Socket网络编程

 

常用方法介绍

      虽然天天上博客园欣赏各位“大侠”的杰作，偶然回首，突然发现自己已成“潜水者”久矣。本来对于自己有限的水平，有点不好意思在此发贴，不过潜伏久了，才慢慢意识到老是通过浏览他人的文章虽然能够提高自己能力，能够及时的获取新技术新思想，但却只能停留在他人的思想上。通过学习，加上自己的想法，再写出来，让大家来指证错误，不仅能够巩固自己的知识，也可以让一些跟我一样迷惘的朋友们不用再去走一些弯路，岂不是两全其美，本着这样的想法，打算把自己平时的所学所想都写下来，欢迎各路朋友批评指证，因为你的批评和建议能够让我更迅速的得到提高。
      好了，讲了这么多废话，也该言归正传了。由于工作上需要，最近恶补了一下socket网络编程，整理了一下资料，把它放上来，希望能够对一些朋友有帮助。
      在讲Socket编程前，我们先来看一下几个最常用的类和方法，相信这些东西能让你事半功倍。
      一、IP地址操作类
      1、IPAddress类
      a、在该类中有一个 Parse()方法，可以把点分的十进制IP表示转化成IPAddress类，方法如下：
      IPAddress address = IPAddress.Parse(“192.168.0.1”);

      b、IPAddress提供4个只读字段
      
      Any   用于代表本地系统可用的任何IP地址
      Broadcase 用于代表本地网络的IP广播地址
      Loopback 用于代表系统的回送地址    
      None 用于代表系统上没有网络接口

      其中IPAddress.Any最常用可以用来表示本机上所有的IP地址，这对于socket服务进行侦听时，最方便使用，不用对每个IP进行侦听了。而IPAddress.Broadcase可用来UDP的IP广播，这些具体讲socket时再详细介绍。

     2、IPEndPoint类            
      我们可以通过二种构造方法来创建IPEndPoint类：
      a、IPEndPoint(long address, int port)
      b、IPEndPoint(IPAddress address, int port)

      四个属性：
   
      Address
      AddressFamily
      Port
      MaxPort 
      MinPort 

      这些应该从名字上就很好理解，不再一一介绍。IPEndPoint其实就是一个IP地址和端口的绑定，可以代表一个服务，用来Socket通讯。

       二、DNS相关类
      DNS类有四个静态方法，来获取主机DNS相关信息，
      1、GetHostName() 
      通过Dns.GetHostName()可以获得本地计算机的主机名
   
      2、GetHostByName()
      根据主机名称，返回一个IPHostEntry 对象：
       
      IPHostEntry GetHostByName(string hostName) 

      其中IPHostEntry把一个DNS主机名与一个别名和IP地址的数组相关联，包含三个属性：
      *AddressList：一个IPAddress对象的数组
      *Aliases：一个字符串对象数组
      *HostName：一个用于主机名的字符串对象

      3、GetHostByAddress()

      类似于GetHostByName()，只不过这里的参数是IP地址，而不是主机名，也返回一个IPHostEntry对象。

      IPHostEntry GetHostByAddress(IPAddress address)
      IPHostEntry GetHostByAddress(string address)

      4、Resolve() 

      当我们不知道输入的远程主机的地址是哪种格式时（主机名或IP地址），用以上的二种方法来实现，我们可能还要通过判断客户输入的格式，才能正确使用，但Dns类提供一更简单的方法Resolve()，该方法可以接受或者是主机名格式或者是IP地址格式的任何一种地址，并返回IPHostEntry对象。

      常用方法就写到这里了，当然针对网络编程不可能只有这么几个类和方法，只不过这几个我们最常用，也非常的简单。不过因为本人比较懒惰，没有放一些具体的实例上去，请见谅，：）。如果有兴趣的朋友，请接着看“Socket网络编程学习笔记（2）：面向连接的Socket”

