C# - 网络编程之 Socket

Socket类

初始化

public socket (AddressFamily addressFamily,SocketType sockettype,ProtocolType protocolType)
public void Bind(EndPoint localEP);  // 绑定端口
public void Listen(int backlog);  // 监听，设置最大连接数
public bool IsBound { get; } // 端口是否绑定成功
public AddressFamily AddressFamily { get; }
public SocketType SocketType { get; }
public ProtocolType ProtocolType { get; }
public EndPoint LocalEndPoint { get; }
public EndPoint RemoteEndPoint{ get; }

（1）AddressFamily：socket解析地址的寻址方案（地址族）

InterNetwork：IPV4地址；
InterNetworkV6：IPV6地址；

（2）SocketType：socket类型

Raw：支持基础传输协议访问；
Stream：流式Socket，支持可靠、双向、面向连接的字节数据流；
Dgram：数据包式Socket，支持数据报，不可靠消息、面向无连接的数据报；
Rdm：支持无连接、面向消息、以可靠方式发送的消息，保留数据中的消息边界，消息会依次到达，不会重复；

（3）ProtocolType：socket支持的网络协议

IP：网际协议；
TCP：传输控制协议；
UDP：用户数据报协议；

（4）监听连接：3种方式监听客户端连接

Accept()方式：同步阻塞；
AcceptAsync()方式：异步；
BeginAccept()方式：异步；

关闭回收

public void Shutdown(SocketShutdown how);  // 禁用某Socket上的发送和接收
public void Close();  // 关闭Socket连接并释放所有关联的资源
public void Dispose();  // 释放由Socket类的当前实例占用的所有资源
protected virtual void Dispose(bool disposing);  // 释放由Socket使用的非托管资源和托管资源

（1）Shutdown()

若使用面向连接的Socket，须先调用Shutdown方法，才能关闭Socket。确保关闭已连接的Socket前，已发送和接收该Socket上的所有数据，调用Close方法释放与Socket关联的所有托管资源和非托管资源。关闭Socket后不要尝试重用它。　

（2）Close()

（3）Socket对象的优雅关闭　

状态信息

public bool Blocking { get; set; } // 指示Socket是否处于阻止模式
public bool Connected { get; } // 指示Socket上次Send/Receive操作时连接到远程主机时的状态
public int Available { get; } // 获取已经从网络接收且可供读取的数据量
public bool Poll(int microSeconds, SelectMode mode);  // 确定Socket的状态
public static void Select(IList checkRead, IList checkWrite, IList checkError, int microSeconds); // 确定1个或多个Socket的状态

（1）Connected

（2）Available

（3）Poll()

（4）Select()

检测客户端Socket是否已关闭（可读数据检测）

a.利用Available属性 + Receive()方法

客户端直接关闭，Available属性返回0，但不会引发异常；
客户端通过shutdown-close关闭Socket，Available属性返回0，但不会引发异常；

b.利用poll()方法 + Receive()方法

客户端直接关闭，poll()方法直接引发异常；
客户端通过shutdown-close关闭Socket，Receive()立即返回0而不会阻塞（若Socket连接正常，Receive()会阻塞）；

同步方式

public void Connect(EndPoint remoteEP);  // 建立与远程主机的连接
public void Disconnect(bool reuseSocket);  // 关闭Socket连接并允许重用Socket
public Socket Accept();  // 为新建连接创建新的Socket
public int Send(byte[] buffer, int offset, int size, SocketFlags socketFlags, out SocketError errorCode);  // 将数据发送到连接的Socket的发送缓冲区
public int Receive(byte[] buffer, int offset, int size, SocketFlags socketFlags, out SocketError errorCode);  // 从绑定的Socket接收数据存入接收缓冲区

（1）Accept()

（2）Send()

（3）Receive()

在面向连接的Socket中，如果没有可读取的数据，Receive方法将一直处于阻止状态、直到数据可用（除非使用Socket.ReceiveTimeout设置了超时值），此时Receive方法会读取所有可用的数据，直到达到缓冲区的大小为止。如果远程主机使用Shutdown方法关闭了Socket连接，并且所有可用数据均已收到，则Receive方法将立即完成并返回0字节。　　

