浅谈C#网络编程详解篇

阅读目录:

基础
Socket编程
多线程并发
阻塞式同步IO

基础
在现今软件开发中,网络编程是非常重要的一部分,本文简要介绍下网络编程的概念和实践。
Socket是一种网络编程接口,它是对传输层TCP、UDP通信协议的一层封装,通过友好的API暴露出去,方便在进程或多台机器间进行网络通信。

Socket编程

在网络编程中分客户端和服务端两种角色,比如通过打开浏览器访问到挂在Web软件上的网页,从程序角度上来看,即客户端(浏览器)发起了一个Socket请求到服务器端,服务器把网页内容返回到浏览器解析后展示。在客户端和服务端数据通信前,会进行三次确认才会正式建立连接,也即是三次握手。

  1. 客户端发送消息询问服务端是否准备好
  2. 服务端回应我准备好了,你呢准备好了吗
  3. 客户端回应服务端我也准备好了,可以通信了

TCP/IP协议是网络间通信的基础协议,在不同编程语言及不同操作系统下暴露的Socket接口用法也大同小异,仅是其内部实现有所不同,比如Linux下的epoll和windows下的IOCP。

服务端
  • 实例化Socket
  • 把公共地址端口绑定操作系统上
  • 开始监听绑定的端口
  • 等待客户端连接
IPEndPoint ip = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 6389);
      Socket listenSocket = new Socket(ip.AddressFamily, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
      listenSocket.Bind(ip);
      listenSocket.Listen(100);
      listenSocket.Accept();

listen函数中有个int类型参数,它表示最大等待处理连接的数量,表示已建立连接但还未处理的数量,每调用Accept函数一下即从这个等待队列中拿出一个连接。 通常服务端要服务多个客户端请求的连接,所以会循环从等待队列中拿出连接,进行接收发送。

while (true)
      {
        var accept= listenSocket.Accept();
        accept.Receive();
        accept.Send();
      }

多线程并发
上面的服务端程序处理接收和发送消息都是在当前线程下完成的,这意味着要处理完一个客户端连接后才能去处理下一个连接,如果当前连接是进行数据库或者文件读取写入等IO操作,那会极大浪费服务器的CPU资源,降低了服务器吞吐量。

while (true)
      {
        var accept = listenSocket.Accept();
        ThreadPool.QueueUserWorkItem((obj) =>
        {
          byte[] receive = new byte[100];
          accept.Receive(receive);
          byte[] send = new byte[100];
          accept.Send(receive);
        });
      }

如例子中,当监听到有新连接请求过来时,调用Accept()取出当前连接的socket,使用新的线程去处理接收和发送信息,这样服务端就能实现并发处理多个客户端了。 上述代码中,在高并发下其实是有问题的,如果客户端连接请求成千上万个,那线程数量也会有这么多,每个线程的栈空间都需要消耗部分内存,再加上线程上下文切换,容易导致服务器负载过高,吞吐量大大下降,严重时会引起宕机。 当前例子中使用系统ThreadPool的话,线程数量会固定在一个数量上,默认是1000,不会无限制开线程,会把处理超出线程数量的请求放到线程池中的队列上面。
在unix下类似的实现有2种:

fork一个新进程去处理客户端的连接:

var connfd = Accept(listenfd,(struct sockaddr *)&cliaddr,&cliaddr_len);
var m = fork();
if(m == 0)
{
 //do something
}

创建一个新的线程处理限流:

var *clientsockfd = accept(serversockfd,(struct sockaddr *)&clientaddress, (socklent *)&clientlen);
 if(pthreadcreate(&thread, NULL, recdata, clientsockfd)!=0)
{ //do something
}

阻塞式同步IO
上述例子中使用的即是该模型,使用起来简单方便。

while (true)
      {
        var accept = listenSocket.Accept();
        byte[] receive = new byte[100];
        accept.Receive(receive);
        byte[] send = new byte[100];
        accept.Send(receive);
      }

从调用Receive函数起到接受到客户端发过来的数据期间,该函数会一直阻塞等待着,这个阻塞期间处理流程如下:

  1. 客户端发送数据
  2. 通过广域网局域网发送到服务端机器网卡缓冲区上
  3. 网卡驱动对CPU发送中断指令
  4. CPU把数据拷贝到内核缓冲区
  5. CPU再把内核缓冲区的数据拷贝用户缓冲区,上面的receive字节数组。

