C#网络编程(同步传输字符串) - Part.2
服务端客户端通信
在与服务端的连接建立以后，我们就可以通过此连接来发送和接收数据。端口与端口之间以流（Stream）的形式传输数据，因为几乎任何对象都可以保存到流中，所以实际上可以在客户端与服务端之间传输任何类型的数据。对客户端来说，往流中写入数据，即为向服务器传送数据；从流中读取数据，即为从服务端接收数据。对服务端来说，往流中写入数据，即为向客户端发送数据；从流中读取数据，即为从客户端接收数据。
同步传输字符串
我们现在考虑这样一个任务：客户端打印一串字符串，然后发往服务端，服务端先输出它，然后将它改为大写，再回发到客户端，客户端接收到以后，最后再次打印一遍它。我们将它分为两部分：1、客户端发送，服务端接收并输出；2、服务端回发，客户端接收并输出。
1.客户端发送，服务端接收并输出
1.1服务端程序
我们可以在TcpClient上调用GetStream()方法来获得连接到远程计算机的流。注意这里我用了远程这个词，当在客户端调用时，它得到连接服务端的流；当在服务端调用时，它获得连接客户端的流。接下来我们来看一下代码，我们先看服务端（注意这里没有使用do/while循环）：
class Server {
static void Main(string[] args) {
const int BufferSize = 8192; // 缓存大小，8192字节
Console.WriteLine("Server is running ... ");
IPAddress ip = new IPAddress(new byte[] { 127, 0, 0, 1 });
TcpListener listener = new TcpListener(ip, 8500);
listener.Start(); // 开始侦听
Console.WriteLine("Start Listening ...");
// 获取一个连接，中断方法
TcpClient remoteClient = listener.AcceptTcpClient();
// 打印连接到的客户端信息
Console.WriteLine("Client Connected！{0} <-- {1}",
remoteClient.Client.LocalEndPoint, remoteClient.Client.RemoteEndPoint);
// 获得流，并写入buffer中
NetworkStream streamToClient = remoteClient.GetStream();
byte[] buffer = new byte[BufferSize];
int bytesRead = streamToClient.Read(buffer, 0, BufferSize);
Console.WriteLine("Reading data, {0} bytes ...", bytesRead);
// 获得请求的字符串
string msg = Encoding.Unicode.GetString(buffer, 0, bytesRead);
Console.WriteLine("Received: {0}", msg);
// 按Q退出
}
}
这段程序的上半部分已经很熟悉了，我就不再解释。remoteClient.GetStream()方法获取到了连接至客户端的流，然后从流中读出数据并保存在了buffer缓存中，随后使用Encoding.Unicode.GetString()方法，从缓存中获取到了实际的字符串。最后将字符串打印在了控制台上。这段代码有个地方需要注意：在能够读取的字符串的总字节数大于BufferSize的时候会出现字符串截断现象，因为缓存中的数目总是有限的，而对于大对象，比如说图片或者其它文件来说，则必须采用“分次读取然后转存”这种方式，比如这样：
// 获取字符串
byte[] buffer = new byte[BufferSize];
int bytesRead; // 读取的字节数
MemoryStream msStream = new MemoryStream();
do {
bytesRead = streamToClient.Read(buffer, 0, BufferSize);
msStream.Write(buffer, 0, bytesRead);
} while (bytesRead > 0);
buffer = msStream.GetBuffer();
string msg = Encoding.Unicode.GetString(buffer);
这里我没有使用这种方法，一个是因为不想关注在太多的细节上面，一个是因为对于字符串来说，8192字节已经很多了，我们通常不会传递这么多的文本。当使用Unicode编码时，8192字节可以保存4096个汉字和英文字符。使用不同的编码方式，占用的字节数有很大的差异，在本文最后面，有一段小程序，可以用来测试Unicode、UTF8、ASCII三种常用编码方式对字符串编码时，占用的字节数大小。
现在对客户端不做任何修改，然后运行先运行服务端，再运行客户端。结果我们会发现这样一件事：服务端再打印完“Client Connected！127.0.0.1:8500 <-- 127.0.0.1:xxxxx”之后，再次被阻塞了，而没有输出“Reading data, {0} bytes ...”。可见，与AcceptTcpClient()方法类似，这个Read()方法也是同步的，只有当客户端发送数据的时候，服务端才会读取数据、运行此方法，否则它便会一直等待。
1.2 客户端程序
接下来我们编写客户端向服务器发送字符串的代码，与服务端类似，它先获取连接服务器端的流，将字符串保存到buffer缓存中，再将缓存写入流，写入流这一过程，相当于将消息发往服务端。
class Client {
static void Main(string[] args) {
Console.WriteLine("Client Running ...");
TcpClient client;
try {
client = new TcpClient();
client.Connect("localhost", 8500); // 与服务器连接
} catch (Exception ex) {
Console.WriteLine(ex.Message);
return;
}
// 打印连接到的服务端信息
Console.WriteLine("Server Connected！{0} --> {1}",
client.Client.LocalEndPoint, client.Client.RemoteEndPoint);
string msg = "\"Welcome To TraceFact.Net\"";
NetworkStream streamToServer = client.GetStream();
byte[] buffer = Encoding.Unicode.GetBytes(msg); // 获得缓存
streamToServer.Write(buffer, 0, buffer.Length); // 发往服务器
Console.WriteLine("Sent: {0}", msg);
// 按Q退出
}
}
现在再次运行程序，得到的输出为：
// 服务端
Server is running ...
