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.NET 4.0網(wǎng)絡開發(fā)入門之旅-- 與Socket的第一次“約會” 注： 這是一個針對 網(wǎng)絡開發(fā)領域初學者 的系列文章，可作為《.NET 4.0 面向對象編程漫談 》一書的擴充閱讀，寫作過程中我假設讀者可以對照閱讀此書的相關章節(jié)，不再浪費筆墨重復介紹相關的內(nèi)容。 對于其他類型的讀者，除非您已經(jīng)有相應的.NET 技術背景與一定的開發(fā)經(jīng)驗，否則，閱讀中可能會遇到困難。 我希望這系列文章能讓讀者領略到網(wǎng)絡開發(fā)的魅力！ 另外，這些文章均為本人原創(chuàng)，請讀者尊重作者的勞動，我允許大家出于知識共享的目的自由轉載這些文章及相關示例，但未經(jīng)本人許可，請不要用于商業(yè)盈利目的。 本文如有錯誤，敬請回貼指正。 謝謝大家！ 金旭亮 ================================================= 點擊以下鏈接閱讀本系列前面的文章： 《 開篇語—— 無網(wǎng)不勝》 《 IP知多少》 《我在“網(wǎng)” 中央 》 ================================================= 在前面的文章中，我們已經(jīng)介紹了使用.NET平臺開發(fā)網(wǎng)絡應用程序諸如IP地址、網(wǎng)絡接口之類的背景知識，本文將介紹.NET網(wǎng)絡應用程序的主角--Socket。如果把Socket比喻為一位“美女”，那么有關她的“愛情故事”實在太多，而本系列后繼的文章，就圍繞著這位“美女”所展開。 1 Socket美女的“家庭背景” Socket，中文譯為“套接字”，最早在UNIX中引入并得到廣泛應用，后來微軟在設計Windows時引入了UNIX中的這個概念和相應的設計理念，并針對Windows的特性略作調(diào)整，形成了Windows平臺上的Socket，簡稱為“WinSock”，并為開發(fā)者提供了一整套的API，稱為“Windows WinSock Win32 API ”。 WinSock經(jīng)歷了兩個版本，Windows Sockets 2是目前用得最多的版本（參看 http://en./wiki/Winsock ），微軟似乎從來沒有宣布要開發(fā)WinSock 3，也許“永遠也不會有”了。 圖 1所示為.NET平臺下網(wǎng)絡應用程序的層次架構： 圖 1 WinSock在底層使用一個運行于操作系統(tǒng)核心的系統(tǒng)驅動（Windows Sockets Knernel-mode Driver）tcpip.SYS，由它們負責管理網(wǎng)絡連接和緩沖管理。 還有另一個驅動Afd.sys（Ancillary Function Driver for WinSock）則用于支持基于 window socket的應用程序，比如ftp、telnet等，被稱為“ Windows NT 套接字驅動程序 ”。 早期的Windows開發(fā)者，需要使用C/C++去調(diào)用WinSock，比如MFC就提供了一個“CSocket”類封裝底層的Socket。 .NET也提供了一組類來封裝WinSock Win32 API，這些類集中于System.Net這一命名空間中，其中的核心類型就是Socket。 Socket類是對WinSock API一個很淺的封裝，擁有不少方法直接對應于WinSock中的C/C++函數(shù)，比如Poll、Select、IOControl等。 Socket有一個Handle屬性，它引用位于操作系統(tǒng)核心的Socket核心對象。 提示： 有關系統(tǒng)核心對象（Kernel Object）的通俗解釋，請參看《.NET 4.0面向對象編程漫談 》中的15.1.2節(jié)《操作系統(tǒng)的進程管理》 Socket提供了眾多的屬性，還提供了SetSocketOption方法來設置各種選項，對.NET網(wǎng)絡應用程序的數(shù)據(jù)通訊進行“微調(diào)”。 Socket的功能出奇地強大，在.NET平臺上，它支持以下四種典型的編程模式： （1） 居于阻塞模式的Socket編程（單線程或多線程的），每個線程處理一個客戶端連接 （2）“非阻塞”模式的Socket編程，這是早期UNIX為提升網(wǎng)絡應用程序性能而采用的編程模式，出于兼容和方便移植原有程序的目的而保留，建議新開發(fā)的.NET網(wǎng)絡程序不要再使用。 （3） 使用IAsyncResult的異步編程模式：Socket類提供有一堆的“BeginXXX/EndXXX”方法實現(xiàn)異步Socket編程，使用線程池中的線程完成工作，性能較好。 （4） 使用EAP的異步編程模式：Socket類提供了“另一堆”以“Async”結尾的方法，在底層使用Windows操作系統(tǒng)的Completion Port（完成端口）和Overlapped I/O mechanism（重疊輸入/輸出機制），據(jù)說可以提供“最高”的性能。 在后面的文章中，將逐步地展開介紹這些編程模式。 提示： 強烈建議讀者仔細閱讀《.NET 4.0面向對象編程漫談 》中的第10章《異步編程模式》，以提前掌握.NET異步編程的基礎知識與基本技能，否則，后面的文章可以不用看了。 了解了Socket這位“美女”的“家庭背景”之后，在與她進行第一次“約會”之前，我們不妨弄清楚一個問題： 現(xiàn)在我們還有必要掌握Sokcet編程技術嗎? 2 Socket是否已人老珠黃？ 基于Socket開發(fā)網(wǎng)絡應用程序已經(jīng)有很多年的歷史了，現(xiàn)在的新技術層出不窮，在.NET平臺之上，WCF大有“一統(tǒng)江湖”的勢頭，Socket是否真的“人老珠黃”？ 請看圖 2所示的多層“松花蛋”： 圖 2 圖 2說明，WCF與WinSocket等底層技術之間實際上是一種“包含”關系，每一層都在下一層所提供服務的基礎上，又擴充了新的功能，越外層的應用程序，可以使用的功能往往越多，開發(fā)效率往往也會更高。 WCF在WinSocket的基礎之上擴充了大量的功能，使用它可以很高效地開發(fā)網(wǎng)絡應用程序，尤其非常適合于開發(fā)基于SOA的分布式軟件系統(tǒng)，但這并不是說它可以完全把Socket打入冷宮。在不少場合，拋棄WCF那龐大的框架，直接使用Socket更合適： （1）需要實現(xiàn)自己的通訊協(xié)議的場合（比如你要架設一個網(wǎng)絡游戲服務器） （2）你開發(fā)的系統(tǒng)需要實現(xiàn)“一問一答”的“交互式”運行模式 （3）你希望能全面控制你的網(wǎng)絡應用程序的“每個方面”，不想花時間去理解WCF那個復雜無比的內(nèi)部架構 （4）你的網(wǎng)絡應用程序應用背景非常單一與明確，比如就解決一個問題：定期將分布于多臺計算機上的數(shù)據(jù)文件上傳“匯總”到一臺中心服務器上。 （5）…… 如果需要基于各種標準協(xié)議（比如WS-*等）開發(fā)SOA的分布式軟件系統(tǒng)，再使用Socket就不合適了，那會大大地增加開發(fā)的工作量和難度，WCF更適合于解決這個問題。 在實際開發(fā)中，我們還可以混用WCF和Socket。比如我們可以基于WCF開發(fā)P2P的應用程序，使用NetPeerTcpBinding在P2P節(jié)點間“廣播消息”，然后，在兩個P2P節(jié)點之間直接使用Socket“私下”里傳送一個“秘密”文件。 是可謂“運用之妙，存乎一心 ”。 好了，下面就介紹使用Socket開發(fā)的最基礎知識吧。 3 第一個Socket應用程序 一般我們都將網(wǎng)絡應用中用于提供“服務”的一方稱為“服務端應用程序（Server）”，另一方訪問這些服務的稱為“客戶端應用程序（Client）”。Server端和Client端的Socket用法是不一樣的。 3.1 服務端應用程序 開發(fā)網(wǎng)絡程序的第一步，是創(chuàng)建Socket對象，以下是示例代碼： Socket newsock = new Socket( AddressFamily.InterNetwork, //使用IPv4 SocketType.Stream, //使用可靠的雙向數(shù)據(jù)流，不保存信息邊界 ProtocolType.Tcp //使用TCP協(xié)議 ); 緊接著，需要將Socket對象“綁定（Bind） ”到一個“終結點（IPEndPoint的實例）”。 IPEndPoint ipep = new IPEndPoint(IP地址,打開端口); //綁定 newsock.Bind(ipep); 提示： 前面的《IP知多少 》一文中介紹過IPEndPoint。WCF中也定義了“終結點 ”，它代表一個WCF服務的訪問點。 “綁定（Bind） ”這個術語非常值得關注，簡單地說，“綁定”就是將原先可能不相關的兩個事物“關聯(lián)”起來，打個可能不太恰當?shù)谋扔鳎?#8220;綁定”就是相愛的兩個人最終決定結婚，并領了結婚證。 “綁定”的身影在.NET平臺中頻頻出現(xiàn)，比如“數(shù)據(jù)綁定（DataBind）”，就是使用控件將數(shù)據(jù)源中的數(shù)據(jù)展示在應用程序的界面上，并且將用戶對數(shù)據(jù)的修改和查詢等傳給數(shù)據(jù)源。 