APM：Begin/End

public IAsyncResult BeginAccept(AsyncCallback callback, object state); // 开始一个异步操作接受一个传入的连接尝试
public Socket EndAccept(IAsyncResult asyncResult); // 异步接受传入的连接尝试，创建新的Socket与远程主机通信
public IAsyncResult BeginConnect(Xxx, AsyncCallback callback, object state); // 开始一个对远程主机连接的异步请求
public void EndConnect(IAsyncResult asyncResult); // 结束挂起的异步连接请求
public IAsyncResult BeginDisconnect(bool reuseSocket, AsyncCallback callback, object state); // 开始异步请求从远程终结点断开连接
public void EndDisconnect(IAsyncResult asyncResult); // 结束挂起的异步断开连接请求
public IAsyncResult BeginSend(Xxx, AsyncCallback callback, object state); // 开始将数据异步发送到连接的Socket
public int EndSend(IAsyncResult asyncResult); // 结束挂起的异步发送
public IAsyncResult BeginReceive(Xxx, AsyncCallback callback, object state); // 开始从连接的Socket中异步接收数据
public int EndReceive(IAsyncResult asyncResult);  // 结束挂起的异步接收

TAP

监听

IPEndPoint localEndPoint = new IPEndPoint(_ipAddress, _port);
Socket listener = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);// Create a TCP/IP socket.
try {
	listener.Bind(localEndPoint);// Bind the socket to the local endpoint and listen for incoming connections.
	listener.Listen(10); //最大监听数
	while (true) {
		// Set the event to nonsignaled state.
		allDone.Reset();
 
		// Start an asynchronous socket to listen for connections.
		Console.WriteLine("Waiting for a connection");
		StateObject state = new StateObject();
		listener.BeginAccept(new AsyncCallback(AcceptCallback), listener);
 
		// Wait until a connection is made before continuing.
		allDone.WaitOne();
	}
} catch (Exception e) { }

数据接收流向： StartListening --> AcceptCallback --> ReceiveCallback --> 主处理

发送流向： Send --> SendCallback -->发送完成

参考1，参考2

APM模式、TAP模式虽然解决了Socket的并发问题，但在大并发下会有较大性能问题，生产IAsyncResult等对象导致垃圾对象创建与回收。提供一个过度方法 BufferManager 仅供参考：socket发送接收缓冲区工具类

微软从.Net3.5提供了高性能异步Socket实现类

SAEA：SocketAsyncEventArgs类

表示异步套接字操作，主要用于高性能网络服务器应用程序，避免在异步套接字I/O量非常大时发生重复的对象分配和同步。

public bool ConnectAsync(SocketAsyncEventArgs e);  // 开始一个连接远程主机的异步请求
public static void CancelConnectAsync(SocketAsyncEventArgs e);  // 取消一个对远程主机连接的异步请求
public bool DisconnectAsync(SocketAsyncEventArgs e);  // 开始异步请求从远程终结点断开连接
public bool AcceptAsync(SocketAsyncEventArgs e);  // 开始一个异步操作接受一个传入的连接尝试
public bool SendAsync(SocketAsyncEventArgs e);  // 将数据异步发送到连接的Socket对象
public bool ReceiveAsync(SocketAsyncEventArgs e);  // 开始一个异步请求从连接的Socket对象中接收数据

（1）返回值

如果I/O操作挂起，返回true，操作完成时，引发e参数的SocketAsyncEventArgs.Completed事件；
如果I/O操作同步完成，返回false，这种情况下，不会引发e参数的SocketAsyncEventArgs.Completed事件，并且可能在方法调用返回后立即检查作为参数传递的e对象以检索操作的结果；

使用步骤

分配一个新的SocketAsyncEventArgs上下文对象，或者从应用程序池中获取一个空闲的此类对象
将该上下文对象的属性设置为要执行的操作（eg：完成回调方法、数据缓冲区、缓冲区偏移量以及要传输的最大数据量）
调用适当的异步套接字方法xxxAsync()启动异步操作：
- 如果方法xxxAsync()返回true，则在回调中查询上下文属性来获取完成状态
- 如果方法xxxAsync()返回false，则说明操作是同步完成的，可以查询上下文属性来获取操作结果
将该上下文重用于另一个操作：放回应用程序池中，或者丢弃

实例实战

参考1，参考2

参考