面向连接的Socket

 在上一篇中，我列了一些常用的方法，可以说这些方法是一些辅助性的方法，对于分析网络中的主机属性非常有用。在这篇中，我将会介绍一下面向连接（TCP）socket编程，其中辅以实例，代码可供下载。
      对于TCP的Socket编程，主要分二部分：
      一、服务端Socket侦听：
      服务端Socket侦听主要分以下几个步骤，按照以下几个步骤我们可以很方便的建立起一个Socket侦听服务，来侦听尝试连接到该服务器的客户Socket，从而建立起连接进行相关通讯。
      1、创建IPEndPoint实例，用于Socket侦听时绑定
         

1IPEndPoint ipep = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 6001);


      2、创建套接字实例

1//创建一个套接字
2            serverSocket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);

  
      这里创建的时候用ProtocolType.Tcp，表示建立一个面向连接(TCP)的Socket。

      3、将所创建的套接字与IPEndPoint绑定

1 //将所创建的套接字与IPEndPoint绑定
2            serverSocket.Bind(ipep);


      4、设置套接字为收听模式
 

1//设置套接字为收听模式
2            serverSocket.Listen(10);


      以上这四步，我们已经建立了Socket的侦听模式，下面我们就来设置怎么样来获取客户Socket连接的实例，以及连接后的信息发送。

      5、在套接字上接收接入的连接
  

 1while (true)
 2            {
 3                try
 4                {
 5                    //在套接字上接收接入的连接
 6                    clientSocket = serverSocket.Accept();
 7                    clientThread = new Thread(new ThreadStart(ReceiveData));
 8                    clientThread.Start();
 9                }
10                catch (Exception ex)
11                {
12                    MessageBox.Show("listening Error: " + ex.Message);
13                }
14            }


      通过serverSocket.Accept()来接收客户Socket的连接请求，在这里用循环可以实现该线程实时侦听，而不是只侦听一次。当程序运行serverSocket.Accept()时，会等待，直到有客户端Socket发起连接请求时，获取该客户Socket，如上面的clientSocket。在这里我用多线程来实现与多个客户端Socket的连接和通信，一旦接收到一个连接后，就新建一个线程，执行ReceiveData功能来实现信息的发送和接收。

      6、 在套接字上接收客户端发送的信息和发送信息

 1private void ReceiveData()
 2        {
 3            bool keepalive = true;
 4            Socket s = clientSocket;
 5            Byte[] buffer = new Byte[1024];
 6
 7            //根据收听到的客户端套接字向客户端发送信息
 8            IPEndPoint clientep = (IPEndPoint)s.RemoteEndPoint;
 9            lstServer.Items.Add("Client：" + clientep.Address + "("+clientep.Port+")");
10            string welcome = "Welcome to my test sever ";
11            byte[] data = new byte[1024];
12            data = Encoding.ASCII.GetBytes(welcome);
13            s.Send(data, data.Length, SocketFlags.None);
14
15            while (keepalive)
16            {
17                //在套接字上接收客户端发送的信息
18                int bufLen = 0;
19                try
20                {
21                    bufLen = s.Available;
22
23                    s.Receive(buffer, 0, bufLen, SocketFlags.None);
24                    if (bufLen == 0)
25                        continue;
26                }
27                catch (Exception ex)
28                {
29                    MessageBox.Show("Receive Error:" + ex.Message);
30                    return;
31                }
32                clientep = (IPEndPoint)s.RemoteEndPoint;
33                string clientcommand = System.Text.Encoding.ASCII.GetString(buffer).Substring(0, bufLen);
34
35                lstServer.Items.Add(clientcommand + "("+clientep.Address + ":"+clientep.Port+")");
36
37            }
38            
39        }


      通过IPEndPoint clientep = (IPEndPoint)s.RemoteEndPoint;我们可以获取连接上的远程主机的端口和IP地址，如果想查询该主机的其它属性如主机名等，可用于上一篇讲的Dns.GetHostByAddress(string ipAddress)来返回一个IPHostEntry对象，就可以得到。另外我们要注意的是，通过Socket发送信息，必须要先把发送的信息转化成二进字进行传输，收到信息后也要把收到的二进字信息转化成字符形式，这里可以通过Encoding.ASCII.GetBytes(welcome);和Encoding.ASCII.GetString(buffer).Substring(0, bufLen);来实现。

      以上就是服务端Socket侦听模式的实现，只要有远程客户端Socket连接上后，就可以轻松的发送信息和接收信息了。下面我们来看看客户端Socket是怎么连接上服务器的。

