异步Socket通信.docx
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异步Socket通信
异步Socket通信
ByJohnMcTainsh
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Hillfree
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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