Jak efektivně využívat SignalR pro komunikaci v reálném čase v .NET aplikacích

SignalR je populární knihovna pro .NET, která umožňuje obousměrnou komunikaci mezi klientem a serverem v reálném čase. Tento nástroj je zvláště užitečný pro aplikace, které vyžadují okamžité přenosy dat, jako jsou chatové aplikace, live notifikace nebo zobrazení změn na webových stránkách v reálném čase. V této kapitole se podíváme na konkrétní příklad implementace SignalR pro chatovou aplikaci, kterou lze spustit pomocí .NET konzolové aplikace a MVC webové aplikace.

Dalším krokem je otevření nového okna prohlížeče nebo spuštění jiného prohlížeče, například Firefoxu či Edge, a opětovné načtení stránky https://localhost:5131/. Tentokrát zadejte jméno Bob a přidejte skupinu Sales. Po kliknutí na "Register User" se Bob zaregistruje do chatu a stane se součástí skupiny Sales. Podobně postupujte pro třetího uživatele Charlieho, který se připojí k IT skupině.

Když máte všechny tři prohlížeče otevřené, můžete začít testovat funkčnost chatu. Alice například pošle zprávu do skupiny Sales. Bob a Alice tuto zprávu obdrží, což potvrdí správnou funkčnost broadcastové komunikace pro skupiny. Pokud Bob následně pošle zprávu do skupiny IT, obdrží ji Alice a Charlie, ale ne Bob, což potvrzuje správnost směrování zpráv do specifických skupin. Pokud Bob pošle zprávu pouze Alice, obdrží ji pouze Alice. Když Charlie pošle zprávu pro všechny uživatele (leave To prázdné), všichni účastníci obdrží zprávu.

Další důležitou funkcionalitou SignalR je podpora pro streamování dat, což je užitečné pro scénáře, kde data přicházejí po částech v průběhu času. Místo odesílání strukturovaných zpráv může server i klient využívat streamy pro efektivní přenos dat, jako je například aktuální cena akcií. SignalR podporuje jak streamování dat od serveru k klientovi (například odesílání dat o cenách akcií v reálném čase), tak i streamování od klienta k serveru.

Pro streamování dat vytvořte novou třídu, která definuje data, která budou streamována. Například pro cenu akcií můžeme vytvořit třídu StockPrice, která bude obsahovat název akcie a její aktuální cenu. Poté ve třídě StockPriceHub implementujeme metody pro streamování dat, kde metoda GetStockPriceUpdates bude periodicky posílat aktualizace o cenách akcií. Tato metoda vrací objekt typu IAsyncEnumerable, což je způsob, jakým lze v .NET 8 a novějších verzích implementovat asynchronní streamování.

Příklad implementace streamování pro akcie může vypadat takto:

csharp
Copy code
public async IAsyncEnumerable<StockPrice> GetStockPriceUpdates(

    string stock, [EnumeratorCancellation] CancellationToken cancellationToken)
{
    double currentPrice = 267.10; // Simulovaná počáteční cena
    while (!cancellationToken.IsCancellationRequested)
    {
        await Task.Delay(1000); // Simulace zpoždění
        currentPrice += new Random().NextDouble() * 5 - 2.5; // Simulace změny ceny

        yield return new StockPrice(stock, currentPrice);

    }
}

Tento přístup umožňuje efektivní přenos dat, která se průběžně mění, aniž by se musel server nebo klient blokovat na jednu konkrétní odpověď.

Pokud jde o samotného klienta, ten může být realizován jako .NET konzolová aplikace, která se připojuje k SignalR hubu, poslouchá zprávy a umožňuje uživatelům komunikovat. V konzolové aplikaci musí být implementována registrace uživatele a přijímání zpráv, jak je ukázáno ve výše uvedeném příkladu kódu. Po připojení k hubu aplikace vyčká na zprávy a ty zobrazuje na obrazovce.

Aby byla komunikace opravdu efektivní, doporučuje se také věnovat pozornost optimalizaci výkonu aplikace. Při práci s velkými objemy dat nebo s aplikacemi, které vyžadují vysokou dostupnost, je nutné implementovat metody pro správu připojení, kontrolu latence a minimalizaci počtu potřebných požadavků. Pro tento účel je dobré se seznámit s nástroji, jako je PowerToys a jeho funkcí FancyZones, která pomůže uspořádat okna pro efektivní práci s více prohlížeči nebo aplikacemi.

