Socket开发探秘--基类及公共类的定义

Socket开发是属于通信底层的开发，.ＮＥＴ也提供了非常丰富的类来实现Socket的开发工作，本篇不是介绍这些基础类的操作，而是从一个大的架构方面阐述Socket的快速开发工作，本篇以TCP模式进行程序的开发介绍，以期达到抛砖引玉的目的。

要掌握或者了解Socket开发，必须了解下面所述的场景及知识。

1、TCP客户端，连接服务器端，进行数据通信

2、TCP服务器端，负责侦听客户端连接

3、连接客户端的管理，如登陆，注销等，使用独立线程处理

4、数据接收管理，负责数据的接受，并处理队列的分发，使用独立线程处理，简单处理后叫给“数据处理线程”

5、数据处理线程，对特定的数据，采用独立的线程进行数据处理

6、数据的封包和解包，按照一定的协议进行数据的封装和解包

 

针对以上内容，可以封装以下功能的操作类作为共用基类：

1、BaseSocketClient，客户端基类

2、BaseSocketServer，TCP服务器管理基类

3、BaseClientManager，连接客户端管理类

4、BaseReceiver，数据接收处理类

5、ThreadHandler，数据独立线程处理类

6、PreData、DataTypeKey、Sign分别是定义数据的基础格式、协议标识、分隔符号等，另外我们定义需要发送的实体类信息，发送和接收通过实体类进行数据转换和解析。

 

以上类是基类，不能直接使用，在服务器端和客户端都要继承相应的类来完成所需要的工作。

BaseSocketClient只要负责客户端的链接、断开、发送、接收等操作，大致的定义如下：

    public class BaseSocketClient
    {       
        public BaseSocketClient()
        {
            _Name = this.GetType().Name;
        }

        public BaseSocketClient(Socket socket) : this()
        {
            _socket = socket;
            IPEndPoint ipAndPort = (IPEndPoint)socket.RemoteEndPoint;
            _IP = ipAndPort.Address.ToString();
            _port = ipAndPort.Port;
        }

        /// <summary>
        /// 断开连接
        /// </summary>
        public virtual void DisConnect()
        {
            .........
        }

        /// <summary>
        /// 主动连接
        /// </summary>
        public virtual void Connect(string ip, int port)
        {
            ........
        }
        
        /// <summary>
        /// 开始异步接收
        /// </summary>
        public void BeginReceive()
        {
            .........
        }
        
         /// <summary>
         /// 开始同步接收
         /// </summary>               
         public void StartReceive()
         {
              .........
         }
         
        /// <summary>
        ///异步发送
        /// </summary>
        public void BeginSend(SendStateObject sendState)
        {
            ........
        }
        
        /// <summary>
        /// 同步发送。直接返回成功失败状态
        /// </summary>
        public bool SendTo(string data)
        {
            .........
        }
        /// <summary>
        /// 主动检查连接
        /// </summary>
        public virtual void CheckConnect()
        {
            .............
        }
        
        protected virtual void OnRead(PreData data)
        {
        }
    }

  

2、BaseSocketServer，TCP服务器管理基类

该类负责在独立的线程中侦听指定的端口，如果有客户端连接进来，则进行相应的处理，重载处理函数可以实现独立的处理。大致的定义如下。

    public class BaseSocketServer
    {
        public BaseSocketServer()
        {
            this._SocketName = this.GetType().Name;
        }

        /// <summary>
        /// 启动监听线程
        /// </summary>
        public void StartListen(string ip, int port)
        {
            _IP = ip;
            _port = port;
            if (_listenThread == null)
            {
                _listenThread = new Thread(Listen);
                _listenThread.IsBackground = true;
                _listenThread.Start();
            }
        }

        /// <summary>
        /// 检查监听线程
        /// </summary>
        public void CheckListen()
        {
            if (_listenThread == null || (!_listenThread.IsAlive))
            {
                _listenThread = new Thread(Listen);
                _listenThread.IsBackground = true;
                _listenThread.Start();
            }
        }

