C#ネットワークプログラミング連載(5) ソケットで非同期UDPサーバーを実装

この記事の紹介

.Net では、System.Net.Sockets 名前空間は、ネットワーク アクセスを厳密に制御する必要がある開発者向けに、Windows Sockets (Winsock) インターフェイスのマネージド実装を提供します。 System.Net 名前空間の他のすべてのネットワーク アクセス クラスは、このソケット実装に基づいて構築されており、NetworkStream クラスが提供する、インターネットへの TCP および UDP 接続の作成に関する詳細情報がカプセル化されています。 Socket は、Telnet、HTTP、電子メール、Echo などの多くの一般的なインターネット サービスで見られます。これらのサービスには通信プロトコルの定義が異なりますが、基本的な送信には Socket が使用されます。実際、Socket は Stream と同様のデータ チャネルとみなすことができ、このチャネルはアプリケーション (クライアント) とリモート サーバーの間に確立され、データの読み取り (受信) と書き込み (送信) の両方がこのチャネルを介して行われます。 。
アプリケーション側またはサーバー側で Socket オブジェクトを作成した後、Send/SentTo メソッドを使用して接続された Socket にデータを送信したり、Receive/ReceiveFrom メソッドを使用して接続された Socket からデータを受信したりできることがわかります。ソケット;
ソケット プログラミングの場合、.NET Framework の Socket クラスは、Winsock32 API によって提供されるソケット サービスのマネージド コード バージョンです。ネットワーク プログラミングを実装するために提供されるメソッドは多数ありますが、ほとんどの場合、Socket クラスのメソッドは単純にデータをネイティブ Win32 コピーにマーシャリングし、必要なセキュリティ チェックを処理します。 Winsock API 関数に慣れている場合は、Socket クラスを使用してネットワーク プログラムを作成するのは非常に簡単です。もちろん、これまでに使用したことがない場合でも、以下の説明に従えばそれほど難しくありません。 Socket クラスを使用して Windows を開発していることを確認します。 Web アプリケーションにはルールがあり、ほとんどの場合、ほぼ同じ手順に従います。

このセクションでは、高性能の非同期 UDP サーバーを実装するための Socket の使用方法を紹介します。実際には、UDP はクライアントとサーバーを区別しませんが、サーバーとの通信に UDP を使用することがあります。

ソケット非同期UDPサーバー

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

namespace NetFrame.Net.UDP.Sock.Asynchronous
{
    /// <summary>
    /// SOCKET实现异步UDP服务器
    /// </summary>
    public class AsyncSocketUDPServer
    {
        #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>
        /// 服务器使用的同步socket
        /// </summary>
        private Socket _serverSock;

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

        private bool disposed = false;

        /// <summary>
        /// 数据接受缓冲区
        /// </summary>
        private byte[] _recvBuffer;

        #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Socket UDP服务器
        /// </summary>
        /// <param name="listenPort">监听的端口</param>
        public AsyncSocketUDPServer(int listenPort)
            : this(IPAddress.Any, listenPort,1024)
        {
        }

        /// <summary>
        /// 异步Socket UDP服务器
        /// </summary>
        /// <param name="localEP">监听的终结点</param>
        public AsyncSocketUDPServer(IPEndPoint localEP)
            : this(localEP.Address, localEP.Port,1024)
        {
        }

        /// <summary>
        /// 异步Socket UDP服务器
        /// </summary>
        /// <param name="localIPAddress">监听的IP地址</param>
        /// <param name="listenPort">监听的端口</param>
        /// <param name="maxClient">最大客户端数量</param>
        public AsyncSocketUDPServer(IPAddress localIPAddress, int listenPort, int maxClient)
        {
            this.Address = localIPAddress;
            this.Port = listenPort;
            this.Encoding = Encoding.Default;

            _maxClient = maxClient;
            //_clients = new List<AsyncUDPSocketState>();
            _serverSock = new Socket(localIPAddress.AddressFamily, SocketType.Dgram, ProtocolType.Udp);

            _recvBuffer=new byte[_serverSock.ReceiveBufferSize];
        }

        #endregion

        #region Method
        /// <summary>
        /// 启动服务器
        /// </summary>
        /// <returns>异步TCP服务器</returns>
        public void Start()
        {
            if (!IsRunning)
            {
                IsRunning = true;
                _serverSock.Bind(new IPEndPoint(this.Address, this.Port));
                //_serverSock.Connect(new IPEndPoint(IPAddress.Any, 0));

                AsyncSocketUDPState so = new AsyncSocketUDPState();
                so.workSocket = _serverSock;