Jak správně implementovat MVVM v .NET MAUI a podpořit obousměrné datové vazby

MVVM (Model-View-ViewModel) je designový vzor, který je velmi podobný vzoru MVC (Model-View-Controller), ale s několika zásadními rozdíly, které umožňují lepší práci s datovými vazbami v aplikacích, zejména v těch, které běží na více platformách. Tento vzor zahrnuje tři hlavní složky: Model, View a ViewModel, a jejich vzájemné propojení se používá k oddělení logiky aplikace a uživatelského rozhraní.

Model představuje třídu, která reprezentuje data, často v podobě objektu, který je spojený s databází, např. relační databází. View je grafické rozhraní, které zobrazuje data uživateli a umožňuje mu s nimi interagovat. ViewModel pak slouží jako prostředník mezi Modelem a View. Obsahuje logiku pro práci s daty a pro zajištění, že jakékoliv změny v datech budou okamžitě reflektovány ve View. Významným prvkem je podpora obousměrné vazby, která umožňuje synchronizaci změn mezi View a ViewModel.

Pro implementaci obousměrné datové vazby v .NET MAUI je nezbytné použít rozhraní INotifyPropertyChanged, které umožňuje, aby se při změně hodnoty v modelu automaticky aktualizovalo i uživatelské rozhraní. Tento proces spočívá v tom, že každá vlastnost třídy, která se má používat v datové vazbě, musí mít implementovanou událost PropertyChanged, která je vyvolána při změně hodnoty této vlastnosti. Při každé změně je odesláno oznámení, že daná vlastnost byla změněna, což způsobí, že všechny komponenty uživatelského rozhraní, které jsou na tuto vlastnost napojené, se automaticky aktualizují.

Příklad implementace pro model, který podporuje dvousměrné vazby, je následující. Pokud máte třídu, která má vlastnost pro uložení názvu firmy, bude její kód vypadat takto:

csharp
Copy code
private string companyName;

public string CompanyName
{
    get => companyName;
    set
    {
        companyName = value;
        PropertyChanged?.Invoke(this, new PropertyChangedEventArgs(nameof(CompanyName)));
    }
}

Tato metoda zajistí, že jakmile se hodnota vlastnosti změní, zavolá se událost PropertyChanged, která následně způsobí, že uživatelské rozhraní bude tuto změnu reflektovat. Tento proces se děje bez potřeby jakéhokoliv manuálního zásahu, což výrazně zjednodušuje správu datových vazeb v aplikacích s dynamickým obsahem.

csharp
Copy code
private void NotifyPropertyChanged([CallerMemberName] string propertyName = "")
{
    PropertyChanged?.Invoke(this, new PropertyChangedEventArgs(propertyName));
}

Pokud třída implementuje INotifyPropertyChanged, je možné na ní vytvářet obousměrné vazby, což znamená, že změny provedené v uživatelském rozhraní (např. textový vstup) se automaticky promítnou do dat modelu a naopak.

Dalším užitečným prvkem, který úzce souvisí s INotifyPropertyChanged, je třída ObservableCollection. Ta implementuje rozhraní INotifyCollectionChanged, což znamená, že poskytuje notifikace, když jsou položky přidány, odstraněny nebo změněny. Tato kolekce je velmi užitečná při práci s ovládacími prvky jako jsou ListView nebo TreeView, kde chceme, aby se uživatelské rozhraní dynamicky aktualizovalo v případě změn v kolekci.

Pro tvorbu ViewModelu s obousměrnými datovými vazbami je potřeba, aby třída implementovala INotifyPropertyChanged a měla metody pro aktualizaci vlastností, které se mohou měnit. Zde je ukázka implementace ViewModelu pro zobrazení detailu zákazníka:

csharp
Copy code
public class CustomerDetailViewModel : INotifyPropertyChanged

{
    public event PropertyChangedEventHandler PropertyChanged;
    private string customerId;
    private string companyName;
    private string contactName;
    private string city;
    private string country;
    private string phone;
    private void NotifyPropertyChanged([CallerMemberName] string propertyName = "")
    {
        PropertyChanged?.Invoke(this, new PropertyChangedEventArgs(propertyName));
    }
    public string CustomerId
    {
        get => customerId;
        set
        {
            customerId = value;
            NotifyPropertyChanged();
        }
    }
    public string CompanyName
    {
        get => companyName;
        set
        {
            companyName = value;
            NotifyPropertyChanged();
        }
    }
    public string ContactName
    {
        get => contactName;
        set
        {
            contactName = value;
            NotifyPropertyChanged();
        }
    }
    public string City
    {
        get => city;
        set
        {
            city = value;
            NotifyPropertyChanged();
            NotifyPropertyChanged(nameof(Location));
        }
    }
    public string Country
    {
        get => country;
        set
        {
            country = value;
            NotifyPropertyChanged();
            NotifyPropertyChanged(nameof(Location));
        }
    }
    public string Phone
    {
        get => phone;
        set
        {
            phone = value;
            NotifyPropertyChanged();
        }
    }
    public string Location
    {
        get => $"{City}, {Country}";
    }
}

Tento třída implementuje obousměrné datové vazby, což znamená, že změny provedené v uživatelském rozhraní budou automaticky reflektovány v datovém modelu a naopak.

