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使用C#來編寫一個異步的Socket服務(wù)器

 更新時間:2015年07月12日 15:01:17   投稿:goldensun  
這篇文章主要介紹了使用C#來編寫一個異步的Socket服務(wù)器,通過無阻塞機(jī)制來獲取更高的處理效率,需要的朋友可以參考下

介紹

我最近需要為一個.net項目準(zhǔn)備一個內(nèi)部線程通信機(jī)制. 項目有多個使用ASP.NET,Windows 表單和控制臺應(yīng)用程序的服務(wù)器和客戶端構(gòu)成. 考慮到實現(xiàn)的可能性,我下定決心要使用原生的socket,而不是許多.NET中已經(jīng)提前為我們構(gòu)建好的組件, 像是所謂的管道, NetTcpClient 還有 Azure 服務(wù)總線.

這篇文章中的服務(wù)器基于System.Net.Sockets類異步方法. 這些允許你支持大量的socket客戶端, 而一個客戶端的連接是唯一的阻塞機(jī)制. 阻塞的時間是可以忽略不記得,所以服務(wù)器基本上是在當(dāng)做一個多線程socket服務(wù)器在運作的.

背景

原生的socket在為你提供通信層面的完全控制權(quán)上具有優(yōu)勢, 而在處理不同的數(shù)據(jù)類型是具有很大的靈活性. 你甚至可以通過socket發(fā)送序列化了的CLR對象,盡管我在這里不會那樣做. 這個項目將會想你展示如何在socket之間發(fā)送文本.
代碼的運用

使用下面的代碼,你初始化了一個Server類,并運行了Start()方法:
 

Server myServer = new Server();
myServer.Start();

如果你計劃在一個Windows表單中管理服務(wù)器的話,我建議使用一個BackgroundWorker, 因為socket方法(一般會是ManualResentEvent) 將會阻塞GUI線程的運行.

Server 類:
 

using System.Net.Sockets;
 
public class Server
{
  private static Socket listener;
  public static ManualResetEvent allDone = new ManualResetEvent(false);
  public const int _bufferSize = 1024;
  public const int _port = 50000;
  public static bool _isRunning = true;
 
  class StateObject
  {
    public Socket workSocket = null;
    public byte[] buffer = new byte[bufferSize];
    public StringBuilder sb = new StringBuilder();
  }
 
  // Returns the string between str1 and str2
  static string Between(string str, string str1, string str2)
  {
    int i1 = 0, i2 = 0;
    string rtn = "";
 
    i1 = str.IndexOf(str1, StringComparison.InvariantCultureIgnoreCase);
    if (i1 > -1)
    {
      i2 = str.IndexOf(str2, i1 + 1, StringComparison.InvariantCultureIgnoreCase);
      if (i2 > -1)
      {
        rtn = str.Substring(i1 + str1.Length, i2 - i1 - str1.Length);
      }
    }
    return rtn;
  }
 
  // Checks if the socket is connected
  static bool IsSocketConnected(Socket s)
  {
    return !((s.Poll(1000, SelectMode.SelectRead) && (s.Available == 0)) || !s.Connected);
  }
 
  // Insert all the other methods here.
}


ManualResetEvent 是一個實現(xiàn)了你的socket服務(wù)器中事件的.NET類. 我們需要這個項目在我們想要發(fā)布阻塞操作的時候向代碼發(fā)送信號. 你可以試驗一下用bufferSize來適配你的需求. 如果能預(yù)期到消息的大小, 使用byte單位來設(shè)置消息的大小參數(shù)bufferSize. port是偵聽TCP的端口參數(shù). 要意識到為其它應(yīng)用程序伺服所使用的接口. 如果你想要能夠方便地停止服務(wù)器,你需要實現(xiàn)一些機(jī)制來將_isRunning設(shè)置成false. 這一般可以借助于使用一個 BackgroundWorker做到, 其中你可以使用myWorker.CancellationPending替換_isRunning. 我提到_isRunning的原因是給你在處理取消操作的問題上提供一個方向, 并向你展示偵聽器可以方便的停止的.

Between() 和IsSocketConnected() 是輔助方法.


現(xiàn)在轉(zhuǎn)過來看看方法. 首先是Start()方法:
 

public void Start()
{
  IPHostEntry ipHostInfo = Dns.GetHostEntry(Dns.GetHostName());
  IPEndPoint localEP = new IPEndPoint(IPAddress.Any, _port);
  listener = new Socket(localEP.Address.AddressFamily, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
  listener.Bind(localEP);
 
  while (_IsRunning)
  {
    allDone.Reset();
    listener.Listen(10);
    listener.BeginAccept(new AsyncCallback(acceptCallback), listener);
    bool isRequest = allDone.WaitOne(new TimeSpan(12, 0, 0)); // Blocks for 12 hours
 
    if (!isRequest)
    {
      allDone.Set();
      // Do some work here every 12 hours
    }
  }
  listener.Close();
}

這個方法初始化了偵聽器socket, 并開始等待用戶連接的到來. 項目中主要的模式是使用異步委派. 異步委派是在調(diào)用者中的狀態(tài)改變時被異步調(diào)用的方法. isRequest 告訴你WaitOne 是否已經(jīng)因為有客戶端連接或者超時而退出.