                _serverSock.BeginReceiveFrom(so.buffer, 0, so.buffer.Length, SocketFlags.None,
                    ref so.remote, new AsyncCallback(ReceiveDataAsync), null);


                //EndPoint sender = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 0);

                //_serverSock.BeginReceiveFrom(_recvBuffer, 0, _recvBuffer.Length, SocketFlags.None,
                //    ref sender, new AsyncCallback(ReceiveDataAsync), sender);

                //BeginReceive 和 BeginReceiveFrom的区别是什么
                /*_serverSock.BeginReceive(_recvBuffer, 0, _recvBuffer.Length, SocketFlags.None,
                    new AsyncCallback(ReceiveDataAsync), null);*/
            }
        }

        /// <summary>
        /// 停止服务器
        /// </summary>
        public void Stop()
        {
            if (IsRunning)
            {
                IsRunning = false;
                _serverSock.Close();
                //TODO 关闭对所有客户端的连接

            }
        }

        /// <summary>
        /// 接收数据的方法
        /// </summary>
        /// <param name="ar"></param>
        private void ReceiveDataAsync(IAsyncResult ar)
        {
            AsyncSocketUDPState so = ar.AsyncState as AsyncSocketUDPState;
            //EndPoint sender = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 0);
            int len = -1;
            try
            {
                len = _serverSock.EndReceiveFrom(ar, ref so.remote);

                //len = _serverSock.EndReceiveFrom(ar, ref sender);

                //EndReceiveFrom 和 EndReceive区别
                //len = _serverSock.EndReceive(ar);
                //TODO 处理数据

                //触发数据收到事件
                RaiseDataReceived(so);
            }
            catch (Exception)
            {
                //TODO 处理异常
                RaiseOtherException(so);
            }
            finally
            {
                if (IsRunning && _serverSock != null)
                    _serverSock.BeginReceiveFrom(so.buffer, 0, so.buffer.Length, SocketFlags.None,
                ref so.remote, new AsyncCallback(ReceiveDataAsync), so);
            }
        }
        /// <summary>
        /// 发送数据
        /// </summary>
        /// <param name="msg"></param>
        /// <param name="remote"></param>
        public void Send(string msg,EndPoint remote)
        {
            byte[] data = Encoding.Default.GetBytes(msg);
            try
            {
                RaisePrepareSend(null);
                _serverSock.BeginSendTo(data, 0, data.Length, SocketFlags.None, remote, new AsyncCallback(SendDataEnd), _serverSock);
            }
            catch (Exception)
            {
                //TODO 异常处理
                RaiseOtherException(null);
            }
        }

        private void SendDataEnd(IAsyncResult ar)
        {
            ((Socket)ar.AsyncState).EndSendTo(ar);
            RaiseCompletedSend(null);
        }

        #endregion

        #region 事件
        /// <summary>
        /// 接收到数据事件
        /// </summary>
        public event EventHandler<AsyncSocketUDPEventArgs> DataReceived;

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

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

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

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

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

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

        /// <summary>
        /// 异常事件
        /// </summary>
        public event EventHandler<AsyncSocketUDPEventArgs> OtherException;
        /// <summary>
        /// 触发异常事件
        /// </summary>
        /// <param name="state"></param>
        private void RaiseOtherException(AsyncSocketUDPState state, string descrip)
        {
            if (OtherException != null)
            {
                OtherException(this, new AsyncSocketUDPEventArgs(descrip, state));
            }
        }
        private void RaiseOtherException(AsyncSocketUDPState 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(AsyncSocketUDPState state)
        {
            if (state != null)
            {
                //_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 (AsyncUDPSocketState 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 (_serverSock != null)
                        {
                            _serverSock = null;
                        }
                    }
                    catch (SocketException)
                    {
                        //TODO
                        RaiseOtherException(null);
                    }
                }
                disposed = true;
            }
        }
        #endregion
    }
}

セッションカプセル化クラス

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

namespace NetFrame.Net.UDP.Sock.Asynchronous
{
    public class AsyncSocketUDPState
    {
        // Client   socket.
        public Socket workSocket = null;
        // Size of receive buffer.
        public const int BufferSize = 1024;
        // Receive buffer.
        public byte[] buffer = new byte[BufferSize];
        // Received data string.
        public StringBuilder sb = new StringBuilder();

        public EndPoint remote = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 0);
    }
}

ソケット非同期UDP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.UDP.Sock.Asynchronous
{
    /// <summary>
    /// SOCKET 异步UDP 事件类
    /// </summary>
    public class AsyncSocketUDPEventArgs : EventArgs
    {
        /// <summary>
        /// 提示信息
        /// </summary>
        public string _msg;

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

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

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

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