至此处理成功,开始处理下一个连接请求。 调用发送函数同样会阻塞在当前,然后把用户缓冲区(send字节数组)数据拷贝到内核中TCP发送缓冲区中。 TCP的发送缓冲区也有一定的大小限制,如果发送的数据大于该限制,send函数会一直等待发送缓冲区有空闲时完全拷贝完才会返回,继续处理后续连接请求。

异步IO
上篇提到用多线程处理多个阻塞同步IO而实现并发服务端,这种模式在连接数量比较小的时候非常适合,一旦连接过多,性能会急速下降。 在大多数服务端网络软件中会采用一种异步IO的方式来提高性能。

同步IO方式:连接Receive请求->等待->等待->接收成功
异步IO方式:连接Receive请求->立即返回->事件或回调通知
采用异步IO方式,意味着单线程可以处理多个请求了,连接发起一个Receive请求后,当前线程可以立即去做别的事情,当数据接收完毕通知线程处理即可。
其数据接收分2部分:

数据从别的机器发送内核缓冲区
内核缓冲区拷贝到用户缓冲区
第二部分示例代码:

byte[] msg = new byte[256]; socket.Receive(msg);

介绍这2部分的目的是方便区分其他几种方式。 对于用户程序来说,同步IO和异步IO的区别在于第二部分是否需要等待。

非阻塞式同步IO
非阻塞式同步IO,由同步IO延伸出来,把这个名词拆分成2部分描述:

  • 非阻塞式,指的是上节"数据从别的机器发送内核缓冲区"部分是非阻塞的。
  • 同步IO,指的是上节"内核缓冲区拷贝到用户缓冲区"部分是等待的。

既然是第一部分是非阻塞的,那就需要一种方法得知什么时候内核缓冲区是OK的。 设置非阻塞模式后,在连接调用Receive方法时,会立即返回一个标记,告知用户程序内核缓存区有没有数据,如果有数据开始进行第二部分操作,从内核缓冲区拷贝到用户程序缓冲区。 由于系统会返回个标记,那可以通过轮询方式来判断内核缓冲区是否OK。

设置非阻塞模式参考代码:

SocketInformation sif=new SocketInformation();
sif.Options=SocketInformationOptions.NonBlocking;
sif.ProtocolInformation = new byte[24];
Socket socket = new Socket(sif);

轮询参考代码:

while(true)
{
byte[] msg = new byte[256];
var temp = socket.Receive(msg);
if (temp=="OK"){
//do something
}else{ continue }
}

这种方式近乎淘汰了,了解即可。

基于回调的异步IO
上面介绍过:

异步IO方式:连接Receive请求->立即返回->事件或回调通知
当回调到执行时,数据已经在用户程序缓冲区已经准备好了,在回调代码中对这部分数据进行相应的逻辑即可。

发出接收请求:

static byte[] msg = new byte[256];
var temp = socket.BeginReceive(msg, 0, msg.Length, 0, new AsyncCallback(ReadCallback), socket);

回调函数中对数据做处理:

public static void ReadCallback(IAsyncResult ar)
{
var socket = (Socket)ar.AsyncState;
 int read = socket.EndReceive(ar);
DoSomething(msg);
socket.BeginReceive(msg, 0, msg.Length, 0, new AsyncCallback(Read_Callback), socket);
}

当回调函数执行时,表示数据已经准备好,需要先结束接收请求EndReceive,以便第二次发出接收请求。 在服务端程序中要处理多个客户端的接收,再次发出BeginReceive接收数据请求即可。

这里的回调函数是在另外一个线程的触发,必要时要对数据加锁防止数据竞争:

Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);

针对C#网络编程的介绍就到这了,具体的大家可以查看我们之前发布的文章。

(0)

相关推荐

  • 总结C#网络编程中对于Cookie的设定要点

    花了2天时间,彻底搞清C#中cookie的内容,搞清以下内容将让你对所有网站的cookie都尽在掌握之中. cookieCollection是一个针对一个域所有的cookie的集合 cookeContainer是一个容器,里面可以装多个域的cookie的集合,即一个 cookieContainer可以包含多个cookieCollection,这个容器可以定义大小,决定 最多装多少个cookie,如果装满了还要再装,它会自动剔除原来过期的cookie. 再说到一个cookie的结构: Cookie

