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异步Socket通信
异步Socket通信
ByJohnMcTainsh
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本文介绍如何使用非阻塞方式的Socket通信,并且创建了一个聊天程序的例子来帮助说明。
所谓同步,可以理解为在执行完一个函数或方法之后,一直等待系统返回值或消息,这时程序是出于阻塞的,只有接收到返回的值或消息后才往下执行其他的命令。
异步,执行完函数或方法后,不必阻塞性地等待返回值或消息,只需要向系统委托一个异步过程,那么当系统接收到返回值或消息时,系统会自动触发委托的异步过程,从而完成一个完整的流程。
并不是说谁好谁不好,只是同步的机制不适合在正式应用的项目当中(但自己测试还是可以的)
2.同步,就是实时处理,比如服务器一接收客户端请求,马上响应,这样客户端可以在最短的时间内得到结果,但是如果多个客户端,或者一个客户端发出的请求很频繁,服务器无法同步处理,就会造成涌塞。
异步,就是分时处理,服务器接收到客户端请求后并不是立即处理,而是等待服务器比较空闲的时候加以处理,可以避免涌塞。
3.有同步和异步之分
同步就是调用一个函数,直接函数执行完了才返回到调用函数
异步就是被调用函数初始化完后马上返回...
介绍
本文介绍如何在多个应用程序之间创建和使用TCP/IPSocket来进行通信。
这些应用程序可以运行在同一台机器,也可以在局域网内,甚至也可以是跨越Internet的*。
这种方法的好处是不需要你自己来使用线程,而是通过调用Socket的非阻塞模式来实现。
在例子中:
服务器创建病侦听客户端的连接,一旦有客户连接,服务器就将其加入到一个活动客户的列表中,某个客户端发送的消息也有服务器发送到各个连接的客户端,就好像聊天室中的那样。
或许Remoting(远程调用)是做这种工作更好的办法,但是我们这里还是来学习学习如何使用Socket来实现。
*注意:
跨越Internet的通讯要求服务器有独立的IP地址并且不在代理或是放火墙之后。
事件时序
服务器必须要先侦听,客户端才能够连接。
下面的图例说明了在一个异步Socket会话中的事件时序。
运行示例
实例代码分为两部分:
ChatServer和ChatClient.我们首先来创建ChatServer,然后使用下面的Telnet命令来测试它。
telnet{servermachineIPaddressormachinename}399
telnet10.328.32.76399
这时,服务器上应该出现一条消息来表明这个客户连接的地址和端口。
在任一个telnet窗口中键入的字符都会回显到所有与服务器连接的telnet的窗口中。
试试从多台机器上并发连接服务器。
不要使用localhost或者127.0.0.1来作为服务器程序唯一的侦听地址。
然后运行ChatClient实例作相同的试验和多个客户端和多个telnet并存的测试。
为什么要使用.NET的Socket?
.NET在很多地方都用到了sockets,比如:
WebServices和Remoting。
但是在那些应用中底层的Socket支持已经做好了,不需要直接使用。
但是,和其他非.NET系统的Socket打交道或简单通信的场合中Socket的使用还是很有必要的。
它可以用来和诸如DOS,Windows和UNIX系统进行通信。
底层的Socket应用也可以让你减少了诸如组测,权限,域(domains),用户ID,密码等这些麻烦的安全方面的顾虑。
ChatServer/Listener
服务器侦听端口,当有连接请求时,接受该连接并返回一条欢迎信息。
在例子中客户连接被加到一个活动客户列表m_aryClients中去。
这个列表会根据客户加入和离开作相应的增删。
在某些情况下可能会丢失连接,所以在实际的系统中还应该有轮询侦测客户端是否在线的部分。
当服务器端的listener收到客户端发来的信息后,它会把消息广播到所有连接的客户端。
下面讨论两种侦听的方法,一个是用轮询(polling),另外一个在使用事件来侦测连接的请求。
方法1–使用轮询的TcpListener
System.Net.Sockets中的TcpListener类为我们提供了一个侦听和处理客户连接的简单手段。
下面的代码侦听连接,接受连接,并且向客户连接发回一个带有时间戳的欢迎信息。
如果有另外一个连接请求到来,原来的连接将会丢失。
注意,欢迎信息是采用ASCII编码,而不是UNICODE。
privateSocketclient=null;
constintnPortListen=399;
try
{
TcpListenerlistener=newTcpListener(nPortListen);
Console.WriteLine("Listeningas{0}",listener.LocalEndpoint);
listener.Start();
do
{
byte[]m_byBuff=newbyte[127];
if(listener.Pending())
{
client=listener.AcceptSocket();
//Getcurrentdateandtime.
DateTimenow=DateTime.Now;
stringstrDateLine="Welcome"+now.ToString("G")+"\n\r";
//Converttobytearrayandsend.
Byte[]byteDateLine=System.Text.Encoding.ASCII.GetBytes(strDateLine.ToCharArray());
client.Send(byteDateLine,byteDateLine.Length,0);
}
else
{
Thread.Sleep(100);
}
}while(true);//Don'tusethis.
