیو و اپلیکیشن ما هر دو از یک رشته اتصال استفاده می‌کنند، اما در عمل هر کدام به وهله‌های متفاوتی از LocalDb دسترسی پیدا خواهند کرد. پس مسلما دیتابیسی که توسط وهله ای در ویژوال استودیو ساخته شده است، برای اپلیکیشن وب ما در IIS در دسترس نخواهد بود.

یک مقایسه خوب از این وضعیت، پوشه My Documents در ویندوز است. فرض کنید در ویژوال استودیو کدی بنویسیم که در این پوشه یک فایل جدید می‌سازد. حال اگر با حساب کاربری دیگری وارد ویندوز شویم و به پوشه My Documents برویم این فایل را نخواهیم یافت. چرا که پوشه My Documents برای هر کاربر متفاوت است. بهمین شکل، وهله‌های LocalDb برای هر کاربر متفاوت است و به پروسس‌ها و دیتابیس‌های مختلفی اشاره می‌کنند.

به همین دلیل است که اپلیکیشن وب ما می‌تواند بدون هیچ مشکلی روی IIS Express اجرا شود و دیتابیس را باز کند. چرا که IIS Express درست مانند LocalDb یک پروسس کاربری است. IIS Express توسط ویژوال استودیو راه اندازی می‌شود و روی حساب کاربری جاری اجرا می‌گردد، پس پروسس آن با پروسس خود ویژوال استودیو یکسان خواهد بود و هر دو زیر یک اکانت کاربری اجرا خواهند شد.

راه حل ها

درک ماهیت مشکل جاری، راه حال‌های مختلفی را برای رفع آن بدست می‌دهد. از آنجا که هر راه حل مزایا و معایب خود را دارد، بجای معرفی یک راه حال واحد چند راهکار را بررسی می‌کنیم.

رویکرد 1: اجرای IIS روی کاربر جاری ویندوز

اگر مشکل، حساب‌های کاربری مختلف است، چرا خود IIS را روی کاربر جاری اجرا نکنیم؟ در این صورت ویژوال استودیو و اپلیکیشن ما هر دو به یک وهله از LocalDb وصل خواهند شد و همه چیز بدرستی کار خواهد کرد. ایجاد تغییرات لازم نسبتا ساده است. IIS را اجرا کنید و Application Pool مناسب را انتخاب کنید، یعنی همان گزینه که برای اپلیکیشن شما استفاده می‌شود.

قسمت Advanced Settings را باز کنید:

روی دکمه سه نقطه کنار خاصیت Identity کلیک کنید تا پنجره Application Pool Identity باز شود:

در این قسمت می‌توانید از حساب کاربری جاری استفاده کنید. روی دکمه Set کلیک کنید و نام کاربری و رمز عبور خود را وارد نمایید. حال اگر اپلیکیشن را مجددا اجرا کنید، همه چیز باید بدرستی اجرا شود.

خوب، معایب این رویکرد چیست؟ مسلما اجرای اپلیکیشن وب روی اکانت کاربری جاری، ریسک‌های امنیتی متعددی را معرفی می‌کند. اگر کسی بتواند اپلیکیشن وب ما را هک کند، به تمام منابع سیستم که اکانت کاربری جاری به آنها دسترسی دارد، دسترسی خواهد داشت. اما اجرای اپلیکیشن مورد نظر روی ApplicationPoolIdentity امنیت بیشتری را ارائه می‌کند، چرا که اکانت‌های ApplicationPoolIdentity دسترسی بسیار محدود‌تری به منابع سیستم محلی دارند. بنابراین استفاده از این روش بطور کلی توصیه نمی‌شود، اما در سناریو‌های خاصی با در نظر داشتن ریسک‌های امنیتی می‌تواند رویکرد خوبی باشد.

رویکرد 2: استفاده از وهله مشترک

یک راه حال دیگر استفاده از قابلیت instance sharing است. این قابلیت به ما این امکان را می‌دهد تا یک وهله LocalDb را بین کاربران یک سیستم به اشتراک بگذاریم. وهله به اشتراک گذاشته شده، توسط یک نام عمومی (public name) قابل دسترسی خواهد بود.

ساده‌ترین راه برای به اشتراک گذاشتن وهله‌های LocalDb استفاده از ابزار SqlLocalDB.exe است. بدین منظور Command Prompt را بعنوان مدیر سیستم باز کنید و فرمان زیر را اجرا نمایید:

sqllocaldb share v11.0 IIS_DB

Data Source=(localdb)\.\IIS_DB;Initial Catalog=OldFashionedDB;Integrated Security=True

create login [IIS APPPOOL\ASP.NET v4.0] from windows;
exec sp_addsrvrolemember N'IIS APPPOOL\ASP.NET v4.0', sysadmin

معایب این روش چیست؟ مشکل اصلی در این رویکرد این است که پیش از آنکه اپلیکیشن ما بتواند به وهله مشترک دسترسی داشته باشد، باید وهله مورد نظر را راه اندازی و اجرا کنیم. بدین منظور، حساب کاربری ویندوزی که مالکیت وهله را دارد باید به آن وصل شود و کانکشن را زنده نگه دارد، در غیر اینصورت وهله LocalDb قابل دسترسی نخواهد بود.

رویکرد 3: استفاده از SQL Server Express

از آنجا که نسخه کامل SQL Server Express بعنوان یک سرویس ویندوزی اجرا می‌شود، شاید بهترین راه استفاده از همین روش باشد. کافی است یک نسخه از SQL Server Express را نصب کنیم، دیتابیس مورد نظر را در آن بسازیم و سپس به آن متصل شویم. برای این کار حتی می‌توانید از ابزار جدید SQL Server Data Tools استفاده کنید، چرا که با تمام نسخه‌های SQL Server سازگار است. در صورت استفاده از نسخه‌های کامل تر، رشته اتصال ما بدین شکل تغییر خواهد کرد:

Data Source=.\SQLEXPRESS;Initial Catalog=OldFashionedDB;Integrated Security=True

create login [IIS APPPOOL\ASP.NET v4.0] from windows;
exec sp_addsrvrolemember N'IIS APPPOOL\ASP.NET v4.0', sysadmin

مطالعه بیشتر درباره LocalDb

• Introducing LocalDB and LocalDB Q&A
• Upgrading .NET Framework 4 to support LocalDB connections and using SQL Server Management Studio to work with LocalDB
• Using LocalDB in Visual Studio 2010
• Where are LocalDB database files located