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异步Socket

  在网络通讯的编程中我们经常使用到Socket, 这种情况下我们往往需要长期的监听某个端口, 以获得相应的Socket, 然后再利用它进行相关操作. 但是这样的话, 主线程就会被阻塞.无法对其他时间做出相应. 其实在.net的Socket类中提供了对异步操作的支持. 下面将介绍其基本原理, 以及利用它做的一个P2P的实现.

  背景知识:

  你需要了解有关Socket的基本知识, 以及Delegate的异步调用操作.

  在这个例子中, 我们实现了一个利用非阻塞(non-blocking)的Socket进行局域网通讯的P2P应用. 每个客户拥有一个Grid(类似于一个二维数组), 当它启动Grid设置服务的时候,一旦别的客户与它相连就可以查询并修改某个网格中的数值.(比如查询 grid[1][2]的值).

  运行步骤:

  1.    启动服务 在某个客户端输入 start 400 (400是端口号, 你可以任意指定)

  2.    连接其他Peer 在另一个客户端中输入 connect 202.119.9.12 400 (202.119.9.12 400是某个开启服务的客户端的IP地址)

  3.    输入 get 1 1 表示你想获得grid[1][1]这个网格中的数值. 默认情况下得到0

  4.    输入 set 1 1 5 表示你想设置grid[1][1]这个网格中的数值为5 .

  5.    再次输入 get 1 1 查询到结果为已修改的5

  6.   输入shutdown 关闭与刚才与当前的Peer的连接. 你可以再次连接别的Peer

  运行示意图.

  异步Socket 

  在通常的应用中Server往往需要长期处于监听状态, 以等待Client的连接. 下面是一个典型的应用.

private Socket client = null;
const int nPortListen = 399;
try
{
TcpListener listener = new TcpListener( nPortListen );
Console.WriteLine( "Listening as {0}", listener.LocalEndpoint );
listener.Start();
do
{
byte [] m_byBuff = new byte[127];
if( listener.Pending() )
{
client = listener.AcceptSocket();
// Get current date and time.
DateTime now = DateTime.Now;
string strDateLine = "Welcome " + now.ToString("G") + "nr";
// Convert to byte array and send.
Byte[] byteDateLine = System.Text.Encoding.ASCII.GetBytes( strDateLine.ToCharArray() );
client.Send( byteDateLine, byteDateLine.Length, 0 );
}
else
{
Thread.Sleep( 100 );
}
} while( true ); // Don't use this.
}
catch( Exception ex )
{
Console.WriteLine ( ex.Message );
}

  看到那个do {} while( true )了吗?

  只要if( listener.Pending() )的条件不被满足,这个过程中,主线程就处于被阻塞的状态, 当然很不利于与用户的交互(还以为死机了呢).

  于是就希望有一种非阻塞的机制来实现网络间的通讯. 如果你熟悉Java的话, 你可能用过java1.4中的nio (new io). 其中的select机制就是用于解决此问题的. 其实在.net中也有类似于它的一个机制, 而且通过事件触发的异步操作, 使得它更方便被使用, 也更容易被理解.

  首先来看看服务器是如何监听客户端的连接的.

const int nPortListen = 399;
// Create the listener socket in this machines IP address
Socket listener = new Socket( AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp );
listener.Bind( new IPEndPoint( aryLocalAddr[0], 399 ) );
//listener.Bind( new IPEndPoint( IPAddress.LooPBack, 399 ) ); // For use with localhost 127.0.0.1
listener.Listen( 10 );
// Setup a callback to be notified of connection requests
listener.BeginAccept( new AsyncCallback( OnConnectRequest ), listener ); 

  注意最后一行代码, BeginAccept 为以后client真正接入的时候设置好了回调函数, 也就是说一旦server发现有client连接它, server端的 OnConnectRequest方法就将被调用.

  那么OnConnectRequest方法中又将做一些什么事呢?

