C#ネットワークプログラミング連載(3) 非同期TCPサーバーを実装するTcpListener

この記事で紹介されました

TcpListener クラスは、ブロック同期モードで受信接続要求をリッスンして受け入れるためのいくつかの簡単なメソッドを提供します。 TcpListener は、TcpClient または Socket を使用して接続できます。 TcpListener は、IPEndPoint、ローカル IP アドレスおよびポート番号、またはポート番号のみを使用して作成できます。 基盤となるサービス プロバイダーにこれらの値を割り当ててもらいたい場合は、ローカル IP アドレスを「Any」に、ローカル ポート番号を 0 に指定できます。 これを選択した場合、ソケットに接続した後に LocalEndpoint プロパティを使用して、指定された情報を識別できます。 Start メソッドを使用して、受信接続要求の待機を開始します。 Start は、Stop メソッドを呼び出すか、MaxConnections のキューイングが完了するまで、受信接続をキューに入れます。 AcceptSocket または AcceptTcpClient を使用して、受信接続要求のキューから接続を抽出できます。 どちらのメソッドもブロックされます。 ブロックを回避したい場合は、まず Pending メソッドを使用して、キュー内に利用可能な接続要求があるかどうかを確認します。

TcpListener は非常にうまくカプセル化されていますが、ここでは、これを使用して、比較的優れた非同期 TCP サーバーを構築します。サーバー内のコードが示されています。詳細については、関連するカプセル化クラスについても説明します。

TcpListener非同期TCPサーバー

サーバーコード

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Net.Sockets;
using System.Net;
namespace NetFrame.Net.TCP.Listener.Asynchronous
{
    /// <summary>
    /// TcpListener实现异步TCP服务器
    /// </summary>
    public class AsyncTCPServer : IDisposable
    {
        #region Fields
        /// <summary>
        /// 服务器程序允许的最大客户端连接数
        /// </summary>
        private int _maxClient;

        /// <summary>
        /// 当前的连接的客户端数
        /// </summary>
        private int _clientCount;

        /// <summary>
        /// 服务器使用的异步TcpListener
        /// </summary>
        private TcpListener _listener;

        /// <summary>
        /// 客户端会话列表
        /// </summary>
        private List<Object> _clients;

        private bool disposed = false;

        #endregion

        #region Properties

        /// <summary>
        /// 服务器是否正在运行
        /// </summary>
        public bool IsRunning { get; private set; }
        /// <summary>
        /// 监听的IP地址
        /// </summary>
        public IPAddress Address { get; private set; }
        /// <summary>
        /// 监听的端口
        /// </summary>
        public int Port { get; private set; }
        /// <summary>
        /// 通信使用的编码
        /// </summary>
        public Encoding Encoding { get; set; }


        #endregion

        #region 构造函数

        /// <summary>
        /// 异步TCP服务器
        /// </summary>
        /// <param name="listenPort">监听的端口</param>
        public AsyncTCPServer(int listenPort)
            : this(IPAddress.Any, listenPort)
        {
        }

        /// <summary>
        /// 异步TCP服务器
        /// </summary>
        /// <param name="localEP">监听的终结点</param>
        public AsyncTCPServer(IPEndPoint localEP)
            : this(localEP.Address, localEP.Port)
        {
        }

        /// <summary>
        /// 异步TCP服务器
        /// </summary>
        /// <param name="localIPAddress">监听的IP地址</param>
        /// <param name="listenPort">监听的端口</param>
        public AsyncTCPServer(IPAddress localIPAddress, int listenPort)
        {
            Address = localIPAddress;
            Port = listenPort;
            this.Encoding = Encoding.Default;

            _clients = new List<Object>();

            _listener = new TcpListener(Address, Port);
            _listener.AllowNatTraversal(true);
        }

        #endregion

        #region Method

        /// <summary>
        /// 启动服务器
        /// </summary>
        public void Start()
        {
            if (!IsRunning)
            {
                IsRunning = true;
                _listener.Start();
                _listener.BeginAcceptTcpClient(
                  new AsyncCallback(HandleTcpClientAccepted), _listener);
            }
        }


        /// <summary>
        /// 启动服务器
        /// </summary>
        /// <param name="backlog">
        /// 服务器所允许的挂起连接序列的最大长度
        /// </param>
        public void Start(int backlog)
        {
            if (!IsRunning)
            {
                IsRunning = true;
                _listener.Start(backlog);
                _listener.BeginAcceptTcpClient(
                  new AsyncCallback(HandleTcpClientAccepted), _listener);
            }
        }

        /// <summary>
        /// 停止服务器
        /// </summary>
        public void Stop()
        {
            if (IsRunning)
            {
                IsRunning = false;
                _listener.Stop();
                lock (_clients)
                {
                    //关闭所有客户端连接
                    CloseAllClient();
                }
            }
        }

