如何设计具有长时间运行连接的可扩展 TCP/IP 服务器？

可扩展的 TCP/IP 服务器设计模式

在设计需要长时间运行连接的可扩展 TCP/IP 服务器时，考虑这一点至关重要最高效的网络架构。异步套接字是推荐的方法，因为它们能够同时处理多个客户端而不消耗过多的资源。

网络架构

• 服务器:

  • 启动一个服务，至少有一个线程来处理传入的连接。
  • 使用 BeginReceive 和 EndReceive 方法实现异步套接字。
  • 创建一个类来管理客户端连接，包括一个列表来保存对活动客户端的引用。
  • 使用服务器套接字上的 BeginAccept 方法用于侦听传入连接并在连接建立时调用 AcceptCallback

• 客户端：

  • 使用套接字连接到服务器。
  • 发送并使用 BeginSend 和通过套接字异步接收数据BeginReceive.

数据流

• 数据主要从服务器流向客户端，偶尔有来自客户端的命令.
• 服务器定期发送状态数据到客户端。
• 从客户端接收的数据可以异步缓冲和处理，在线程池上创建作业以防止进一步数据接收的延迟。

示例代码

using System;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;

namespace TcpServer
{
    class xConnection
    {
        public byte[] buffer;
        public System.Net.Sockets.Socket socket;
    }

    class Server
    {
        private List<xconnection> _sockets;
        private System.Net.Sockets.Socket _serverSocket;
        private int _port;
        private int _backlog;

        public bool Start()
        {
            IPHostEntry localhost = Dns.GetHostEntry(Dns.GetHostName());
            IPEndPoint serverEndPoint = new IPEndPoint(localhost.AddressList[0], _port);

            try
            {
                _serverSocket = new Socket(serverEndPoint.Address.AddressFamily, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
                _serverSocket.Bind(serverEndPoint);
                _serverSocket.Listen(_backlog);
                _serverSocket.BeginAccept(new AsyncCallback(AcceptCallback), _serverSocket);
                return true;
            }
            catch (Exception e)
            {
                // Handle exceptions appropriately
                return false;
            }
        }

        private void AcceptCallback(IAsyncResult result)
        {
            try
            {
                Socket serverSocket = (Socket)result.AsyncState;
                xConnection conn = new xConnection();
                conn.socket = serverSocket.EndAccept(result);
                conn.buffer = new byte[_bufferSize];

                lock (_sockets)
                {
                    _sockets.Add(conn);
                }
                conn.socket.BeginReceive(conn.buffer, 0, conn.buffer.Length, SocketFlags.None, new AsyncCallback(ReceiveCallback), conn);
                _serverSocket.BeginAccept(new AsyncCallback(AcceptCallback), _serverSocket);
            }
            catch (Exception e)
            {
                // Handle exceptions appropriately
            }
        }

        private void Send(byte[] message, xConnection conn)
        {
            if (conn != null && conn.socket.Connected)
            {
                lock (conn.socket)
                {
                    conn.socket.Send(message, message.Length, SocketFlags.None);
                }
            }
        }
    }
}</xconnection>

额外注意事项

• 考虑使用重组协议来处理传入的数据片段。
• 随时使用单个 BeginAccept 以避免潜在的错误。
• 同步访问共享资源，例如客户端列表，保证线程安全。

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