  • 详解C# 网络编程系列:实现类似QQ的即时通信程序

    引言: 前面专题中介绍了UDP.TCP和P2P编程,并且通过一些小的示例来让大家更好的理解它们的工作原理以及怎样.Net类库去实现它们的.为了让大家更好的理解我们平常中常见的软件QQ的工作原理,所以在本专题中将利用前面专题介绍的知识来实现一个类似QQ的聊天程序.  一.即时通信系统 在我们的生活中经常使用即时通信的软件,我们经常接触到的有:QQ.阿里旺旺.MSN等等.这些都是属于即时通信(Instant Messenger,IM)软件,IM是指所有能够即时发送和接收互联网消息的软件. 在前面专题

  • C#网络编程基础之进程和线程详解

    在C#的网络编程中,进程和线程是必备的基础知识,同时也是一个重点,所以我们要好好的掌握一下. 一:概念 首先我们要知道什么是"进程",什么是"线程",好,查一下baike. 进程:是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次活动.它是操作系统动态执行的基本单元, 在传统的操作系统中,进程既是基本的分配单元,也是基本的执行单元. 线程:是"进程"中某个单一顺序的控制流. 关于这两个概念,大家稍微有个印象就行了,防止以后被面试官问到. 二:进程

  • c# socket网络编程接收发送数据示例代码

    代码分2块,server端: 复制代码 代码如下: class Program    {        static void Main(string[] args)        {            TcpListener lsner = new TcpListener(9000);            lsner.Start();            Console.WriteLine("started in port: 9000");            while

  • C#开发之Socket网络编程TCP/IP层次模型、端口及报文等探讨

    1.TCP/IP层次模型 当然这里我们只讨论重要的四层 01,应用层(Application):应用层是个很广泛的概念,有一些基本相同的系统级TCP/IP应用以及应用协议,也有许多的企业应用和互联网应用.http协议在应用层运行. 02,传输层(Tanspot):传输层包括UDP和TCP,UDP几乎不对报文进行检查,而TCP提供传输保证. 03,网络层(Netwok):网络层协议由一系列协议组成,包括ICMP.IGMP.RIP.OSPF.IP(v4,v6)等. 04,链路层(Link):又称为物

  • C# Socket网络编程实例

    本文实例讲述了C# Socket网络编程技巧.分享给大家供大家参考.具体分析如下: 客户端要连接服务器:首先要知道服务器的IP地址.而服务器里有很多的应用程序,每一个应用程序对应一个端口号 所以客户端想要与服务器中的某个应用程序进行通信就必须要知道那个应用程序的所在服务器的IP地址,及应用程序所对应的端口号 TCP协议:安全稳定,一般不会发生数据丢失,但是效率低.利用TCP发生数据一般经过3次握手(所有效率低,自己百度三次握手) UDP协议:快速,效率高,但是不稳定,容易发生数据丢失(没有经过三

  • 浅谈C#网络编程详解篇

    阅读目录: 基础 Socket编程 多线程并发 阻塞式同步IO 基础 在现今软件开发中,网络编程是非常重要的一部分,本文简要介绍下网络编程的概念和实践. Socket是一种网络编程接口,它是对传输层TCP.UDP通信协议的一层封装,通过友好的API暴露出去,方便在进程或多台机器间进行网络通信. Socket编程 在网络编程中分客户端和服务端两种角色,比如通过打开浏览器访问到挂在Web软件上的网页,从程序角度上来看,即客户端(浏览器)发起了一个Socket请求到服务器端,服务器把网页内容返回到浏览

  • Python网络编程详解

    1.服务器就是一系列硬件或软件,为一个或多个客户端(服务的用户)提供所需的"服务".它存在唯一目的就是等待客户端的请求,并响应它们(提供服务),然后等待更多请求. 2.客户端/服务器架构既可以应用于计算机硬件,也可以应用于计算机软件. 3.在服务器响应客户端之前,首先会创建一个通信节点,它能够使服务器监听请求. 一.套接字:通信端点 1.套接字 套接字是计算机网络数据结构,它体现了上节中所描述的"通信端点"的概念.在任何类型的通信开始之前,网络应用程序必须创建套接字

  • python 网络编程详解及简单实例

    python 网络编程详解 网络编程的专利权应该属于Unix,各个平台(如windows.Linux等).各门语言(C.C++.Python.Java等)所实现的符合自身特性的语法都大同小异.在我看来,懂得了Unix的socket网络编程,其他的形式的网络编程方法也就知道了.这句话说得还不太严谨.准确的应该说成懂得了socket编程的原理,网络编程也就知道了,不同之处就在于每个平台,每个语言都有自己专享的语法,我们直接灵活套用就行了. 下面是用python实现的最基本的网络编程的例子,即依托于客