        /// <summary>
        /// 监听线程
        /// </summary>
        protected virtual void Listen()
        {
            IPEndPoint ipAndPort = new IPEndPoint(IPAddress.Parse(IP), Port);
            TcpListener tcpListener = new TcpListener(ipAndPort);
            tcpListener.Start(50);//配置

            while (true)
            {
                Socket socket = tcpListener.AcceptSocket();
                AcceptClient(socket);
             }
        }

        /// <summary>
        /// 接收一个Client
        /// </summary>
        protected virtual void AcceptClient(Socket socket)
        {
        }

  

3、BaseClientManager，连接客户端管理类

由于考虑性能的影响，客户端对象的管理交给一个独立的线程进行处理，一则处理思路清晰，二则充分利用线程的性能。该类主要负责客户端登录超时处理，连接上来的客户端维护，经过登陆验证的客户端维护，客户端登陆验证接口，客户端发送数据处理等功能。

 

    public class BaseClientManager<T> where T : BaseSocketClient
    {
        #region 登陆管理

        protected string _Name = "BaseClientManager";
        private int _SessionId = 0;
        private object _LockSession = new object();

        private System.Threading.Timer _CheckInvalidClientTimer = null;// 检查客户端连接timer
        private System.Threading.Timer _SendTimer = null;// 发送数据调用timer

        /// <summary>
        /// 已经注册的客户端 关键字userid
        /// </summary>
        protected SortedList<string, T> _loginClientList = new SortedList<string, T>();
        /// <summary>
        /// 连上来的客户端 未注册 关键字Session
        /// </summary>
        protected SortedList<string, T> _tempClientList = new SortedList<string, T>();
        
        /// <summary>
        /// 构造函数
        /// </summary>
        public BaseClientManager()
        {
            this._Name = this.GetType().Name;
        }

        /// <summary>
        /// 已经注册的客户端 关键字userid
        /// </summary>
        public SortedList<string, T> LoginClientList
        {
            get { return _loginClientList; }
            set { _loginClientList = value; }
        }

        /// <summary>
        /// 增加一个连上来（未注册）的客户端
        /// </summary>
        /// <param name="client"></param>
        public void AddClient(T client)
        {
            ......
        }

        /// <summary>
        /// 增加一个已登录的客户端
        /// </summary>
        public void AddLoginClient(T client)
        {
            ......
        }

        /// <summary>
        /// 当客户端登陆，加入列表后的操作
        /// </summary>
        /// <param name="client"></param>
        protected virtual void OnAfterClientSignIn(T client)
        {
        }

        /// <summary>
        /// 验证登录
        /// </summary>
        public virtual bool CheckClientLogin(string userId, string psw, ref string memo)
        {
            return false;
        }

        /// <summary>
        /// 电召客户端登出
        /// </summary>
        /// <param name="userId"></param>
        public void ClientLogout(string userId)
        {
            if (_loginClientList.ContainsKey(userId))
            {
                RadioCallClientLogout(_loginClientList[userId]);
            }
        }

        /// <summary>
        /// 电召客户端登出
        /// </summary>
        /// <param name="client"></param>
        private void RadioCallClientLogout(T client)
        {
            client.DisConnect();
        }

        /// <summary>
        /// 移除注册的客户端
        /// </summary>
        /// <param name="client"></param>
        private void RemoveLoginClient(T client)
        {
            ......
        }

        /// <summary>
        /// 移除客户端后的操作
        /// </summary>
        /// <param name="client"></param>
        protected virtual void OnAfterClientLogout(T client)
        {
        }

        /// <summary>
        /// 在连接的列表中移除客户端对象
        /// </summary>
        /// <param name="client"></param>
        public virtual void RemoveClient(T client)
        {
            RemoveLoginClient(client);
            RemoveTempClient(client);
        }
        
        #endregion

        /// <summary>
        /// 开始客户端连接处理
        /// </summary>
        public void Start()
        {
            StartSendTimer();
            StartCheckInvalidClientTimer();
        }