在Socket應用程序中，“綁定”的作用是讓某個Socket對象關聯(lián)上特定的網(wǎng)絡接口（Network Interface）。一臺網(wǎng)絡主機可能安裝有多個網(wǎng)絡接口，“綁定”之后，Socket對象將可以在指定那個網(wǎng)絡接口（Network Interface ）上監(jiān)聽。如果不需要指定特定的網(wǎng)絡接口，也不在意使用的端口，那么，可以創(chuàng)建一個使用IPAddress.Any，端口為0的IPEndPoint，Socket綁定這一IPEndPoint之后，操作系統(tǒng)會決定最終使用哪個網(wǎng)絡接口，并且在“[1024,5000]”之間的選擇一個未用端口分配給此Socket。 注意： WCF中也有“綁定”，但WCF中的“綁定”的含義要豐富得多，它其實是一組特殊的對象，它的主要功能是創(chuàng)建用于實現(xiàn)WCF應用程序間相互通訊的“信道棧”，WCF基類庫中提供了一堆的“綁定”，特定的綁定使用特定的通訊協(xié)議和技術，比如NetTcpBinding采用TCP協(xié)議，NetMsmqBinding則使用了微軟消息隊列。 Socket對象綁定網(wǎng)絡接口之后，就可以監(jiān)聽并等待客戶端連接了： newsock.Listen(10); //開始監(jiān)聽 Socket client = newsock.Accept(); //等待客戶端連接 所謂“監(jiān)聽 （Listen） ”，其實是告訴操作系統(tǒng)：“我關心本機某個網(wǎng)絡接口上的數(shù)據(jù)包，當有數(shù)據(jù)包到達，并且端口號和我所規(guī)定的一致，請通知我”。 Socket.Listen方法的參數(shù)有著特殊的含義。此處暫時按下，留待后文分解。 Socket.Accept方法等待客戶端發(fā)來的連接請求數(shù)據(jù)包，默認情況下，這一方法是“同步”方法，線程將在此處阻塞等待，直到有客戶發(fā)來連接請求。 當客戶端發(fā)來連接請求時，Accept方法返回一個Socket對象，這個對象代表雙方已建立了一條數(shù)據(jù)通訊的鏈路，可以相互傳送數(shù)據(jù)了。這時，原先的Socket將得到“解放”，可以繼續(xù)監(jiān)聽。 注意： 負責監(jiān)聽的Socket不負責發(fā)送與接收數(shù)據(jù)，而Accept方法返回的Socket可以用于接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，但不能用于接收新的連接，同時，其RemoteEndPoint方法可以獲取遠程客戶端的IP地址和使用的端口 以下代碼調(diào)用剛得到的Socket對象的Receive方法接收客戶端發(fā)來的數(shù)據(jù)： byte[] data = new byte[1024]; int r ecv = client.Receive(data); Socket.Receive方法也是一個“阻塞”的同步方法，它將收到的數(shù)據(jù)保存到一個字節(jié)數(shù)組中，這個字節(jié)數(shù)組通常稱為“數(shù)據(jù)緩沖區(qū)”。 提示： 數(shù)據(jù)緩沖區(qū)在Socket編程中非常重要，讀者會發(fā)現(xiàn)，在開發(fā)中你時時刻刻都得關注它，一不小心，它就給你搗亂。 Receive方法的返回值代表接收的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)。以下代碼使用這一返回值了解客戶端到底發(fā)來了什么消息： Console.WriteLine(Encoding.UTF8 .GetString(data, 0, recv )); 上面這句代碼中有幾點需要特別注意： （1）一定要使用recv來“定界”客戶端傳來的數(shù)據(jù)。 （2）我們假設客戶端發(fā)送過來的消息是一個字符串，這里使用UTF8進行解碼。很明顯，這要求客戶端與服務端必須事先達成一致，使用同樣的編碼和解碼方式。這種需要在事先進行協(xié)商的“東西”，就是“通訊協(xié)議 ”。不同的網(wǎng)絡應用會使用不同的通訊協(xié)議，比如互聯(lián)網(wǎng)普遍使用HTTP，這是一個業(yè)界標準，而我們也可以定義自己的通訊協(xié)議，比如QQ就有自己的通訊協(xié)議。 提示： 我在《 漫談.NET開發(fā)中的字符串編碼 》一文中介紹了字符串編碼的基礎知識。 