}
catch(Exceptionex)
{
Console.WriteLine(ex.Message);
}
方法2–使用带事件的Socket
一个更为优雅的方法是创建一个事件来捕捉连接请求。
ChatServer实例就采用了这种方法。
首先服务器的名字和地址用下面的代码取得。
IPAddress[]aryLocalAddr=null;
stringstrHostName="";
try
{
//NOTE:
DNSlookupsareniceandallbutquitetimeconsuming.
strHostName=Dns.GetHostName();
IPHostEntryipEntry=Dns.GetHostByName(strHostName);
aryLocalAddr=ipEntry.AddressList;
}
catch(Exceptionex)
{
Console.WriteLine("Errortryingtogetlocaladdress{0}",ex.Message);
}
//VerifywegotanIPaddress.Telltheuserifwedid
if(aryLocalAddr==null||aryLocalAddr.Length<1)
{
Console.WriteLine("Unabletogetlocaladdress");
return;
}
Console.WriteLine("Listeningon:
[{0}]{1}",strHostName,aryLocalAddr[0]);
得到地址之后,我们要把listener这个Socket绑定到这个地址。
我们这里使用的侦听端口是399。
此外,从位于"C:
\WinNT\System32\drivers\etc\Services"的服务文件中读取端口号应该是一个很好的练习。
下面的代码绑定Listener并且开始侦听。
一个事件handler把所有的连接请求都指向了OnConnectRequest。
这样程序就可以不需要等待或者轮询来处理客户连接了。
constintnPortListen=399;
//CreatethelistenersocketinthismachinesIPaddress
Socketlistener=newSocket(AddressFamily.InterNetwork,SocketType.Stream,ProtocolType.Tcp);
listener.Bind(newIPEndPoint(aryLocalAddr[0],399));
//listener.Bind(newIPEndPoint(IPAddress.Loopback,399));//Forusewithlocalhost127.0.0.1
listener.Listen(10);
//Setupacallbacktobenotifiedofconnectionrequests
listener.BeginAccept(newAsyncCallback(app.OnConnectRequest),listener);
当客户连接请求到达时,就会激发下面的处理事件。
下面的代码首先创建了client(Socket),然后发回欢迎信息,接着重新建立了接受事件处理(accepteventhandler)。
Socketclient;
publicvoidOnConnectRequest(IAsyncResultar)
{
Socketlistener=(Socket)ar.AsyncState;
client=listener.EndAccept(ar);
Console.WriteLine("Client{0},joined",client.RemoteEndPoint);
//Getcurrentdateandtime.
DateTimenow=DateTime.Now;
stringstrDateLine="Welcome"+now.ToString("G")+"\n\r";
//Converttobytearrayandsend.
Byte[]byteDateLine=System.Text.Encoding.ASCII.GetBytes(strDateLine.ToCharArray());
client.Send(byteDateLine,byteDateLine.Length,0);
listener.BeginAccept(newAsyncCallback(OnConnectRequest),listener);
}
这段代码可以扩展,维护客户Socket的列表,监控数据接收和连接断开。
对于连接断开的侦测放在AsyncCallback事件处理中。
ChatClient部分将在下面细述该机制。
ChatClient
ChatClient是一个WindowsForm应用程序,用来连接服务器,收发消息。
连接
当点击界面上的连接按钮使执行下面的程序使客户连接到服务器。
privateSocketm_sock=null;
privatevoidm_btnConnect_Click(objectsender,System.EventArgse)
{
Cursorcursor=Cursor.Current;
Cursor.Current=Cursors.WaitCursor;
try
{
//Closethesocketifitisstillopen
if(m_sock!
=null&&m_sock.Connected)
{
m_sock.Shutdown(SocketShutdown.Both);
System.Threading.Thread.Sleep(10);
m_sock.Close();
}
//Createthesocketobject
m_sock=newSocket(AddressFamily.InterNetwork,SocketType.Stream,ProtocolType.Tcp);
//DefinetheServeraddressandport
IPEndPointepServer=newIPEndPoint(IPAddress.Parse(m_tbServerAddress.Text),399);
//Connecttotheserverblockingmethodandsetupcallbackforrecieveddata
//m_sock.Connect(epServer);
//SetupRecieveCallback(m_sock);
//Connecttoservernon-Blockingmethod
m_sock.Blocking=false;
AsyncCallbackonconnect=newAsyncCallback(OnConnect);
m_sock.BeginConnect(epServer,onconnect,m_sock);
}
catch(Exceptionex)
{
MessageBox.Show(this,ex.Message,"ServerConnectfailed!
