C# 实现的异步 Socket 服务器

介绍

我最近需要为一个.net项目准备一个内部线程通信机制. 项目有多个使用ASP.NET，Windows 表单和控制台应用程序的服务器和客户端构成. 考虑到实现的可能性，我下定决心要使用原生的socket，而不是许多.NET中已经提前为我们构建好的组件, 像是所谓的管道, NetTcpClient 还有 Azure 服务总线.

这篇文章中的服务器基于System.Net.Sockets类异步方法. 这些允许你支持大量的socket客户端, 而一个客户端的连接是唯一的阻塞机制. 阻塞的时间是可以忽略不记得，所以服务器基本上是在当做一个多线程socket服务器在运作的.

背景

原生的socket在为你提供通信层面的完全控制权上具有优势, 而在处理不同的数据类型是具有很大的灵活性. 你甚至可以通过socket发送序列化了的CLR对象，尽管我在这里不会那样做. 这个项目将会想你展示如何在socket之间发送文本.

代码的运用

使用下面的代码，你初始化了一个Server类，并运行了Start()方法:

1	Server myServer = new Server();

2	myServer.Start();

如果你计划在一个Windows表单中管理服务器的话，我建议使用一个BackgroundWorker, 因为socket方法(一般会是ManualResentEvent) 将会阻塞GUI线程的运行.

Server 类:

01	using System.Net.Sockets;

02

03	public class Server

04

{

05	private static Socket listener;

06	public static ManualResetEvent allDone = new ManualResetEvent(false);

07	public const int _bufferSize = 1024;

08	public const int _port = 50000;

09	public static bool _isRunning = true;

10

11	class StateObject

12

{

13	public Socket workSocket = null;

14	public byte[] buffer = new byte[bufferSize];

15	public StringBuilder sb = new StringBuilder();

16

}

17

18	// Returns the string between str1 and str2

19	static string Between(string str, string str1, string str2)

20

{

21	int i1 = 0, i2 = 0;

22	string rtn = "";

23

24	i1 = str.IndexOf(str1, StringComparison.InvariantCultureIgnoreCase);

25	if (i1 > -1)

26

{

27	i2 = str.IndexOf(str2, i1 + 1, StringComparison.InvariantCultureIgnoreCase);

28	if (i2 > -1)

29

{

30	rtn = str.Substring(i1 + str1.Length, i2 - i1 - str1.Length);

31

}

32

}

33	return rtn;

34

}

35

36	// Checks if the socket is connected

37	static bool IsSocketConnected(Socket s)

38

{

39	return !((s.Poll(1000, SelectMode.SelectRead) && (s.Available == 0)) || !s.Connected);

40

}

41

42	// Insert all the other methods here.

43

}

ManualResetEvent 是一个实现了你的socket服务器中事件的.NET类. 我们需要这个项目在我们想要发布阻塞操作的时候向代码发送信号. 你可以试验一下用bufferSize来适配你的需求. 如果能预期到消息的大小, 使用byte单位来设置消息的大小参数bufferSize. port是侦听TCP的端口参数. 要意识到为其它应用程序伺服所使用的接口. 如果你想要能够方便地停止服务器，你需要实现一些机制来将_isRunning设置成false. 这一般可以借助于使用一个 BackgroundWorker做到, 其中你可以使用myWorker.CancellationPending替换_isRunning. 我提到_isRunning的原因是给你在处理取消操作的问题上提供一个方向, 并向你展示侦听器可以方便的停止的.

Between() 和IsSocketConnected() 是辅助方法.

现在转过来看看方法. 首先是Start()方法:

01	public void Start()

02

{

03	IPHostEntry ipHostInfo = Dns.GetHostEntry(Dns.GetHostName());

04	IPEndPoint localEP = new IPEndPoint(IPAddress.Any, _port);

05	listener = new Socket(localEP.Address.AddressFamily, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);

06	listener.Bind(localEP);

07

08	while (_IsRunning)

09

{

10	allDone.Reset();

11	listener.Listen(10);

12	listener.BeginAccept(new AsyncCallback(acceptCallback), listener);

13	bool isRequest = allDone.WaitOne(new TimeSpan(12, 0, 0));  // Blocks for 12 hours

14

15	if (!isRequest)

16

{

17	allDone.Set();

18	// Do some work here every 12 hours

19

}

20

}

21	listener.Close();

22

}

这个方法初始化了侦听器socket, 并开始等待用户连接的到来. 项目中主要的模式是使用异步委派. 异步委派是在调用者中的状态改变时被异步调用的方法. isRequest 告诉你WaitOne 是否已经因为有客户端连接或者超时而退出.

