Socket

.NET中的Socket类提供了网络通信常用的方法,分别提供了同步和异步两个版本,其中异步的实现是基于APM异步模式实现,即BeginXXX/EndXXX的方式。异步方法由于其非阻塞的特性,在需考虑程序性能和伸缩性的情况下,一般会选择使用异步方法。但使用过Socket提供的异步方法的同学,应该都会注意到了Socket的异步方法是无法设置Timeout的。以Receive操作为例,Socket提供了一个ReceiveTimeout属性,但该属性设置的是同步版本的Socket.Receive()方法的Timeout值,该设置对异步的Socket.BeginReceive()无效:如果对方没有返回任何消息,则BeginReceive操作将无法完成,其中提供的回调函数也将不会调用。如下示例代码所示:

private static void TestSocketBeginReceive()
{
Socket socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork,
SocketType.Dgram, ProtocolType.Udp);
byte[] content = Encoding.ASCII.GetBytes("Hello world"); IPAddress ip = Dns.Resolve("www.google.com").AddressList[0];
IPEndPoint receiver = new IPEndPoint(ip, 80); socket.BeginSendTo(content, 0, content.Length, SocketFlags.None,
receiver, SendToCb, socket);
Console.WriteLine("Sent bytes: " + content.Length);
} private static void SendToCb(IAsyncResult ar)
{
var socket = ar.AsyncState as Socket;
socket.EndSendTo(ar);
byte[] buffer = new byte[1024]; IAsyncResult receiveAr = socket.BeginReceive(buffer, 0, buffer.Length,
SocketFlags.None, null, null);
int received = socket.EndReceive(receiveAr);
Console.WriteLine("Received bytes: " + received);
}

由于接收方不会返回任何消息,Socket.BeginReceive将永远不会完成,SentToCb方法中的socket.EndReceive()调用将永远阻塞,应用程序也无法得知操作的状态。

支持Timeout

在个别的应用场景下,我们希望既能使用Socket的异步通信方法,保证程序的性能,同时又希望能指定Timeout值,当操作没有在指定的时间内完成时,应用程序能得到通知,以进行下一步的操作,如retry等。以下介绍的就是一种支持Timeout的Socket异步Receive操作的实现,方式如下:

  1. 基于APM异步模式封装Socket.BeginReceive/EndReceive方法。
  2. 使用ThreadPool提供的RegisterWaitForSingleObject()方法注册一个WaitOrTimerCallback,如果指定时间内操作未完成,则结束操作,并设置状态为Timeout。
  3. 将上述封装实现为Socket的扩展方法方便调用。

以下代码简化了所有的参数检查和异常处理,实际使用中需添加相关逻辑。

AsyncResultWithTimeout

首先看一下IAsyncResult接口的实现:

public class AsyncResultWithTimeout : IAsyncResult
{
private ManualResetEvent m_waitHandle = new ManualResetEvent(false);
public AsyncResultWithTimeout(AsyncCallback cb, object state)
{
this.AsyncState = state;
this.Callback = cb;
} #region IAsyncResult public object AsyncState { get; private set; }
public WaitHandle AsyncWaitHandle { get { return m_waitHandle; } }
public bool CompletedSynchronously { get { return false; } }
public bool IsCompleted { get; private set; } #endregion public AsyncCallback Callback { get; private set; }
public int ReceivedCount { get; private set; }
public bool TimedOut { get; private set; }
public void SetResult(int count)
{
this.IsCompleted = true;
this.ReceivedCount = count;
this.m_waitHandle.Set(); if (Callback != null) Callback(this);
} public void SetTimeout()
{
this.TimedOut = true;
this.IsCompleted = true;
this.m_waitHandle.Set();
}
}

AsyncResultWithTimeOut类中包含了IAsyncResult接口中4个属性的实现、用户传入的AsyncCallback委托、接收到的字节数ReceivedCount以及两个额外的方法:

  1. SetResult(): 用于正常接收到消息时设置结果,标记操作完成以及执行回调。
  2. SetTimeout():当超时时,标记操作完成以及设置超时状态。

StateInfo

StateInfo类用于保存相关的状态信息,该对象会作为Socket.BeginReceive()的最后一个参数传入。当接收到消息时,接收到的字节数会保存到AsyncResult属性中,并设置操作完成。当超时时,WatchTimeOut方法会将AsyncResult设置为TimeOut状态,并通过RegisteredWaitHandle属性取消注册的WaitOrTimerCallback.