Start Listening ...
Client Connected！127.0.0.1:8500 <-- 127.0.0.1:7847
Reading data, 52 bytes ...
Received: "Welcome To TraceFact.Net"
输入"Q"键退出。
// 客户端
Client Running ...
Server Connected！127.0.0.1:7847 --> 127.0.0.1:8500
Sent: "Welcome To TraceFact.Net"
输入"Q"键退出。
再继续进行之前，我们假设客户端可以发送多条消息，而服务端要不断的接收来自客户端发送的消息，但是上面的代码只能接收客户端发来的一条消息，因为它已经输出了“输入Q键退出”，说明程序已经执行完毕，无法再进行任何动作。此时如果我们再开启一个客户端，那么出现的情况是：客户端可以与服务器建立连接，也就是netstat-a显示为ESTABLISHED，这是操作系统所知道的；但是由于服务端的程序已经执行到了最后一步，只能输入Q键退出，无法再采取任何的动作。
回想一个上面我们需要一个服务器对应多个客户端时，对AcceptTcpClient()方法的处理办法，将它放在了do/while循环中；类似地，当我们需要一个服务端对同一个客户端的多次请求服务时，可以将Read()方法放入到do/while循环中。
现在，我们大致可以得出这样几个结论：
- 如果不使用do/while循环，服务端只有一个listener.AcceptTcpClient()方法和一个TcpClient.GetStream().Read()方法，则服务端只能处理到同一客户端的一条请求。
- 如果使用一个do/while循环，并将listener.AcceptTcpClient()方法和TcpClient.GetStream().Read()方法都放在这个循环以内，那么服务端将可以处理多个客户端的一条请求。
- 如果使用一个do/while循环，并将listener.AcceptTcpClient()方法放在循环之外，将TcpClient.GetStream().Read()方法放在循环以内，那么服务端可以处理一个客户端的多条请求。
- 如果使用两个do/while循环，对它们进行分别嵌套，那么结果是什么呢？结果并不是可以处理多个客户端的多条请求。因为里层的do/while循环总是在为一个客户端服务，因为它会中断在TcpClient.GetStream().Read()方法的位置，而无法执行完毕。即使可以通过某种方式让里层循环退出，比如客户端往服务端发去“exit”字符串时，服务端也只能挨个对客户端提供服务。如果服务端想执行多个客户端的多个请求，那么服务端就需要采用多线程。主线程，也就是执行外层do/while循环的线程，在收到一个TcpClient之后，必须将里层的do/while循环交给新线程去执行，然后主线程快速地重新回到listener.AcceptTcpClient()的位置，以响应其它的客户端。
对于第四种情况，实际上是构建一个服务端更为通常的情况，所以需要专门开辟一个章节讨论，这里暂且放过。而我们上面所做的，即是列出的第一种情况，接下来我们再分别看一下第二种和第三种情况。
对于第二种情况，我们按照上面的叙述先对服务端进行一下改动：
do {
// 获取一个连接，中断方法
TcpClient remoteClient = listener.AcceptTcpClient();
// 打印连接到的客户端信息
Console.WriteLine("Client Connected！{0} <-- {1}",
remoteClient.Client.LocalEndPoint, remoteClient.Client.RemoteEndPoint);
// 获得流，并写入buffer中
NetworkStream streamToClient = remoteClient.GetStream();
byte[] buffer = new byte[BufferSize];
int bytesRead = streamToClient.Read(buffer, 0, BufferSize);
Console.WriteLine("Reading data, {0} bytes ...", bytesRead);
// 获得请求的字符串
string msg = Encoding.Unicode.GetString(buffer, 0, bytesRead);
Console.WriteLine("Received: {0}", msg);
} while (true);
然后启动多个客户端，在服务端应该可以看到下面的输出（客户端没有变化）：
Server is running ...