      二、客户端连接

      客户端Socket连接相对来说比较简单了，另外说明一下，在执行客户端连接前，服务端Socket侦听必须先启动，不然会提示服务器拒绝连接的信息。

      1、创建IPEndPoint实例和套接字

1 //创建一个套接字
2            IPEndPoint ipep = new IPEndPoint(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 6001);
3            clientSocket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);


      这个跟服务端Socket侦听差不多，下面一步由服务端Socket的侦听模式变成连接模式。

      2、将套接字连接到远程服务器

 1//将套接字与远程服务器地址相连
 2            try
 3            {
 4                clientSocket.Connect(ipep);
 5            }
 6            catch (SocketException ex)
 7            {
 8                MessageBox.Show("connect error: " + ex.Message);
 9                return;
10            }


      前面已说明，如果在执行Socket连接时，服务器的Socket侦听没有开启的话，会产生一个SocketException异常，如果没有异常发生，那恭喜你，你已经与服务器连接上了，接下来就可以跟服务器通信了。
  
      3、接收信息

 1while (true)
 2            {
 3                //接收服务器信息
 4                int bufLen = 0;
 5                try
 6                {
 7                    bufLen = clientSocket.Available;
 8
 9                    clientSocket.Receive(data, 0, bufLen, SocketFlags.None);
10                    if (bufLen == 0)
11                    {
12                        continue;
13                    }
14                }
15                catch (Exception ex)
16                {
17                    MessageBox.Show("Receive Error:" + ex.Message);
18                    return;
19                }
20
21                string clientcommand = System.Text.Encoding.ASCII.GetString(data).Substring(0, bufLen);
22
23                lstClient.Items.Add(clientcommand);
24
25            }


      4、发送信息

1//向服务器发送信息
2          
3            byte[] data = new byte[1024];
4            data = Encoding.ASCII.GetBytes(txtClient.Text);
5            clientSocket.Send(data, data.Length, SocketFlags.None);


      客户端的发送信息和接收信息跟服务器的接收发送是一样的，只不过一个是侦听模式而另一个是连接模式。

      以下是程序的运行界面，这些在源码下载里都可以看到：

      1、服务端界面：
      
      
      2、客户端界面：
      

      好了，关于面向连接的Socket就讲到这里了，以实例为主，希望对那些派得上用场的朋友能够看得明白。另外提一下，这里服务端开启侦听服务、客户端连接服务端都采用线程方式来实现，这样服务端能够跟多个客户端同时通信，不用等候，当然还有另外一种方式可以实现那就是异步socket，关于这些可以搜索博客园上的相关文章，已经有好多了。

利用套接字助手类

      在上一篇中已经介绍了利用Socket建立服务端和客户端进行通信，如果需要的朋友可访问《Socket网络编程学习笔记（2）：面向连接的Socket》。在本篇中，将利用C＃套接字的助手类来简化Socket编程，使得刚刚接触到网络编程的朋友们更容易上手。

      跟上篇一样，通过C＃套接字的助手类来编程同样分服务端和客户端。

      一、服务端侦听模式

      1、创建套接字与IPEndPoint绑定，并设置为侦听模式。

 1//创建IPEndPoint实例
 2            IPEndPoint ipep = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 6001);
 3            
11            serverTcp = new TcpListener(ipep);
12            serverTcp.Start();


      其中注释掉的部分是利用Socket来创建侦听，这里我们可以看到用套接字助手类只通过二行就可以建立起侦听，而且如果要更方便一些，可以不指定IPEndPoint，单单指定端口就可以了，如：
   

1serverTcp = new TcpListener(6001);
2            serverTcp.Start();


      2、侦听并获取接入的客户Socket连接

 1while (true)
 2            {
 3                try
 4                {
 5                    //在套接字上接收接入的连接
 6                    //clientSocket = serverSocket.Accept();
 7                    clientTcp = serverTcp.AcceptTcpClient();
 8                    clientThread = new Thread(new ThreadStart(ReceiveData));
 9                    clientThread.Start();
10                }
11                catch (Exception ex)
12                {
13                    MessageBox.Show("listening Error: " + ex.Message);
14                }
15            }