");
}
Cursor.Current=cursor;
}
如果连接已经存在就销毁它。
创建一个Socket和指定的端点相连。
被注释掉部分的代码采用简单的阻塞式连接方法。
BeginConnect则用来做一个非阻塞的连接请求。
注意,即使是一个非阻塞的用户连接请求,连接也回被阻塞知道机器名称被解析为IP地址。
所以,要尽量使用IP地址而不是机器名来避免这种情况。
一旦连接请求处理完毕就会调用下面的方法,它显示连接错误或者在成功连接的情况下建立起接收数据的回调。
publicvoidOnConnect(IAsyncResultar)
{
//Socketwasthepassedinobject
Socketsock=(Socket)ar.AsyncState;
//Checkifweweresucessfull
try
{
//sock.EndConnect(ar);
if(sock.Connected)
SetupRecieveCallback(sock);
else
MessageBox.Show(this,"Unabletoconnecttoremotemachine",
"ConnectFailed!
");
}
catch(Exceptionex)
{
MessageBox.Show(this,ex.Message,"UnusualerrorduringConnect!
");
}
}
接收数据
为了异步接收数据,有必要建立一个AsyncCallback来处理被诸如接到数据和连接断开所激发的事件。
用下面的方法。
privatebyte[]m_byBuff=newbyte[256];//Recieveddatabuffer
publicvoidSetupRecieveCallback(Socketsock)
{
try
{
AsyncCallbackrecieveData=newAsyncCallback(OnRecievedData);
sock.BeginReceive(m_byBuff,0,m_byBuff.Length,SocketFlags.None,
recieveData,sock);
}
catch(Exceptionex)
{
MessageBox.Show(this,ex.Message,"SetupRecieveCallbackfailed!
");
}
}
SetupRecieveCallback方法启动了BeginReceive,并利用代理指针把回调指向OnReceveData方法。
同时它也把一个用来接收数据的缓冲传递过去。
publicvoidOnRecievedData(IAsyncResultar)
{
//Socketwasthepassedinobject
Socketsock=(Socket)ar.AsyncState;
//Checkifwegotanydata
try
{
intnBytesRec=sock.EndReceive(ar);
if(nBytesRec>0)
{
//WrotethedatatotheList
stringsRecieved=Encoding.ASCII.GetString(m_byBuff,0,nBytesRec);
//WARNING:
ThefollowinglineisNOTthreadsafe.Invokeis
//m_lbRecievedData.Items.Add(sRecieved);
Invoke(m_AddMessage,newstring[]{sRecieved});
//Iftheconnectionisstillusablerestablishthecallback
SetupRecieveCallback(sock);
}
else
{
//Ifnodatawasrecievedthentheconnectionisprobablydead
Console.WriteLine("Client{0},disconnected",sock.RemoteEndPoint);
sock.Shutdown(SocketShutdown.Both);
sock.Close();
}
}
catch(Exceptionex)
{
MessageBox.Show(this,ex.Message,"UnusualerrordruingRecieve!
");
}
}
当上面的事件被激发时,接收到的数据被默认为是ASCII编码的。
新数据也会被激发的事件显示出来。
尽管可以调用Add()在列表中显示新数据,但这并不是一个好主意,因为收到的数据很有可能要被送到其他线程中去处理。
注意,需要在接收之后重建接收回调,来确保可以继续接收数据。
因为有可能数据很多,超过最初的buffer容量。
创建AddMessage委托可以降低Socket线程和用户界面线程的耦合程度,如下所示:
//Declarethedelegateprototypetosenddatabacktotheform
delegatevoidAddMessage(stringsNewMessage);
namespaceChatClient
{
...
publicclassFormMain:
System.Windows.Forms.Form
{
privateeventAddMessagem_AddMessage;
//AddMessageEventhandlerforForm
...
publicFormMain()
{
...
//AddMessageEventhandlerforFormdecouplingfrominputthread
m_AddMessage=newAddMessage(OnAddMessage);
...
}
publicvoidOnAddMessage(stringsMessage)
{
//Threadsafeoperationhere
m_lbRecievedData.Items.Add(sMessage);
}
publicvoidOnSomeOtherThread()
{
...
stringsSomeText="BilboBaggins";
Invoke(m_AddMessage,newstring[]{sSomeText});
}
...
}
}
使用UNICODE
当时用比特流来发送接收数据时,数据就需要被适当的编码。
C#采用多字节字符编码,尽管这里使用Encoding.ASCII,但如果需要也可以使用Encoding.UNICODE
不要相信发出什么就能收到什么
当接收数据事件被激发,接收的数据被放置到接收缓冲中去。
在我们的开发中,分组发送往往对应一个分组接收事件。
但是在真正的系统中并非如此。
数据并不是都是规规矩矩的在报文中,而有可能被拆分到若干个分组中。
不要指望总能收到完整的报文,也不要指望建立自己的符号标记报文的开始和结束就万事大吉了。
结论
尽管使用Socket并不难,但是要用的很好还是需要大量的实践练习。
当然在合适的场合你也应该试试使用WebServices或Remoting。
此外,Wrox出版社的ProfessionalADO.NETProgramming这本书很不错,值得一看。
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- 异步 Socket 通信