        /// <summary>
        /// 处理客户端连接的函数
        /// </summary>
        /// <param name="ar"></param>
        private void HandleTcpClientAccepted(IAsyncResult ar)
        {
            if (IsRunning)
            {
                //TcpListener tcpListener = (TcpListener)ar.AsyncState;

                TcpClient client = _listener.EndAcceptTcpClient(ar);
                byte[] buffer = new byte[client.ReceiveBufferSize];

                TCPClientState state
                  = new TCPClientState(client, buffer);
                lock (_clients)
                {
                    _clients.Add(state);
                    RaiseClientConnected(state);
                }

                NetworkStream stream = state.NetworkStream;
                //开始异步读取数据
                stream.BeginRead(state.Buffer, 0, state.Buffer.Length, HandleDataReceived, state);

                _listener.BeginAcceptTcpClient(
                  new AsyncCallback(HandleTcpClientAccepted), ar.AsyncState);
            }
        }
        /// <summary>
        /// 数据接受回调函数
        /// </summary>
        /// <param name="ar"></param>
        private void HandleDataReceived(IAsyncResult ar)
        {
            if (IsRunning)
            {
                TCPClientState state = (TCPClientState)ar.AsyncState;
                NetworkStream stream = state.NetworkStream;

                int recv = 0;
                try
                {
                    recv = stream.EndRead(ar);
                }
                catch
                {
                    recv = 0;
                }

                if (recv == 0)
                {
                    // connection has been closed
                    lock (_clients)
                    {
                        _clients.Remove(state);
                        //触发客户端连接断开事件
                        RaiseClientDisconnected(state);
                        return;
                    }
                }

                // received byte and trigger event notification
                byte[] buff = new byte[recv];
                Buffer.BlockCopy(state.Buffer, 0, buff, 0, recv);
                //触发数据收到事件
                RaiseDataReceived(state);

                // continue listening for tcp datagram packets
                stream.BeginRead(state.Buffer, 0, state.Buffer.Length, HandleDataReceived, state);
            }
        }

        /// <summary>
        /// 发送数据
        /// </summary>
        /// <param name="state">接收数据的客户端会话</param>
        /// <param name="data">数据报文</param>
        public void Send(TCPClientState state, byte[] data)
        {
            RaisePrepareSend(state);
            Send(state.TcpClient, data);
        }

        /// <summary>
        /// 异步发送数据至指定的客户端
        /// </summary>
        /// <param name="client">客户端</param>
        /// <param name="data">报文</param>
        public void Send(TcpClient client, byte[] data)
        {
            if (!IsRunning)
                throw new InvalidProgramException("This TCP Scoket server has not been started.");

            if (client == null)
                throw new ArgumentNullException("client");

            if (data == null)
                throw new ArgumentNullException("data");
            client.GetStream().BeginWrite(data, 0, data.Length, SendDataEnd, client);
        }

        /// <summary>
        /// 发送数据完成处理函数
        /// </summary>
        /// <param name="ar">目标客户端Socket</param>
        private void SendDataEnd(IAsyncResult ar)
        {
            ((TcpClient)ar.AsyncState).GetStream().EndWrite(ar);
            RaiseCompletedSend(null);
        }
        #endregion

        #region 事件

        /// <summary>
        /// 与客户端的连接已建立事件
        /// </summary>
        public event EventHandler<AsyncEventArgs> ClientConnected;
        /// <summary>
        /// 与客户端的连接已断开事件
        /// </summary>
        public event EventHandler<AsyncEventArgs> ClientDisconnected;


        /// <summary>
        /// 触发客户端连接事件
        /// </summary>
        /// <param name="state"></param>
        private void RaiseClientConnected(TCPClientState state)
        {
            if (ClientConnected != null)
            {
                ClientConnected(this, new AsyncEventArgs(state));
            }
        }
        /// <summary>
        /// 触发客户端连接断开事件
        /// </summary>
        /// <param name="client"></param>
        private void RaiseClientDisconnected(TCPClientState state)
        {
            if (ClientDisconnected != null)
            {
                ClientDisconnected(this, new AsyncEventArgs("连接断开"));
            }
        }

        /// <summary>
        /// 接收到数据事件
        /// </summary>
        public event EventHandler<AsyncEventArgs> DataReceived;

        private void RaiseDataReceived(TCPClientState state)
        {
            if (DataReceived != null)
            {
                DataReceived(this, new AsyncEventArgs(state));
            }
        }

        /// <summary>
        /// 发送数据前的事件
        /// </summary>
        public event EventHandler<AsyncEventArgs> PrepareSend;

        /// <summary>
        /// 触发发送数据前的事件
        /// </summary>
        /// <param name="state"></param>
        private void RaisePrepareSend(TCPClientState state)
        {
            if (PrepareSend != null)
            {
                PrepareSend(this, new AsyncEventArgs(state));
            }
        }

        /// <summary>
        /// 数据发送完毕事件
        /// </summary>
        public event EventHandler<AsyncEventArgs> CompletedSend;