Start Listening ...
Client Connected！127.0.0.1:8500 <-- 127.0.0.1:8196
Reading data, 52 bytes ...
Received: "Welcome To TraceFact.Net"
Client Connected！127.0.0.1:8500 <-- 127.0.0.1:8199
Reading data, 52 bytes ...
Received: "Welcome To TraceFact.Net"
由第2种情况改为第3种情况，只需要将do向下挪动几行就可以了：
// 获取一个连接，中断方法
TcpClient remoteClient = listener.AcceptTcpClient();
// 打印连接到的客户端信息
Console.WriteLine("Client Connected！{0} <-- {1}",
remoteClient.Client.LocalEndPoint, remoteClient.Client.RemoteEndPoint);
// 获得流，并写入buffer中
NetworkStream streamToClient = remoteClient.GetStream();
do {
byte[] buffer = new byte[BufferSize];
int bytesRead = streamToClient.Read(buffer, 0, BufferSize);
Console.WriteLine("Reading data, {0} bytes ...", bytesRead);
// 获得请求的字符串
string msg = Encoding.Unicode.GetString(buffer, 0, bytesRead);
Console.WriteLine("Received: {0}", msg);
} while (true);
然后我们再改动一下客户端，让它发送多个请求。当我们按下S的时候，可以输入一行字符串，然后将这行字符串发送到服务端；当我们输入X的时候则退出循环：
NetworkStream streamToServer = client.GetStream();
ConsoleKey key;
Console.WriteLine("Menu: S - Send, X - Exit");
do {
key = Console.ReadKey(true).Key;
if (key == ConsoleKey.S) {
// 获取输入的字符串
Console.Write("Input the message: ");
string msg = Console.ReadLine();
byte[] buffer = Encoding.Unicode.GetBytes(msg); // 获得缓存
streamToServer.Write(buffer, 0, buffer.Length); // 发往服务器
Console.WriteLine("Sent: {0}", msg);
}
} while (key != ConsoleKey.X);
接下来我们先运行服务端，然后再运行客户端，输入一些字符串，来进行测试，应该能够看到下面的输出结果：
// 服务端
Server is running ...
Start Listening ...
Client Connected！127.0.0.1:8500 <-- 127.0.0.1:11004
Reading data, 44 bytes ...
Received: 欢迎访问我的博客：TraceFact.Net
Reading data, 14 bytes ...
Received: 我们一起进步！
//客户端
Client Running ...