public class StateInfo
{
public StateInfo(AsyncResultWithTimeout result, Socket socket)
{
this.AsycResult = result;
this.Socket = socket;
} public Socket Socket { get; private set; }
public AsyncResultWithTimeout AsycResult { get; private set; }
public RegisteredWaitHandle RegisteredWaitHandle { get; set; }
}

封装Socket.BeginReceive

与Socket.BeginReceive方法相比,BeginReceive2添加了一个参数timeout,可以设置该操作的超时时间,单位为毫秒。BeginReceive2中调用Socket.BeginReceive()方法,其中指定的ReceiveCb回调将在正常接收到消息后将结果保存在stateInfo对象的AsyncResult属性中,该属性中的值就是BeginReceive2()方法返回的IAsyncResult。BeginReceive2调用Socket.BeginReceive后,在ThreadPool中注册了一个WaitOrTimerCallback委托。ThreadPool将在Receive操作完成或者Timeout时调用该委托。

public static class SocketExtension
{ public static int EndReceive2(IAsyncResult ar)
{
var result = ar as AsyncResultWithTimeout;
result.AsyncWaitHandle.WaitOne(); return result.ReceivedCount;
} public static AsyncResultWithTimeout BeginReceive2
(
this Socket socket,
int timeout,
byte[] buffer,
int offset,
int size,
SocketFlags flags,
AsyncCallback callback,
object state
)
{
var result = new AsyncResultWithTimeout(callback, state); var stateInfo = new StateInfo(result, socket); socket.BeginReceive(buffer, offset, size, flags, ReceiveCb, state); var registeredWaitHandle =
ThreadPool.RegisterWaitForSingleObject(
result.AsyncWaitHandle,
WatchTimeOut,
stateInfo, // 作为state传递给WatchTimeOut
timeout,
true); // stateInfo中保存RegisteredWaitHandle,以方便在úWatchTimeOut
// 中unregister.
stateInfo.RegisteredWaitHandle = registeredWaitHandle; return result;
} private static void WatchTimeOut(object state, bool timeout)
{
var stateInfo = state as StateInfo;
// 设置的timeout前,操作未完成,则设置为操作Timeout
if (timeout)
{
stateInfo.AsycResult.SetTimeout();
} // 取消之前注册的WaitOrTimerCallback
stateInfo.RegisteredWaitHandle.Unregister(
stateInfo.AsycResult.AsyncWaitHandle);
} private static void ReceiveCb(IAsyncResult result)
{
var state = result.AsyncState as StateInfo;
var asyncResultWithTimeOut = state.AsycResult;
var count = state.Socket.EndReceive(result);
state.AsycResult.SetResult(count);
}
}

试一下

以下代码演示了如何使用BeginReceive2:

private static void TestSocketBeginReceive2()
{
Socket socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Dgram, ProtocolType.Udp);
byte[] content = Encoding.ASCII.GetBytes("Hello world"); IPAddress ip = Dns.Resolve("www.google.com").AddressList[0];
IPEndPoint receiver = new IPEndPoint(ip, 80); socket.BeginSendTo(content, 0, content.Length, SocketFlags.None, receiver, SendToCb2, socket);
Console.WriteLine("Sent bytes: " + content.Length);
} private static void SendToCb2(IAsyncResult ar)
{
var socket = ar.AsyncState as Socket;
socket.EndSendTo(ar);
byte[] buffer = new byte[1024]; AsyncResultWithTimeout receiveAr = socket.BeginReceive2(2000, buffer, 0, buffer.Length, SocketFlags.None, null, null);
receiveAr.AsyncWaitHandle.WaitOne();
if (receiveAr.TimedOut)
{
Console.WriteLine("Operation timed out.");
}
else
{
int received = socket.EndReceive(ar);
Console.WriteLine("Received bytes: " + received);
}
}

输出结果如下:

上述实现是针对BeginReceive的封装,还可以以相同的方式将Send/Receive封装以支持Timeout, 或者更进一步支持retry操作。

附示例代码:下载

出处:http://www.cnblogs.com/dytes/archive/2012/08/13/SocketAsyncOpWithTimeout.html

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