淺談C#網絡編程(一)

2019-11-14 13:57:32

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閱讀目錄：

基礎
Socket編程
多線程并發
阻塞式同步IO

基礎

在現今軟件開發中，網絡編程是非常重要的一部分，本文簡要介紹下網絡編程的概念和實踐。
Socket是一種網絡編程接口，它是對傳輸層TCP、UDP通信協議的一層封裝，通過友好的API暴露出去，方便在進程或多臺機器間進行網絡通信。

Socket編程

在網絡編程中分客戶端和服務端兩種角色，比如通過打開瀏覽器訪問到掛在Web軟件上的網頁，從程序角度上來看，即客戶端(瀏覽器)發起了一個Socket請求到服務器端，服務器把網頁內容返回到瀏覽器解析后展示。在客戶端和服務端數據通信前，會進行三次確認才會正式建立連接，也即是三次握手。

客戶端發送消息詢問服務端是否準備好
服務端回應我準備好了，你呢準備好了嗎
客戶端回應服務端我也準備好了，可以通信了

TCP/ip協議是網絡間通信的基礎協議，在不同編程語言及不同操作系統下暴露的Socket接口用法也大同小異，僅是其內部實現有所不同，比如linux下的epoll和windows下的IOCP。

服務端

實例化Socket
把公共地址端口綁定操作系統上
開始監聽綁定的端口
等待客戶端連接

            IPEndPoint ip = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 6389);            Socket listenSocket = new Socket(ip.AddressFamily, SocketType.Stream, PRotocolType.Tcp);            listenSocket.Bind(ip);            listenSocket.Listen(100);            listenSocket.Accept();

listen函數中有個int類型參數，它表示最大等待處理連接的數量，表示已建立連接但還未處理的數量，每調用Accept函數一下即從這個等待隊列中拿出一個連接。通常服務端要服務多個客戶端請求的連接，所以會循環從等待隊列中拿出連接，進行接收發送。

   while (true)             {                 var accept= listenSocket.Accept();                accept.Receive();                 accept.Send();             }

多線程并發

上面的服務端程序處理接收和發送消息都是在當前線程下完成的，這意味著要處理完一個客戶端連接后才能去處理下一個連接，如果當前連接是進行數據庫或者文件讀取寫入等IO操作，那會極大浪費服務器的CPU資源，降低了服務器吞吐量。

            while (true)            {                var accept = listenSocket.Accept();                ThreadPool.QueueUserWorkItem((obj) =>                {                    byte[] receive = new byte[100];                    accept.Receive(receive);                    byte[] send = new byte[100];                    accept.Send(receive);                });            }

如例子中，當監聽到有新連接請求過來時，調用Accept()取出當前連接的socket，使用新的線程去處理接收和發送信息，這樣服務端就能實現并發處理多個客戶端了。上述代碼中，在高并發下其實是有問題的，如果客戶端連接請求成千上萬個，那線程數量也會有這么多，每個線程的棧空間都需要消耗部分內存，再加上線程上下文切換，容易導致服務器負載過高，吞吐量大大下降，嚴重時會引起宕機。當前例子中使用系統ThreadPool的話，線程數量會固定在一個數量上，默認是1000，不會無限制開線程，會把處理超出線程數量的請求放到線程池中的隊列上面。

在unix下類似的實現有2種：

fork一個新進程去處理客戶端的連接：

var connfd = Accept(listenfd,(struct sockaddr *)&cliaddr,&cliaddr_len); var m = fork(); if(m == 0) { //do something }

創建一個新的線程處理限流：

var *clientsockfd = accept(serversockfd,(struct sockaddr *)&clientaddress, (socklent *)&clientlen); if(pthreadcreate(&thread, NULL, recdata, clientsockfd)!=0) { //do something }

阻塞式同步IO

上述例子中使用的即是該模型，使用起來簡單方便。

    while (true)            {                var accept = listenSocket.Accept();                byte[] receive = new byte[100];                accept.Receive(receive);                byte[] send = new byte[100];                accept.Send(receive);            }