Server Connected！127.0.0.1:11004 --> 127.0.0.1:8500
Menu: S - Send, X - Exit
Input the message: 欢迎访问我的博客：TraceFact.Net
Sent: 欢迎访问我的博客：TraceFact.Net
Input the message: 我们一起进步！
Sent: 我们一起进步！
这里还需要注意一点，当客户端在TcpClient实例上调用Close()方法，或者在流上调用Dispose()方法，服务端的streamToClient.Read()方法会持续地返回0，但是不抛出异常，所以会产生一个无限循环；而如果直接关闭掉客户端，或者客户端执行完毕但没有调用stream.Dispose()或者TcpClient.Close()，如果服务器端此时仍阻塞在Read()方法处，则会在服务器端抛出异常：“远程主机强制关闭了一个现有连接”。因此，我们将服务端的streamToClient.Read()方法需要写在一个try/catch中。同理，如果在服务端已经连接到客户端之后，服务端调用remoteClient.Close()，则客户端会得到异常“无法将数据写入传输连接: 您的主机中的软件放弃了一个已建立的连接。”；而如果服务端直接关闭程序的话，则客户端会得到异常“无法将数据写入传输连接: 远程主机强迫关闭了一个现有的连接。”。因此，它们的读写操作必须都放入到try/catch块中。
2.服务端回发，客户端接收并输出
2.2服务端程序
我们接着再进行进一步处理，服务端将收到的字符串改为大写，然后回发，客户端接收后打印。此时它们的角色和上面完全进行了一下对调：对于服务端来说，就好像刚才的客户端一样，将字符串写入到流中；而客户端则同服务端一样，接收并打印。除此以外，我们最好对流的读写操作加上lock，现在我们直接看代码，首先看服务端：
class Server {
static void Main(string[] args) {
const int BufferSize = 8192; // 缓存大小，8192Bytes
ConsoleKey key;
Console.WriteLine("Server is running ... ");
IPAddress ip = new IPAddress(new byte[] { 127, 0, 0, 1 });
TcpListener listener = new TcpListener(ip, 8500);
listener.Start(); // 开始侦听
Console.WriteLine("Start Listening ...");
// 获取一个连接，同步方法，在此处中断
TcpClient remoteClient = listener.AcceptTcpClient();
// 打印连接到的客户端信息
Console.WriteLine("Client Connected！{0} <-- {1}",
remoteClient.Client.LocalEndPoint, remoteClient.Client.RemoteEndPoint);
// 获得流
NetworkStream streamToClient = remoteClient.GetStream();
do {
// 写入buffer中
byte[] buffer = new byte[BufferSize];
int bytesRead;
try {
lock(streamToClient){
bytesRead = streamToClient.Read(buffer, 0, BufferSize);
}
if (bytesRead == 0) throw new Exception("读取到0字节");
Console.WriteLine("Reading data, {0} bytes ...", bytesRead);
// 获得请求的字符串
string msg = Encoding.Unicode.GetString(buffer, 0, bytesRead);
Console.WriteLine("Received: {0}", msg);
// 转换成大写并发送
msg = msg.ToUpper();
buffer = Encoding.Unicode.GetBytes(msg);
lock(streamToClient){
streamToClient.Write(buffer, 0, buffer.Length);
}
Console.WriteLine("Sent: {0}", msg);
} catch (Exception ex) {
Console.WriteLine(ex.Message);
break;
}
} while (true);
streamToClient.Dispose();
remoteClient.Close();
Console.WriteLine("\n\n输入\"Q\"键退出。");
do {
key = Console.ReadKey(true).Key;
} while (key != ConsoleKey.Q);
}
}
接下来是客户端：
class Client {
static void Main(string[] args) {
Console.WriteLine("Client Running ...");
TcpClient client;
ConsoleKey key;
const int BufferSize = 8192;
try {
client = new TcpClient();
client.Connect("localhost", 8500); // 与服务器连接
} catch (Exception ex) {
Console.WriteLine(ex.Message);
return;
}
// 打印连接到的服务端信息
Console.WriteLine("Server Connected！{0} --> {1}",
client.Client.LocalEndPoint, client.Client.RemoteEndPoint);
NetworkStream streamToServer = client.GetStream();
Console.WriteLine("Menu: S - Send, X - Exit");
do {
key = Console.ReadKey(true).Key;
if (key == ConsoleKey.S) {
// 获取输入的字符串
Console.Write("Input the message: ");
string msg = Console.ReadLine();
byte[] buffer = Encoding.Unicode.GetBytes(msg); // 获得缓存
try {
lock(streamToServer){
streamToServer.Write(buffer, 0, buffer.Length); // 发往服务器
}
Console.WriteLine("Sent: {0}", msg);
int bytesRead;
buffer = new byte[BufferSize];
lock(streamToServer){
bytesRead = streamToServer.Read(buffer, 0, BufferSize);
}
msg = Encoding.Unicode.GetString(buffer, 0, bytesRead);
Console.WriteLine("Received: {0}", msg);
} catch (Exception ex) {
Console.WriteLine(ex.Message);
break;
}
}
} while (key != ConsoleKey.X);
streamToServer.Dispose();
client.Close();
Console.WriteLine("\n\n输入\"Q\"键退出。");
do {
key = Console.ReadKey(true).Key;
} while (key != ConsoleKey.Q);
}
}
最后我们运行程序，然后输入一串英文字符串，然后看一下输出：
// 客户端
Client is running ...