      在这里用clientTcp = serverTcp.AcceptTcpClient();来接收连接的TcpClient对象，我们了可以通过

1clientSocket = serverTcp.AcceptSocket();


来接收一个Socket对象，如果接收的是一个Socket对象，那么接下来的接收和发送信息跟上篇一样，如果接收的是TcpClient对象，那么我们来看一下如何来接收和发送信息：

      3 、接收和发送信息

 1private void ReceiveData()
 2        {
 3            bool keepalive = true;
 4            TcpClient s = clientTcp;
 5            NetworkStream ns = s.GetStream();
 6            Byte[] buffer = new Byte[1024];
 7
 8            //根据收听到的客户端套接字向客户端发送信息
 9            IPEndPoint clientep = (IPEndPoint)s.Client.RemoteEndPoint;
10            lstServer.Items.Add("Client：" + clientep.Address + "("+clientep.Port+")");
11            string welcome = "Welcome to my test sever ";
12            byte[] data = new byte[1024];
13            data = Encoding.ASCII.GetBytes(welcome);
14            //s.Send(data, data.Length, SocketFlags.None);
15            ns.Write(data,0, data.Length);
16
17            while (keepalive)
18            {
19                //在套接字上接收客户端发送的信息
20                int bufLen = 0;
21                try
22                {
23                    bufLen = s.Available;
24                    //s.Receive(buffer, 0, bufLen, SocketFlags.None);
25                    ns.Read(buffer, 0, bufLen);
26                    if (bufLen == 0)
27                        continue;
28                }
29                catch (Exception ex)
30                {
31                    MessageBox.Show("Receive Error:" + ex.Message);
32                    return;
33                }
34                clientep = (IPEndPoint)s.Client.RemoteEndPoint;
35                string clientcommand = System.Text.Encoding.ASCII.GetString(buffer).Substring(0, bufLen);
36
37                lstServer.Items.Add(clientcommand + "("+clientep.Address + ":"+clientep.Port+")");
38
39            }
40            
41        }


      通过NetworkStream ns = s.GetStream();可以获取网络流对象，以此来发送和接收信息。

      二、客户端连接

      1、创建套接字并连接到服务器

 1 //创建一个套接字
 2            IPEndPoint ipep = new IPEndPoint(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 6001);
 3            //clientSocket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
 4            clientTcp = new TcpClient();
 5
 6            //将套接字与远程服务器地址相连
 7            try
 8            {
 9                //clientSocket.Connect(ipep);
10                clientTcp.Connect(ipep);
11            }
12            catch (SocketException ex)
13            {
14                MessageBox.Show("connect error: " + ex.Message);
15                return;
16            }


      2、接收服务器发送的信息

 1ns = clientTcp.GetStream();
 2            while (true)
 3            {
 4                //接收服务器信息
 5                int bufLen = 0;
 6                try
 7                {
 8                    //bufLen = clientSocket.Available;
 9                    bufLen = clientTcp.Available;
10
11                    //clientSocket.Receive(data, 0, bufLen, SocketFlags.None);
12                    ns.Read(data, 0, bufLen);
13                    if (bufLen == 0)
14                    {
15                        continue;
16                    }
17                }
18                catch (Exception ex)
19                {
20                    MessageBox.Show("Receive Error:" + ex.Message);
21                    return;
22                }
23
24                string clientcommand = System.Text.Encoding.ASCII.GetString(data).Substring(0, bufLen);
25
26                lstClient.Items.Add(clientcommand);
27
28            }


      同服务端，通过ns = clientTcp.GetStream();获取网络流来读取服务端发过来的信息。

      3、向服务端发送信息

1//向服务器发送信息
2          
3            byte[] data = new byte[1024];
4            data = Encoding.ASCII.GetBytes(txtClient.Text);
5            //clientSocket.Send(data, data.Length, SocketFlags.None);
6            ns.Write(data, 0, data.Length);


      到这里，我们就可以实现客户端与服务端的连接和通讯了。一些方法跟上一篇提到的类似，这里就不再详述。

      接下来，我会讲一下关于Socket发送的消息边界处理问题、发送实体类数据问题以及利用线程池来改善线程创建和分配问题。

 

