C# 的进程间通信（IPC，Inter-Process Communication）

🧭 一、IPC 是什么？

IPC（Inter-Process Communication） 是指：

在同一台计算机上，不同进程之间传递数据、信号或消息的机制。

常见用途：

C# 主程序与后台服务通信
GUI 应用与命令行程序交互、
前端与后端（不同进程）传输 JSON
与 C++、Python、Java 等跨语言进程通信

🧩 二、C# 支持的 IPC 方式总览

|-------------------------------------------|---------------------|------|-------|------------------|
| IPC方式 | 平台 | 性能 | 是否跨平台 | 特点 |
| Named Pipe（命名管道） | Windows/Linux/macOS | ⭐⭐⭐⭐ | ✅ | 速度快，操作系统原生支持 |
| Memory-Mapped File（内存映射文件） | Windows/Linux | ⭐⭐⭐⭐ | ✅ | 共享大块数据最快方式 |
| Socket（TCP/UDP） | 所有平台 | ⭐⭐⭐ | ✅ | 通用性最强，可跨机器 |
| gRPC / HTTP / REST | 所有平台 | ⭐⭐ | ✅ | 最易用，跨语言；性能较低 |
| MessageQueue / ZeroMQ / RabbitMQ | 所有平台 | ⭐⭐⭐ | ✅ | 异步、高并发；复杂度高 |
| WCF（Windows Communication Foundation） | Windows | ⭐⭐⭐ | ❌ | 功能强，但已不推荐用于新项目 |
| SignalR / WebSocket | 所有平台 | ⭐⭐⭐ | ✅ | 实时通信、配合 Web 应用常用 |

⚙️ 三、常用实现方式详解 + 示例

① Named Pipe（命名管道）

📦 适用场景： 同一台机器上两个进程通信

📈 优点： 速度快、无需网络栈、支持字符串与二进制

🧩 跨平台： ✅（.NET 5+）

▶ Server（服务端）

复制代码

using System.IO.Pipes;
using System.Text;

class PipeServer
{
    static void Main()
    {
        using var server = new NamedPipeServerStream("MyPipe", PipeDirection.InOut, 1);
        Console.WriteLine("等待客户端连接...");
        server.WaitForConnection();

        using var reader = new StreamReader(server, Encoding.UTF8);
        using var writer = new StreamWriter(server, Encoding.UTF8) { AutoFlush = true };

        Console.WriteLine("客户端已连接");
        while (true)
        {
            string? msg = reader.ReadLine();
            if (msg == null || msg == "exit") break;
            Console.WriteLine($"收到: {msg}");
            writer.WriteLine($"服务器收到: {msg}");
        }
    }
}

▶ Client（客户端）

复制代码

using System.IO.Pipes;
using System.Text;

class PipeClient
{
    static void Main()
    {
        using var client = new NamedPipeClientStream(".", "MyPipe", PipeDirection.InOut);
        client.Connect();

        using var reader = new StreamReader(client, Encoding.UTF8);
        using var writer = new StreamWriter(client, Encoding.UTF8) { AutoFlush = true };

        for (int i = 0; i < 3; i++)
        {
            writer.WriteLine($"消息 {i}");
            Console.WriteLine(reader.ReadLine());
        }

        writer.WriteLine("exit");
    }
}

✅ 特点：

多个客户端可连接同一个管道（指定 maxNumberOfServerInstances）
支持异步版本：WaitForConnectionAsync()、ReadAsync()
适合进程间命令传递或 JSON 消息传输

② Memory-Mapped File（内存映射文件）

📦 适用场景： 需要共享大块数据（如图像、缓存）

📈 优点： 读写极快

📉 缺点： 需要同步机制防止并发问题

▶ 写入进程

复制代码

using System.IO.MemoryMappedFiles;
using System.Text;

class Writer
{
    static void Main()
    {
        using var mmf = MemoryMappedFile.CreateOrOpen("SharedMemory", 1024);
        using var accessor = mmf.CreateViewAccessor();

        string message = "Hello from Process A";
        byte[] bytes = Encoding.UTF8.GetBytes(message);
        accessor.WriteArray(0, bytes, 0, bytes.Length);