Server Connected！127.0.0.1:12662 --> 127.0.0.1:8500
Menu: S - Send, X - Exit
Input the message: Hello, I'm jimmy zhang.
Sent: Hello, I'm jimmy zhang.
Received: HELLO, I'M JIMMY ZHANG.
// 服务端
Server is running ...
Start Listening ...
Client Connected！127.0.0.1:8500 <-- 127.0.0.1:12662
Reading data, 46 bytes ...
Received: Hello, I'm jimmy zhang.
Sent: HELLO, I'M JIMMY ZHANG.
看到这里，我想你应该对使用TcpClient和TcpListener进行C#网络编程有了一个初步的认识，可以说是刚刚入门了，后面的路还很长。本章的所有操作都是同步操作，像上面的代码也只是作为一个入门的范例，实际当中，一个服务端只能为一个客户端提供服务的情况是不存在的，下面就让我们来看看上面所说的第四种情况，如何进行异步的服务端编程。
附录：ASCII、UTF8、Uncicode编码下的中英文字符大小
private static void ShowCode() {
string[] strArray = { "b", "abcd", "乙", "甲乙丙丁" };
byte[] buffer;
string mode, back;
foreach (string str in strArray) {
for (int i = 0; i <= 2; i++) {
if (i == 0) {
buffer = Encoding.ASCII.GetBytes(str);
back = Encoding.ASCII.GetString(buffer, 0, buffer.Length);
mode = "ASCII";
} else if (i == 1) {
buffer = Encoding.UTF8.GetBytes(str);
back = Encoding.UTF8.GetString(buffer, 0, buffer.Length);
mode = "UTF8";
} else {
buffer = Encoding.Unicode.GetBytes(str);
back = Encoding.Unicode.GetString(buffer, 0, buffer.Length);
mode = "Unicode";
}
Console.WriteLine("Mode: {0}, String: {1}, Buffer.Length: {2}",
mode, str, buffer.Length);
Console.WriteLine("Buffer:");
for (int j = 0; j <= buffer.Length - 1; j++) {
Console.Write(buffer[j] + " ");
}
Console.WriteLine("\nRetrived: {0}\n", back);
}
}
}
输出为：
Mode: ASCII, String: b, Buffer.Length: 1
Buffer: 98
Retrived: b
Mode: UTF8, String: b, Buffer.Length: 1
Buffer: 98
Retrived: b
Mode: Unicode, String: b, Buffer.Length: 2
Buffer: 98 0
Retrived: b
Mode: ASCII, String: abcd, Buffer.Length: 4
Buffer: 97 98 99 100
Retrived: abcd
Mode: UTF8, String: abcd, Buffer.Length: 4
Buffer: 97 98 99 100
Retrived: abcd
Mode: Unicode, String: abcd, Buffer.Length: 8
Buffer: 97 0 98 0 99 0 100 0
Retrived: abcd
Mode: ASCII, String: 乙, Buffer.Length: 1
Buffer: 63
Retrived: ?
Mode: UTF8, String: 乙, Buffer.Length: 3
Buffer: 228 185 153
Retrived: 乙
Mode: Unicode, String: 乙, Buffer.Length: 2
Buffer: 89 78
Retrived: 乙
Mode: ASCII, String: 甲乙丙丁, Buffer.Length: 4
Buffer: 63 63 63 63
Retrived: ????
Mode: UTF8, String: 甲乙丙丁, Buffer.Length: 12
Buffer: 231 148 178 228 185 153 228 184 153 228 184 129
Retrived: 甲乙丙丁
Mode: Unicode, String: 甲乙丙丁, Buffer.Length: 8
Buffer: 50 117 89 78 25 78 1 78
Retrived: 甲乙丙丁
大体上可以得出这么几个结论：
- ASCII不能保存中文(貌似谁都知道=_-`)。
- UTF8是变长编码。在对ASCII字符编码时，UTF更省空间，只占1个字节，与ASCII编码方式和长度相同；Unicode在对ASCII字符编码时，占用2个字节，且第2个字节补零。
- UTF8在对中文编码时需要占用3个字节；Unicode对中文编码则只需要2个字节。