如果你有大量的客户端连接同时发生, 考虑提高Listen()方法的队列参数.

现在来看看下一个方法, acceptCallback . 这个方法由listener.BeginAccept异步调用. 当方法完成执行时，侦听器会立即侦听新的客户端.

01	static void acceptCallback(IAsyncResult ar)

02

{

03	// Get the listener that handles the client request.

04	Socket listener = (Socket)ar.AsyncState;

05

06	if (listener != null)

07

{

08	Socket handler = listener.EndAccept(ar);

09

10	// Signal main thread to continue

11	allDone.Set();

12

13	// Create state

14	StateObject state = new StateObject();

15	state.workSocket = handler;

16	handler.BeginReceive(state.buffer, 0, _bufferSize, 0, new AsyncCallback(readCallback), state);

17

}

18

}

acceptCallback 会派生出另外一个异步指派: readCallback. 这个方法会读取来自socket的实际数据. 我已经为收发数据作了我自己的控制, 对于_bufferSize来说是不变的. 所有发送到服务器的字符串都必须用<!--SOCKET--> 和 <!--ENDSOCKET-->包起来. 同样，客户端在收到服务器的响应式，必须解除响应信息的包裹, 后者被<!--RESPONSE--> 和 <!--ENDRESPONSE-->包了起来。

01	static void readCallback(IAsyncResult ar)

02

{

03	StateObject state = (StateObject)ar.AsyncState;

04	Socket handler = state.workSocket;

05

06	if (!IsSocketConnected(handler))

07

{

08	handler.Close();

09

return;

10

}

11

12	int read = handler.EndReceive(ar);

13

14	// Data was read from the client socket.

15	if (read > 0)

16

{

17	state.sb.Append(Encoding.UTF8.GetString(state.buffer, 0, read));

18

19	if (state.sb.ToString().Contains("<!--ENDSOCKET-->"))

20

{

21	string toSend = "";

22	string cmd = ts.Strings.Between(state.sb.ToString(), "<!--SOCKET-->", "<!--ENDSOCKET-->");

23

24	switch (cmd)

25

{

26	case "Hi!":

27	toSend = "How are you?";

28

break;

29	case "Milky Way?":

30	toSend = "No I am not.";

31

break;

32

}

33

34	toSend = "<!--RESPONSE-->" + toSend + "<!--ENDRESPONSE-->";

35

36	byte[] bytesToSend = Encoding.UTF8.GetBytes(toSend);

37	handler.BeginSend(bytesToSend, 0, bytesToSend.Length, SocketFlags.None

38	, new AsyncCallback(sendCallback), state);

39

}

40

else

41

{

42	handler.BeginReceive(state.buffer, 0, _bufferSize, 0

43	, new AsyncCallback(readCallback), state);

44

}

45

}

46

else

47

{

48	handler.Close();

49

}

50

}

readCallback 会派生另外一个方法, sendCallback, 它将会向客户端发送请求. 如果客户端没有关闭连接, sendCallback 将会向socket发送信号以获得更多的数据.

01	static void sendCallback(IAsyncResult ar)

02

{

03	StateObject state = (StateObject)ar.AsyncState;

04	Socket handler = state.workSocket;

05	handler.EndSend(ar);

06

07	StateObject newstate = new StateObject();

08	newstate.workSocket = handler;

09	handler.BeginReceive(newstate.buffer, 0, StateObject.BufferSize, 0, new AsyncCallback(readCallback), newstate);

10

}

我会将写一个socket客户端作为联系留给读者. socket客户端应该使用同异步调用同样的编程模式. 我希望你能从这篇文章中收获乐趣，并且会像一个socket程序员那样付诸实践!

要点

我在生产环境下使用了此代码，其中的socket服务器是一个自由文本搜索引擎。 SQL Server缺乏对自由文本搜索支持（你可以使用自由文本索引，但它们是缓慢和昂贵的）。socket服务器负载了大量导向IEnumerables的文本数据，并使用Linq来搜索文本。来自socket服务器的响应从数百万行的Unicode文本数据中搜索时间在几毫秒内。我们还使用了三个分布式的Sphinx服务器（www.sphinxsearch.com）。socket服务器充当了Sphinx服务器的高速缓存。如果你需要一个快速的自由文本搜索引擎，我强烈建议使用Sphinx。

原文地址：http://www.codeproject.com/Articles/745134/csharp-async-socket-server