        /// <summary>
        /// 启动客户端发送数据线程
        /// </summary>
        public void StartSendTimer()
        {
            ......
        }

        /// <summary>
        /// 启动检查客户端连接timer
        /// </summary>
        public void StartCheckInvalidClientTimer()
        {
            ......
        }

        /// <summary>
        /// 检查客户端连接
        /// </summary>
        /// <param name="stateInfo"></param>
        private void CheckInvalidClient(Object stateInfo)
        {
            ......
        }

        public virtual void RemoveInvalidClient()
        {
            ......
        }

        /// <summary>
        /// 增加一条客户端发送数据
        /// </summary>
        public void AddSend(string userid, string send, bool isFirst)
        {
            ......
        }
    }

 

 

4、BaseReceiver，数据接收处理类

该基类是所有接受数据的处理类，负责维护数据的队列关系，并进一步进行处理。

    public class BaseReceiver
    {
        protected string _Name = "BaseReceiver";
        protected Thread _PreDataHandlehread = null;// 处理数据线程
        protected Fifo<PreData> _preDataFifo = new Fifo<PreData>(50000);

        public BaseReceiver()
        {
            _Name = this.GetType().Name;
        }

        /// <summary>
        /// 接收处理数据
        /// </summary>
        public void AppendPreData(PreData data)
        {
            _preDataFifo.Append(data);
        }

        /// <summary>
        /// 数据处理
        /// </summary>
        protected virtual void PreDataHandle()
        {
            ......
        }

        /// <summary>
        /// 数据处理
        /// </summary>
        /// <param name="data"></param>
        public virtual void PreDataHandle(PreData data)
        { 
        }

        /// <summary>
        /// 开始数据处理线程
        /// </summary>
        public virtual void Start()
        {
            if (_PreDataHandlehread == null)
            {
                _PreDataHandlehread = new Thread(new ThreadStart(PreDataHandle));
                _PreDataHandlehread.IsBackground = true;
                _PreDataHandlehread.Start();
            }
        }
    }

 

 

5、ThreadHandler，数据独立线程处理类

对每个不同类型的数据（不同的协议类型），可以用独立的线程进行处理，这里封装了一个基类，用于进行数据独立线程的处理。

    public class ThreadHandler<T>
    {
        Thread _Handlehread = null;// 处理数据线程
        private string _ThreadName = "";
        private Fifo<T> _DataFifo = new Fifo<T>();

        /// <summary>
        /// 接收处理数据
        /// </summary>
        public virtual void AppendData(T data)
        {
            if (data != null)
                _DataFifo.Append(data);
        }

        /// <summary>
        /// 数据处理
        /// </summary>
        protected virtual void DataThreadHandle()
        {
            while (true)
            {
                    T data = _DataFifo.Pop();
                DataHandle(data);
            }
        }

        /// <summary>
        /// 数据处理
        /// </summary>
        /// <param name="data"></param>
        public virtual void DataHandle(T data)
        {
        }

        /// <summary>
        /// 检查数据处理线程
        /// </summary>
        public virtual void Check()
        {
            ......
        }

        /// <summary>
        /// 开始数据处理线程
        /// </summary>
        public virtual void StartHandleThread()
        {
            ......
        }
    }

 

 

6、PreData、DataTypeKey、Sign

 PreData是定义了一个标准的协议数据格式，包含了协议关键字、协议内容、用户标识的内容，代码如下。

 

    /// <summary>
    /// 预处理的数据
    /// </summary>
    public class PreData
    {
        private string _key;
        private string _content;
        private string _userId;

        public PreData()
        { 
        }

        public PreData(string key,string data)
        {
            _key = key;
            _content = data;
        }

        /// <summary>
        /// 协议关键字
        /// </summary>
        public string Key
        {
            get { return _key; }
            set { _key = value; }
        }

        /// <summary>
        /// 数据内容
        /// </summary>
        public string Content
        {
            get { return _content; }
            set { _content = value; }
        }