        /// <summary>
        /// 触发数据发送完毕的事件
        /// </summary>
        /// <param name="state"></param>
        private void RaiseCompletedSend(TCPClientState state)
        {
            if (CompletedSend != null)
            {
                CompletedSend(this, new AsyncEventArgs(state));
            }
        }

        /// <summary>
        /// 网络错误事件
        /// </summary>
        public event EventHandler<AsyncEventArgs> NetError;
        /// <summary>
        /// 触发网络错误事件
        /// </summary>
        /// <param name="state"></param>
        private void RaiseNetError(TCPClientState state)
        {
            if (NetError != null)
            {
                NetError(this, new AsyncEventArgs(state));
            }
        }

        /// <summary>
        /// 异常事件
        /// </summary>
        public event EventHandler<AsyncEventArgs> OtherException;
        /// <summary>
        /// 触发异常事件
        /// </summary>
        /// <param name="state"></param>
        private void RaiseOtherException(TCPClientState state, string descrip)
        {
            if (OtherException != null)
            {
                OtherException(this, new AsyncEventArgs(descrip, state));
            }
        }
        private void RaiseOtherException(TCPClientState state)
        {
            RaiseOtherException(state, "");
        }

        #endregion

        #region Close
        /// <summary>
        /// 关闭一个与客户端之间的会话
        /// </summary>
        /// <param name="state">需要关闭的客户端会话对象</param>
        public void Close(TCPClientState state)
        {
            if (state != null)
            {
                state.Close();
                _clients.Remove(state);
                _clientCount--;
                //TODO 触发关闭事件
            }
        }
        /// <summary>
        /// 关闭所有的客户端会话,与所有的客户端连接会断开
        /// </summary>
        public void CloseAllClient()
        {
            foreach (TCPClientState client in _clients)
            {
                Close(client);
            }
            _clientCount = 0;
            _clients.Clear();
        }
        #endregion

        #region 释放
        /// <summary>
        /// Performs application-defined tasks associated with freeing, 
        /// releasing, or resetting unmanaged resources.
        /// </summary>
        public void Dispose()
        {
            Dispose(true);
            GC.SuppressFinalize(this);
        }

        /// <summary>
        /// Releases unmanaged and - optionally - managed resources
        /// </summary>
        /// <param name="disposing"><c>true</c> to release 
        /// both managed and unmanaged resources; <c>false</c> 
        /// to release only unmanaged resources.</param>
        protected virtual void Dispose(bool disposing)
        {
            if (!this.disposed)
            {
                if (disposing)
                {
                    try
                    {
                        Stop();
                        if (_listener != null)
                        {
                            _listener = null;
                        }
                    }
                    catch (SocketException)
                    {
                        //TODO
                        RaiseOtherException(null);
                    }
                }
                disposed = true;
            }
        }
        #endregion
    }
}

クライアント処理カプセル化クラス

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Net.Sockets;

namespace NetFrame.Net.TCP.Listener.Asynchronous
{
    public class TCPClientState
    {
        /// <summary>
        /// 与客户端相关的TcpClient
        /// </summary>
        public TcpClient TcpClient { get; private set; }

        /// <summary>
        /// 获取缓冲区
        /// </summary>
        public byte[] Buffer { get; private set; }

        /// <summary>
        /// 获取网络流
        /// </summary>
        public NetworkStream NetworkStream
        {
            get { return TcpClient.GetStream(); }
        }

        public TCPClientState(TcpClient tcpClient, byte[] buffer)
        {
            if (tcpClient == null)
                throw new ArgumentNullException("tcpClient");
            if (buffer == null)
                throw new ArgumentNullException("buffer");

            this.TcpClient = tcpClient;
            this.Buffer = buffer;
        }
        /// <summary>
        /// 关闭
        /// </summary>
        public void Close()
        {
            //关闭数据的接受和发送
            TcpClient.Close();
            Buffer = null;
        }
    }
}

サーバーイベントパラメータクラス

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;

namespace NetFrame.Net.TCP.Listener.Asynchronous
{
    /// <summary>
    /// 异步TcpListener TCP服务器事件参数类 
    /// </summary>
    public class AsyncEventArgs:EventArgs
    {
         /// <summary>
        /// 提示信息
        /// </summary>
        public string _msg;

        /// <summary>
        /// 客户端状态封装类
        /// </summary>
        public TCPClientState _state;

        /// <summary>
        /// 是否已经处理过了
        /// </summary>
        public bool IsHandled { get; set; }

        public AsyncEventArgs(string msg)
        {
            this._msg = msg;
            IsHandled = false;
        }
        public AsyncEventArgs(TCPClientState state)
        {
            this._state = state;
            IsHandled = false;
        }
        public AsyncEventArgs(string msg, TCPClientState state)
        {
            this._msg = msg;
            this._state = state;
            IsHandled = false;
        }
    }
}

以上、C#ネットワークプログラミング連載記事(3)ですTcpListener は、非同期 TCP サーバーのコンテンツを実装します。さらに関連するコンテンツについては、PHP 中国語 Web サイト (www.php.cn) に注目してください。