如果你有大量的客戶端連接同時發(fā)生, 考慮提高Listen()方法的隊列參數(shù).


現(xiàn)在來看看下一個方法, acceptCallback . 這個方法由listener.BeginAccept異步調(diào)用. 當(dāng)方法完成執(zhí)行時,偵聽器會立即偵聽新的客戶端.
 

static void acceptCallback(IAsyncResult ar)
{
  // Get the listener that handles the client request.
  Socket listener = (Socket)ar.AsyncState;
 
  if (listener != null)
  {
    Socket handler = listener.EndAccept(ar);
 
    // Signal main thread to continue
    allDone.Set();
 
    // Create state
    StateObject state = new StateObject();
    state.workSocket = handler;
    handler.BeginReceive(state.buffer, 0, _bufferSize, 0, new AsyncCallback(readCallback), state);
  }
}

acceptCallback 會派生出另外一個異步指派: readCallback. 這個方法會讀取來自socket的實際數(shù)據(jù). 我已經(jīng)為收發(fā)數(shù)據(jù)作了我自己的控制, 對于_bufferSize來說是不變的. 所有發(fā)送到服務(wù)器的字符串都必須用<!--SOCKET--> 和 <!--ENDSOCKET-->包起來. 同樣,客戶端在收到服務(wù)器的響應(yīng)式,必須解除響應(yīng)信息的包裹, 后者被<!--RESPONSE--> 和 <!--ENDRESPONSE-->包了起來。
 

static void readCallback(IAsyncResult ar)
{
  StateObject state = (StateObject)ar.AsyncState;
  Socket handler = state.workSocket;
 
  if (!IsSocketConnected(handler)) 
  {
    handler.Close();
    return;
  }
 
  int read = handler.EndReceive(ar);
 
  // Data was read from the client socket.
  if (read > 0)
  {
    state.sb.Append(Encoding.UTF8.GetString(state.buffer, 0, read));
 
    if (state.sb.ToString().Contains("<!--ENDSOCKET-->"))
    {
      string toSend = "";
      string cmd = ts.Strings.Between(state.sb.ToString(), "<!--SOCKET-->", "<!--ENDSOCKET-->");
           
      switch (cmd)
      {
        case "Hi!":
          toSend = "How are you?";
          break;
        case "Milky Way?":
          toSend = "No I am not.";
          break;
      }
 
      toSend = "<!--RESPONSE-->" + toSend + "<!--ENDRESPONSE-->";
 
      byte[] bytesToSend = Encoding.UTF8.GetBytes(toSend);
      handler.BeginSend(bytesToSend, 0, bytesToSend.Length, SocketFlags.None
        , new AsyncCallback(sendCallback), state);
    }
    else 
    {
      handler.BeginReceive(state.buffer, 0, _bufferSize, 0
          , new AsyncCallback(readCallback), state);
    }
  }
  else
  {
      handler.Close();
  }
}

readCallback 會派生另外一個方法, sendCallback, 它將會向客戶端發(fā)送請求. 如果客戶端沒有關(guān)閉連接, sendCallback 將會向socket發(fā)送信號以獲得更多的數(shù)據(jù).
 

static void sendCallback(IAsyncResult ar)
{
  StateObject state = (StateObject)ar.AsyncState;
  Socket handler = state.workSocket;
  handler.EndSend(ar);
 
  StateObject newstate = new StateObject();
  newstate.workSocket = handler;
  handler.BeginReceive(newstate.buffer, 0, StateObject.BufferSize, 0, new AsyncCallback(readCallback), newstate);
}

我會將寫一個socket客戶端作為聯(lián)系留給讀者. socket客戶端應(yīng)該使用同異步調(diào)用同樣的編程模式. 我希望你能從這篇文章中收獲樂趣,并且會像一個socket程序員那樣付諸實踐!

要點

我在生產(chǎn)環(huán)境下使用了此代碼,其中的socket服務(wù)器是一個自由文本搜索引擎。 SQL Server缺乏對自由文本搜索支持(你可以使用自由文本索引,但它們是緩慢和昂貴的)。socket服務(wù)器負(fù)載了大量導(dǎo)向IEnumerables的文本數(shù)據(jù),并使用Linq來搜索文本。來自socket服務(wù)器的響應(yīng)從數(shù)百萬行的Unicode文本數(shù)據(jù)中搜索時間在幾毫秒內(nèi)。我們還使用了三個分布式的Sphinx服務(wù)器(www.sphinxsearch.com)。socket服務(wù)器充當(dāng)了Sphinx服務(wù)器的高速緩存。如果你需要一個快速的自由文本搜索引擎,我強(qiáng)烈建議使用Sphinx。

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