        Console.WriteLine("写入完成");
        Console.ReadLine();
    }
}

▶ 读取进程

复制代码

using System.IO.MemoryMappedFiles;
using System.Text;

class Reader
{
    static void Main()
    {
        using var mmf = MemoryMappedFile.OpenExisting("SharedMemory");
        using var accessor = mmf.CreateViewAccessor();

        byte[] buffer = new byte[1024];
        accessor.ReadArray(0, buffer, 0, buffer.Length);

        Console.WriteLine("读取内容: " + Encoding.UTF8.GetString(buffer).TrimEnd('\0'));
    }
}

③ Socket（TCP）

📦 适用场景： 不仅限于本机，可跨网络通信

📈 优点： 通用性最强

📉 缺点： 需要管理连接、心跳、序列化等

▶ Server

复制代码

using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;

class TcpServer
{
    static async Task Main()
    {
        var listener = new TcpListener(IPAddress.Loopback, 5000);
        listener.Start();
        Console.WriteLine("等待客户端...");
        var client = await listener.AcceptTcpClientAsync();

        using var stream = client.GetStream();
        byte[] buffer = new byte[1024];
        int len = await stream.ReadAsync(buffer);
        Console.WriteLine("收到: " + Encoding.UTF8.GetString(buffer, 0, len));
    }
}

▶ Client

复制代码

using System.Net.Sockets;
using System.Text;

class TcpClientDemo
{
    static async Task Main()
    {
        var client = new TcpClient();
        await client.ConnectAsync("127.0.0.1", 5000);

        using var stream = client.GetStream();
        byte[] data = Encoding.UTF8.GetBytes("Hello Server");
        await stream.WriteAsync(data);
    }
}

④ gRPC / HTTP / SignalR

📦 适用场景： 跨平台、跨语言通信（如 C# ↔ Python）

🧩 实现： 使用 ASP.NET Core Web API 或 gRPC 服务

📈 优点： 简单直观、兼容多语言

📉 缺点： 性能不如管道 / 内存映射

🧠 四、选型建议（按场景）

|----------------|-----------------------------------|---------|
| 场景 | 推荐方式 | 说明 |
| 同机 C# ↔ C# 通信 | Named Pipe | 简单高效 |
| 同机 C# ↔ C++ 通信 | Named Pipe 或 MemoryMappedFile | 跨语言易实现 |
| 多机通信 | Socket / gRPC | 通用 |
| GUI ↔ 后台守护进程 | Named Pipe + JSON 消息 | 稳定、方便调试 |
| 高速数据共享（如图像帧） | Memory-Mapped File | 低延迟 |

🧰 五、调试与编码注意点

统一编码
使用 Encoding.UTF8，避免乱码。
结构化数据
使用 JSON（System.Text.Json）序列化传输结构体。

var json = JsonSerializer.Serialize(obj);
错误处理
IPC 通常易出问题，要加超时、断线重连、异常捕获。
异步通信
推荐使用 ReadAsync() / WriteAsync()，避免阻塞主线程。

🧩 六、JSON 通信模板（推荐现代做法）

Server:

复制代码

var server = new NamedPipeServerStream("MyPipe");
await server.WaitForConnectionAsync();

using var reader = new StreamReader(server);
using var writer = new StreamWriter(server) { AutoFlush = true };

while (true)
{
    var line = await reader.ReadLineAsync();
    if (line == null) break;

    var msg = JsonSerializer.Deserialize<Message>(line);
    Console.WriteLine($"收到指令: {msg.Command}");

    var reply = new Message { Command = "ACK", Data = "OK" };
    await writer.WriteLineAsync(JsonSerializer.Serialize(reply));
}

record Message { public string Command { get; set; } public string Data { get; set; } }