數(shù)據(jù)接收完畢，服務端就可以斷開客戶的連接： client.Shutdown(SocketShutdown.Both); //通知OS，不再接收與發(fā)送數(shù)據(jù) client.Close(); //關閉Socket 完成數(shù)據(jù)傳送任務之后，注意應該及時地關閉Socket。這通常分為兩步： （1）調(diào)用Shutdown方法通知TCP/IP協(xié)議棧發(fā)送所有未發(fā)送的數(shù)據(jù)，或停止接收數(shù)據(jù) （2）調(diào)用Close方法關閉套接字。 Socket本身對應著一個核心對象，它有一個句柄（Handle）供操作系統(tǒng)內(nèi)核進行管理。因此，它不再有用時必須及時地被關閉，否則，有可能會造成嚴重的問題。 提示： 操作系統(tǒng)能管理的句柄數(shù)是有限的，而網(wǎng)絡應用服務端程序通常會運行很長的時間，如果不及時地關閉不用的Socket，將導致它所占用的句柄不能及時回收，有可能導致服務器Down掉。 Socket本身實現(xiàn)了IDisposable接口，所以也可以使用using關鍵字實現(xiàn)“自動釋放”： using (newsock) { …… } //自動關閉newsock 3.2 客戶端應用程序 客戶端應用程序與服務端大同小異： 首先創(chuàng)建好一個Socket對象，然后再調(diào)用其Connect方法創(chuàng)建到服務端的連接，如果之前Socket沒有使用Bind方法指定一個端口，Connect方法會自動選擇一個未用的端口： Socket server = new Socket( AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp ); server.Connect(服務端的IP終結點); 如果Connect方法沒有拋出異常，則表示成功連接服務器，現(xiàn)在，就可以使用Socket對象的Send方法發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)同樣保存于一個數(shù)據(jù)緩沖區(qū)（其實就是一個byte[]）中： server.Send(Encoding.UTF8 .GetBytes(要發(fā)送的消息)); 注意這里選擇的字符串編碼方式必須要與服務端一致，否則，將導致服務端無法正確地解碼出字符串。 數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，關閉套接字就行了。 3.3 處理網(wǎng)絡應用程序中的異常 Socket對象的Connect、Send、Receive等方法都有可能出錯，這時，.NET基類庫將拋出一個SocketException，它實際上封裝的是底層WinSock出錯信息。 每一個SocketException對象都有一個對應的錯誤號，其含義是由底層的WinSock定的。比如錯誤號為10048的SocketException其含義是：地址已被使用。發(fā)生這一異常的原因通常是你嘗試把兩個Socket對象綁定到同一個IPEndPoint。 以下是Socket網(wǎng)絡應用程序中的典型代碼框架： Socket remote=new Socket(……); try { //…… remote.Connect(iep); //iep為遠程主機的終結點 //…… remote.Send(……); //…… } catch (SocketException e) { Console.WriteLine("無法連接遠程主機 {0} ,原因：{1}， NativeErrorCode：{2},SocketErrorCode:{3}", iep.Address, e.Message, e.NativeErrorCode, e.SocketErrorCode); } finally { server.Close(); } 示例項目IntroduceSocket展示了本文所介紹的知識（圖 3）。 圖 3 到此，我們與“Socket美女”的“第一次約會”到此結束。您對她的第一印象如何？ 點擊下載本文示例 ============================================================================== 下一篇文章，將介紹Socket美女的“追求者”隊伍，以及如何開發(fā)“一問一答”的網(wǎng)絡應用程序。 本文來自CSDN博客，轉載請標明出處：http://blog.csdn.net/bitfan/archive/2010/12/24/6097011.aspx
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來自： orion360doc > 《Socket編程》