TCP消息边界处理

      在前面的几篇中，讲了关于套接字Socket以及利用套接字助手类来进行服务端和客户端之间的通信，在此中间并没有对发送的信息进行任何的处理。在本篇中将会讲一下TCP通信时的信息边界问题。

      通过套接字或其助手类来接收信息时，是从缓存区里一次性把全部的缘存都读取出来，只要你设置的缓存够大，它就能读取这么多，这样就会导致这样的情况出现。如果服务端连续发送信息到客户端，如我连续发送字符串“message 1”、“message 2”、“message 3”、“message 4”、“message 5”，我预想的是在客户端也是能够收到这样的五个完整的字符串，如果用前二篇中讲的方法，在同台机子上测试的话，是正常的，因为同台机子上网络信息传送出现的异常会比较少，但如果把客户端与服务端部署在不同的机器上，则会出现一些异想不到的现象。你会发现接收到的字符都被打乱了，会出现如“3message 4”的字符串，这样的话，我们就不能把服务端发送的信息正常的还原。这个就是消息的边界问题，要解决这个问题，方法有很多，现抽取其中几个来讲一下：

      1、固定尺寸的消息

      这是最简单但也是最昂贵的解决TCP消息问题的方案。就是要设计一种协议，永远以固定的长度传递消息，通过将所有的消息都设置为固定的尺寸，在从远程设备中接收到完整的消息时，TCP接收程序就能够了解发送的情况了。用这各地意味着必须将短消息加长，造成网络带宽资源的浪费。

      2、使用消息尺寸信息
      
      这个方案允许使用可变长度的消息，惟一的不足就是接收端的远程设置必须了解每一个变长消息的确切长度。具体的方法是，在发送消息的时候，一起发送该消息的长度。那么在客户端接收的时候就能知道该消息的长度是多少，再来读取消息。

      3、使用消息标记

      该方案使用预先确定的一个字符（或多个字符）来指定消息的结束，通过这种方式来分隔不同的消息。但用这种方法必须对所接收到的每一个字符进行检查以便确定为结束标记，这对于大型消息来说，可能导致系统性能的下降，不过对于C＃语言来说，提供了一些类，能够用于简化这个过程，那就是System.IO命名空间流类，下面我们也着重来讲一下这各方法。至于第二种方法，将在下一篇中与在消息中传送实体类信息相结合来讲述。

      在上一篇中，我们已经提到NetworkStream类，利用该类来传送和接收消息。在这里，再提一下另外的二个流类，那就是StreamReader和StreamWriter，这二个类也可用于TCP协议发送和接收文本消息。

      当我们得到Socket连接的一个NetworkStream对象时，可以通过下面的方法得到StreamWriter和StreamReader对象。

1NetworkStream ns = s.GetStream();
2            StreamReader sr = new StreamReader(ns);
3            StreamWriter sw = new StreamWriter(ns);


      这样我们就可以通过StreamWriter来发送消息，通过StreamReader来接收消息：

1//发送消息
2string welcome = "Welcome to my test sever ";
3           
4            sw.WriteLine(welcome);
5            sw.Flush();


      接收消息：

1//接收消息
2string data = "";
3data = sr.ReadLine();


      这样是不是比以前的做法更简单了，而且同时也解决了TCP消息边界问题了。

      但是用这各方法必须得注意以下二点：

      1、这种方法其实就是利用消息标记来解决边界问题的，这里的标记就是换行符，也就是说，StreamWriter中的WriteLine()和StreamReader中的ReadLine()一定要成对使用，不然如果发送的信息中没有换行符，则客户机中用ReadLine()读取信息时，将无法结束，将堵塞程序的执行，一直等待换行符。

      2、另外还要保证在发送的消息本身不应该带有换行符，如果消息本身带有换行符，则这些换行符将被ReadLine()方法错误地作为标记，影响数据的完整性。

      关于TCP消息边界处理就暂时讲到这里了，由于自己的理解也不够深，难免会出现错误，请各位及时纠正。在下一篇中，将讲述传送实体类方面的问题。

 