Socket client;
public void OnConnectRequest( IAsyncResult ar )
{
Socket listener = (Socket)ar.AsyncState;
client = listener.EndAccept( ar );
Console.WriteLine( "Client {0}, joined", client.RemoteEndPoint );
// Get current date and time.
DateTime now = DateTime.Now;
string strDateLine = "Welcome " + now.ToString("G") + "nr";
// Convert to byte array and send.
Byte[] byteDateLine = System.Text.Encoding.ASCII.GetBytes( strDateLine.ToCharArray() );
client.Send( byteDateLine, byteDateLine.Length, 0 );
listener.BeginAccept( new AsyncCallback( OnConnectRequest ), listener );
}

  这里利用连接获得的socket, 向client发回了连接成功的信息.

  随后又跳回了BeginAccept的状态, 继续监听, 也就是允许有多用户连接.

  再来看看连接的那方.


     /**//// <summary>
    /// Connect to the server, setup a callback to connect
    /// </summary>
    /// <param name="serverAdd">server ip address</param>
    /// <param name="port">port</param>
    public void Connect(string serverAdd, int port)
    {
      try
      {
        // Create the socket object
        clientSock = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
        // Define the Server address and port
        IPEndPoint epServer = new IPEndPoint(IPAddress.Parse(serverAdd), port);
        // Connect to server non-Blocking method
        clientSock.Blocking = false;
        
        // Setup a callback to be notified of connection success 
        clientSock.BeginConnect(epServer, new AsyncCallback(OnConnect), clientSock);
      }
      catch (Exception ex)
      {
        Console.WriteLine("Server Connect failed!");
        Console.WriteLine(ex.Message);
      } 
   }

  BeginConnect为连接成功设置了回调方法OnConnect, 一旦与服务器连接成功就会执行该方法. 来看看OnConnect具体做了什么

    /**//// <summary>
    /// Callback used when a server accept a connection. 
    /// setup to receive message
    /// </summary>
    /// <param name="ar"></param>
    public void OnConnect(IAsyncResult ar)
    {
      // Socket was the passed in object
      Socket sock = (Socket)ar.AsyncState;
      // Check if we were sucessfull
      try
      {
        //sock.EndConnect( ar );
        if (sock.Connected)
        {
          AsyncCallback recieveData = new AsyncCallback(OnRecievedData);
          sock.BeginReceive(msgBuff, 0, msgBuff.Length, SocketFlags.None, recieveData, sock);
        }        
else
          Console.WriteLine("Unable to connect to remote machine", "Connect Failed!");
      }
      catch (Exception ex)
      {
        Console.WriteLine(ex.Message, "Unusual error during Connect!");
      }
    }

  它在检测确实连接成功后, 又使用BeginReceive注册了接受数据的回调函数.

/**//// <summary>
    /// Callback used when receive data., both for server or client
    /// Note: If not data was recieved the connection has probably died.
    /// </summary>
    /// <param name="ar"></param>
    public void OnRecievedData(IAsyncResult ar)
    {
      Socket sock = (Socket)ar.AsyncState;
      // Check if we got any data
      try
      {
        int nBytesRec = sock.EndReceive(ar);
        if (nBytesRec > 0)
        {
          // Wrote the data to the List
          string sRecieved = Encoding.ASCII.GetString(msgBuff, 0, nBytesRec);
          ParseMessage(sock ,sRecieved);
          // If the connection is still usable restablish the callback
          SetupRecieveCallback(sock);
        }
        else
        {
          // If no data was recieved then the connection is probably dead
          Console.WriteLine("disconnect from server {0}", sock.RemoteEndPoint);
          sock.Shutdown(SocketShutdown.Both);
          sock.Close();
        }
      }
      catch (Exception ex)
      {
        Console.WriteLine(ex.Message, "Unusual error druing Recieve!");
      }
    }

  它在检测确实连接成功后又使用注册了接受数据的回调函数

  我们可以发现在整个过程中就是通过事件的不断触发, 然后在预先设置好的回调函数中做相应的处理工作,比如发送接受数据.下面这幅图将让你对这个事件触发的过程有一个形象的认识.

  异步Socket

  配合附带的源代码, 相信可以让你对此过程有更加深入的了解.

  至于本文有关P2P的示例, 其实还很不完善. 只是为每个Peer同时提供了充当服务器和客户端的功能. 当然在这个基础上你可以很方便的做出你想要的效果.


2008-10-27 00:00
阅读:
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