Důležité je si uvědomit, že obousměrné datové vazby jsou velmi silný nástroj pro práci s dynamickými uživatelskými rozhraními. Umožňují efektivně synchronizovat stav aplikace s uživatelským rozhraním, ale je nutné pečlivě spravovat události a změny, aby nedocházelo k nežádoucímu chování, jako je například nekonečné zavolání události při každé změně. Také je důležité mít na paměti výkon aplikace, zejména při práci s velkými kolekcemi dat, které se mohou často měnit.

Jak efektivně spravovat vlákna, výkonnost a prostředky v operačních systémech

Vlákna představují základní stavební prvek současného multitaskingového modelu, který umožňuje moderním operačním systémům efektivně vykonávat více úkolů současně. Vlákno vykonává kód, řádek po řádku, a každému procesu je obvykle přiřazeno jedno vlákno. Tento model může narazit na problémy, když je potřeba zpracovávat více úkolů najednou. Vlákna jsou také zodpovědná za sledování věcí, jako je aktuálně ověřený uživatel a pravidla pro lokalizaci, která by měla být použita podle aktuálního jazyka a regionu.

Většina moderních operačních systémů, včetně Windows, využívá preemptivní multitasking, což simuluje paralelní vykonávání úkolů. Tento model rozdělí čas procesoru mezi vlákna, přičemž každému vláknu je přidělen časový úsek, který se střídá mezi jednotlivými vlákny. Když vlákno dokončí svůj časový úsek, je pozastaveno a procesor umožní běh dalšímu vláknu. Tento přechod mezi vlákny není bez nákladů – procesor musí uložit kontext aktuálního vlákna a znovu načíst kontext následujícího vlákna. Tento proces vyžaduje jak čas, tak i prostředky.

Pokud vývojář potřebuje kompletní kontrolu nad několika složitými úkoly, může se rozhodnout pro vytváření a správu jednotlivých instancí vláken. Pokud však existuje hlavní vlákno, které vykonává více menších úkolů, je efektivní využít třídu ThreadPool. Ta umožňuje přidání delegátů, které ukazují na konkrétní úkoly, do fronty, kde jsou automaticky přiděleny vláknům v poolu. Pro správu vláken na vyšší úrovni abstrakce je však výhodnější použít typ Task, který se v tomto článku podrobněji prozkoumá.

Vlákna mohou mít tendenci soutěžit o sdílené prostředky, jako jsou proměnné, soubory nebo objekty databáze. Pro tento účel existují různé typy, které je možné použít a které se podrobně prozkoumají v následujících kapitolách. Pokud jde o rozdělení úkolů mezi vlákna, je důležité si uvědomit, že zdvojnásobení počtu vláken neznamená automatické zkrácení času potřebného pro dokončení úkolu. Ve skutečnosti to může vést k prodloužení doby provádění úkolu, jak ukazuje praktická ukázka na obrázku 4.1.

Důležitým pravidlem je nikdy předpokládat, že více vláken vždy znamená lepší výkon. Doporučuje se provádět testy výkonu na základní implementaci kódu bez použití více vláken a následně je porovnat s verzí, která využívá více vláken. Výsledky testování by měly být prováděny v prostředí co nejvíce podobném produkčnímu, aby byly výsledky co nejpřesnější.

K monitorování výkonu a využívání prostředků je nezbytné mít nástroje, které umožní sledovat rychlost a efektivitu kódu. Bez schopnosti monitorovat výkon nemůžeme efektivně hodnotit vylepšení. Pro tento účel existují různé nástroje a třídy v rámci systému .NET, které usnadňují monitorování doby běhu a využívání paměti. Prvním užitečným nástrojem je třída Stopwatch, která nám umožňuje měřit čas provádění operací. Tato třída nabízí metody jako Restart, které obnoví časovač a začnou měřit čas od nuly, a Stop, která zastaví měření.