        /// <summary>
        /// 客户端过来为用户帐号，或者指定的名称
        /// </summary>
        public string UserId
        {
            get { return _userId; }
            set { _userId = value; }
        }
    }

 

 

其中的DataTypeKey和Sign定义了一系列的协议头关键字和数据分隔符等信息。

    public class DataTypeKey
    {
        /// <summary>
        /// 认证请求 AUTHR C->S
        /// </summary>
        public const string AuthenticationRequest = "AUTHR";
        /// <summary>
        /// 认证请求应答AUTHA S->C
        /// </summary>
        public const string AuthenticationAnswer = "AUTHA";

        /// <summary>
        /// 测试数据TESTR C->S
        /// </summary>
        public const string TestDataRequest = "TESTR";
        /// <summary>
        /// 测试数据TESTA S->C
        /// </summary>
        public const string TestDataAnswer = "TESTA";
        
        .........

    }

 

 

 下面是数据分割符号，定义了数据包的开始符号、结束符号，分隔符号和数据分隔符等。

    public class Sign
    {
        /// <summary>
        /// 开始符
        /// </summary>
        public const string Start = "~";
        /// <summary>
        /// 开始符比特
        /// </summary>
        public const byte StartByte = 0x7E;
        /// <summary>
        /// 结束符
        /// </summary>
        public const string End = "#";
        /// <summary>
        /// 结束符比特
        /// </summary>
        public const byte EndByte = 0x23;
        /// <summary>
        /// 分隔符
        /// </summary>
        public const string Separator = "&";
        /// <summary>
        /// 分隔符比特
        /// </summary>
        public const byte SeparatorByte = 0x26;
        /// <summary>
        /// 数据分隔符
        /// </summary>
        public const string DataSeparator = "|";
        /// <summary>
        /// 数据分隔符比特
        /// </summary>
        public const byte DataSeparatorByte = 0x7C;
    }

 另外，前面说了，我们数据是通过实体类作为载体的，我们知道，收到的Socket数据经过粗略的解析后，就是PreData类型的数据，这个是通用的数据格式，我们需要进一步处理才能转化为所能认识的数据对象（实体类对象），同样，我们发送数据的时候，内容部分肯定是按照一定协议规则串联起来的数据，那么我们就需要把实体转化为发送的数据格式。综上所述，我们通过实体类，必须实现数据的发送和读取的转换。

 

    /// <summary>
    /// 测试数据的实体类信息
    /// </summary>
    public class TestDataRequest
    {
        #region MyRegion

        /// <summary>
        /// 请求序列
        /// </summary>
        public string seq;
        /// <summary>
        /// 用户帐号
        /// </summary>
        public string userid;
        /// <summary>
        /// 用户密码
        /// </summary>
        public string psw;

        #endregion

        public TestDataRequest(string seq, string userid, string psw)
        {
            this.seq = seq;
            this.userid = userid;
            this.psw = psw;
        }
        public TestDataRequest()
        {
        }

        /// <summary>
        /// 转换Socket接收到的信息为对象信息
        /// </summary>
        /// <param name="data">Socket接收到的信息</param>
        public TestDataRequest(string data)
        {
            string[] dataArray = null;
            dataArray = NetStringUtil.UnPack(data);
            if (dataArray != null && dataArray.Length > 0)
            {
                TestDataRequest newAnswerData = new TestDataRequest();
                int i = 0;
                this.seq = dataArray[i++];
                this.userid = dataArray[i++];
                this.psw = dataArray[i++];
            } 
        }

        /// <summary>
        /// 转换对象为Socket发送格式的字符串
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        public override string ToString()
        {
            string data = "";
            data = this.seq + "|" + this.userid + "|" + this.psw.ToString();
            data = NetStringUtil.PackSend(DataTypeKey.TestDataRequest, data);
            return data;
        }

  

在接下来的工作中，就需要继承以上的基类，完成相关的对象和数据的处理了。

本人是实际中，编写了一个测试的例子，大致的基类使用情况如下所示。