  • Android开发使用HttpURLConnection进行网络编程详解【附源码下载】

    本文实例讲述了Android开发使用HttpURLConnection进行网络编程.分享给大家供大家参考,具体如下: --HttpURLConnection URLConnection已经可以非常方便地与指定站点交换信息,URLConnection下还有一个子类:HttpURLConnection,HttpURLConnection在URLConnection的基础上进行改进,增加了一些用于操作HTTP资源的便捷方法. setRequestMethod(String):设置发送请求的方法 get

  • Android开发使用URLConnection进行网络编程详解

    本文实例讲述了Android开发使用URLConnection进行网络编程.分享给大家供大家参考,具体如下: URL的openConnection()方法将返回一个URLConnection,该对象表示应用程序和URL之间的通信连接,程序可以通过URLConnection实例向该URL发送请求,读取URL引用的资源.通常创建一个和URL的连接,并发送请求,读取此URL引用的资源. 需要如下步骤: a)通过调用URL对象openConnection()方法来创建URLConnection对象 b)

  • Pythony运维入门之Socket网络编程详解

    Socket是什么? Socket 是电脑网络中进程间数据流的端点Socket 是操作系统的通信机制应用程序通过Socket进行网络数据的传输 首先,简单了解一下TCP通信过程: TCP三次握手(面试常考): 第一次握手:客户端 发送SYN报文,设置随机数序号X,服务器由SYN=1知道,客户端要求建立联机 第二次握手:服务器端接收到客户端的报文之后,经过处理,返回给客户端SYN+ACK报文,同时设置随机序号Y,此时返回的报文确认ACK=X+1 第三次握手:接收到报文的客户端,会在处理确认之后,再

  • 浅谈SpringCloud之Ribbon详解

    一.什么是负载均衡 负载均衡:建立在现有网络结构之上,它提供了一种廉价有效透明的方法扩展网络设备和服务器的带宽.增加吞吐量.加强网络数据处理能力.提高网络的灵活性和可用性. 现在网站的架构已经从C/S模式转变为B/S模式,C/S模式是有一个专门的客户端,而B/S模式是将浏览器作为客户端.当用户在浏览器上输入一个网址按下回车键后,就会产生一个请求,在远方的服务器会处理这个请求,根据这个请求来生成用户想要的页面,然后将这个页面响应给浏览器,这样用户就能看到他想要看到的东西.我们知道,一台服务器处理数

  • python之Socket网络编程详解

    什么是网络? 网络是由节点和连线构成,表示诸多对象及其相互联系.在数学上,网络是一种图,一般认为专指加权图.网络除了数学定义外,还有具体的物理含义,即网络是从某种相同类型的实际问题中抽象出来的模型.在计算机领域中,网络是信息传输.接收.共享的虚拟平台,通过它把各个点.面.体的信息联系到一起,从而实现这些资源的共享.网络是人类发展史来最重要的发明,提高了科技和人类社会的发展. 网络通信的三要素 IP地址 用来表示一台独立的主机 特殊的IP地址 127.0.0.1或称localhost(表示本地回环

  • Python Socket编程详解

    背景 关于Python Socket编程,首先需要了解几个计算机网络的知识,通过以下的几个问题,有助于更好的理解Socket编程的意义,以及整个框架方面的知识: TCP和UDP协议本质上的区别? TCP协议,面向连接,可靠,基于字节流的传输层通信协议:UDP协议无连接,不可靠,基于数据包的传输层协议. TCP协议在建立连接的过程需要经历三次握手,断开连接则需要经历四次挥手,而这建立连接的过程增加了传输过程中的安全性. 而建立连接的过程则会消耗系统的资源,消耗更多的时间,而相比较UDP协议传输过程

  • C#中的Socket编程详解

    目录 一,网络基础 二,Socket 对象 SocketType ProtocolType AddressFamily 三,Bind() 绑定与 Connect() 连接 Bind() Connect() 四,Listen() 监听请求连接 和 Accept() 接收连接请求 Listen() Accept() 五,Receive() 与 Send() Receive() 参数 返回 Send() 六,释放资源 close() 七,IPAddress 和IPEndPoint IPAddress

随机推荐