Kromě sledování času je také důležité sledovat využívání paměti. Třída Process nabízí informace o alokované virtuální paměti a fyzické paměti pro konkrétní proces. Při monitorování výkonu je nutné věnovat pozornost nejen funkčnosti kódu, ale i velikosti paměti a výkonnosti jednotlivých datových typů. Výběr správného datového typu je klíčový – pro uložení velkého množství čísel může být lepší použít typ s nižšími nároky na paměť, ale pro výpočty s menším počtem čísel bude efektivnější typ, který nabízí vyšší rychlost zpracování na specifickém procesoru.

Výběr datového typu by měl být nejen otázkou aktuálních potřeb, ale i budoucí údržby kódu. Nezbytným aspektem, který je často přehlížen, je udržovatelnost – jak snadné bude pro jiného vývojáře upravit nebo rozšířit váš kód. Volba typu, která není dostatečně zdokumentována, může později vést k problémům při úpravách nebo opravách chyb.

Jak rychle začít s implementací technologií a architektonických rozhodnutí ve vývoji aplikací

Výběr správných technologií a architektonických rozhodnutí je klíčovým faktorem pro úspěšný vývoj aplikací. Tento proces je nevyhnutelný pro každého vývojáře, který chce rychle a efektivně začít pracovat na aplikacích a službách. Jak ale najít vhodná řešení a implementace pro konkrétní úkoly a cvičení? Odpovědí je GitHub repository, kde jsou k dispozici podrobné ukázky kódu. Tyto ukázky lze stáhnout nebo klonovat přímo z repozitáře na odkazu: https://github.com/markjprice/apps-services-net7. Pokud s tímto procesem nejste obeznámeni, na konci první kapitoly knihy naleznete podrobné instrukce, jak postupovat.

Kniha, kterou držíte v rukou, se zaměřuje na různé aspekty vývoje aplikací a služeb v rámci ekosystému .NET a C#. V první kapitole, nazvané "Představení aplikací a služeb s .NET", se dozvíte, jak správně nastavit své vývojové prostředí pomocí Visual Studio 2022 nebo Visual Studio Code. V této části knihy jsou také podrobně probrány nové vlastnosti jazyka C# a knihoven v moderním .NET, což vám pomůže pochopit, jak efektivně využít moderní technologie a nástroje.

Další kapitoly se zaměřují na různé aspekty práce s daty. Kapitola 2, "Správa relačních dat pomocí SQL Serveru", vás provede nastavením SQL Serveru na různých platformách – ať už na Windows, v Docker kontejnerech na macOS nebo Linuxu, či v cloudu Azure. Kromě toho se seznámíte s knihovnami ADO.NET (Microsoft.Data.SqlClient) pro práci s nízkoúrovňovými operacemi a s objektově-relationalním mapováním (ORM) pomocí Entity Framework Core (EF Core).

Dále, kapitola 4 se zaměřuje na "Benchmarking výkonu, multitasking a konkurenci", kde se naučíte optimalizovat výkon aplikace prostřednictvím souběžného vykonávání úloh pomocí vláken a úkolů. Tato témata jsou nezbytná pro aplikace, které potřebují zpracovávat velké množství dat nebo reagovat na události v reálném čase.

V kapitole 6, "Pozorování a modifikace vykonávání kódu dynamicky", se seznámíte s technikami jako reflexe, atributy a generování kódu během kompilace. Tyto techniky jsou nezbytné pro pokročilé scénáře, jako je například tvorba dynamických knihoven nebo vývoj aplikací, které se adaptují na různé situace a prostředí.

Bezpečnost dat a aplikací je samozřejmě nezbytnou součástí vývoje jakékoliv aplikace. V kapitole 8, "Ochrana vašich dat a aplikací", se naučíte používat šifrování, hashing a podepisování pro ochranu dat a ověřování uživatelů. Zabezpečení je v dnešní době klíčovým faktorem, protože stále více aplikací je cílem kybernetických útoků.

Kapitola 14, "Vývoj serverless nanoslužeb s Azure Functions", vám ukáže, jak využít serverless architekturu pro aplikace, které nevyžadují trvalý běh serverů. Tento přístup je ideální pro vývoj aplikací, které reagují na určité události, například odeslání zprávy nebo nahrání souboru.

Kromě samotného kódu, je důležité, aby čtenář pochopil i širší kontext každé technologie. Důraz na správnou architekturu a návrh aplikací je klíčový pro úspěch jakéhokoliv projektu. Je nezbytné nejen znát jednotlivé nástroje, ale i umět je kombinovat a přizpůsobovat specifickým potřebám projektu. Technologické volby by měly být vždy informované, promyšlené a reflektující konkrétní požadavky a cíle aplikace.