淺談C#網絡編程(一)

時間 2019-11-06

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基礎

在現今軟件開發中，網絡編程是很是重要的一部分，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通訊協議的一層封裝，經過友好的API暴露出去，方便在進程或多臺機器間進行網絡通訊。編程

Socket編程

在網絡編程中分客戶端和服務端兩種角色，好比經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後展現。在客戶端和服務端數據通訊前，會進行三次確認纔會正式創建鏈接，也便是三次握手。 windows

客戶端發送消息詢問服務端是否準備好
服務端迴應我準備好了，你呢準備好了嗎
客戶端迴應服務端我也準備好了，能夠通訊了

TCP/IP協議是網絡間通訊的基礎協議，在不一樣編程語言及不一樣操做系統下暴露的Socket接口用法也大同小異，僅是其內部實現有所不一樣，好比Linux下的epoll和windows下的IOCP。數組

服務端

實例化Socket
把公共地址端口綁定操做系統上
開始監聽綁定的端口
等待客戶端鏈接

            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鏈接的數量，表示已創建鏈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鏈接。一般服務端要服務多個客戶端請求的鏈接，因此會循環從等待隊列中拿出鏈接，進行接收發送。瀏覽器

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

多線程併發

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，這意味着要處理完一個客戶端鏈接後才能去處理下一個鏈接，若是當前鏈接是進行數據庫或者文件讀取寫入等IO操做，那會極大浪費服務器的CPU資源，下降了服務器吞吐量。服務器

            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，當監聽到有新鏈接請求過來時，調用Accept()取出當前鏈接的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併發處理多個客戶端了。上述代碼中，在高併發下實際上是有問題的，若是客戶端鏈接請求成千上萬個，那線程數量也會有這麼多，每一個線程的棧空間都須要消耗部份內存，再加上線程上下文切換，容易致使服務器負載太高，吞吐量大大降低，嚴重時會引發宕機。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。
網絡

在unix下相似的實現有2種：多線程

fork一個新進程去處理客戶端的鏈接：併發

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

建立一個新的線程處理限流：socket

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

阻塞式同步IO

上述例子中使用的便是該模型，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);
            }