发送和接收实体类数据

在前面讲述的篇幅中，发送的都是文本信息，我们只要通过Encoding中的几个方法把文本转化成二进制数组就可以利用Socket来传输了，这对于一些基本的信息传输能够得到满足，但对于一些复杂的消息交流，则有些“吃力”。我们有时候会把一些信息封闭在一个类中，如果Socket能够传送类对象，那么一些复杂的问题能够通过面向对象来解决了，即方便又安全。大家都知道，要想在网络上传输信息，必须要经过序列化才行，所以在传送类对象时，首选必须对该类对象进行序列化，才能够在网络上进行传输。

      序列化类对象有三种序列化方法：

      1、Xml序列化

      2、Binary序列化

      3、Soap序列化

      这几种序列化方法，运用方法相类似，只不过用到的类不一样。在这里也不一一讲述了，有兴趣的朋友可以到网上搜一搜，相信会有不少的收获。这里主要讲一下利用Soap序列化来传送消息。

      1、首先我们先来建立一个实体类，用来做消息的载体

类对象


      2、发送前先把类对象进行Soap序列化

消息发送方法


      这里利用 
            IFormatter formatter = new SoapFormatter();
            MemoryStream mem = new MemoryStream();

            formatter.Serialize(mem, sd);
      对类对象sd进行序列化。在这里还有一个细节值得一提，那就是消息边界问题的处理，这里是利用发送消息的长度方法来实现。代码如下：

1int memsize = (int)mem.Length;
2            byte[] size = BitConverter.GetBytes(memsize);
3            ns.Write(size, 0, 4);


      通过BitConverter.GetBytes()方法可以把数据类型转化为二进制数组，从而可以在网络上传送，所以在接收的时候先接收消息长度，再通过该长度来循环读取完整的消息。

      3、接收消息

接收消息方法


      通过sd = (SocketData)formatter.Deserialize(mem);还原数据为类对象，就可以对此类对象进行访问了。用Xml序列化或用二进制序列化也是类似，只不过把序列化的方法改一下就可以了，一般来说用二进制序列化得到的数据最小，占用带宽也最小，而用xml和Soap来序列化，都是序列化为Xml格式，所以数据比较大，占用带宽比较大。但用xml或Soap序列化，兼容性高，可以兼容不同系统之间的通信，而二进制不行。可以说各有利弊，可以根据实际情况来选择哪一种序列化。

      该篇暂时就写到这里了，文字有点乱，请见谅。

使用线程池提高性能

      在前几篇介绍中，不论是服务端的侦听还是客户端的连接都是通过新建一个线程去执行特定功能的。在这种情况下，一量有一个新客户端需要连接，则又得创建新的线程，而当程序创建新线程时，往往需要大量的内部开销，这对程序的性能有一定的影响。在.NET库中提供了一种方法，可以避免一些开销。而在Socket通讯中还有另一种访求那就是异步Socket，我不知道用这种方式的性能如何，在这里且不管这种形式，主要来看一下用线程池解决问题。

      Windows操作系允许用户维持一池“预先建立的”线程，这个线程池为应用程序中指定的方法提供工作线索。一个线程控制线程池的操作，并用应用程序可以分配附加的线程进行处理。在默认情况下，在线程池中有25个预处理线程，用这种方式可以满足一些小应用。

      如果要为线程池中的线程注册一个代表，则用下面的格式：

      ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(Counter));
      
      其中QueueUserWorkItem是ThreadPool类的一个静态方法；而Counter参数代表运行在线程中的方法，在这要注意的是该Counter方法必须包含一个object 参数，这个在下面的例子中有体现；另外，处Thread对象不一样，代表一旦放置在线程池查询中上，将被处理，不需要其他的方法启动该项工作；当主程序线程退出，所有的线程池线程都将终止，主线程不会等待线程池线程结束。

      下面我们来看看怎么样运用到我上面讲的例子中去：

      原有线程调用：

      clientThread = new Thread(new ThreadStart(ReceiveData));
      clientThread.Start();

      用线程池只要一句就可以了:

      ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(ReceiveData));

      其它具体的请下载源码。

posted @ 2012-06-20 10:44  黑-色-柳—丁  阅读(386)  评论(0)  编辑  收藏  举报