C#网络编程入门之TCP

一、概述

UDP和TCP是网络通讯常用的两个传输协议，C#一般可以通过Socket来实现UDP和TCP通讯，由于.NET框架通过UdpClient、TcpListener 、TcpClient这几个类对Socket进行了封装，使其使用更加方便， 本文就通过这几个封装过的类讲解一下相关应用。

二、基本应用：连接、发送、接收

服务端建立侦听并等待连接：

TcpListener tcpListener = new TcpListener(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 9000);
tcpListener.Start();
if (tcpListener.Pending())
{
          TcpClient client = tcpListener.AcceptTcpClient();
          Console.WriteLine("Connected");   
}

服务端是通过AcceptTcpClient方法获得TcpClient对象，而客户端是直接创建TcpClient对象。

TcpClient tcpClient = new TcpClient();
tcpClient.Connect("127.0.0.1", 9000);

发送数据TcpClient对象创建后，发送接收都通过TcpClient对象完成。

发送数据：

                TcpClient tcpClient = new TcpClient();
                tcpClient.Connect("127.0.0.1", 9000);
                NetworkStream netStream = tcpClient.GetStream();

                int Len = 1024;
                byte[] datas = new byte[Len];

                netStream.Write(datas, 0, Len);               

                netStream.Close();
                tcpClient.Close();

接收数据：

TcpClient client = tcpListener.AcceptTcpClient();
Console.WriteLine("Connected");  
  
  NetworkStream stream = client.GetStream();
  var remote = client.Client.RemoteEndPoint;

   byte[] data = new byte[1024];
   while (true)
   {
         if (stream.DataAvailable)
         {
                int len = stream.Read(data, 0, 1024);
                Console.WriteLine($"From:{remote}:Received ({len})");
          }
        Thread.Sleep(1);
 }   

三、 粘包问题

和UDP不太一样，TCP连接不会丢包，但存在粘包问题。（严格来说粘包这个说法是不严谨的，因为TCP通讯是基于流的，没有包的概念，包只是使用者自己的理解。） 下面分析一下粘包产生的原因及解决办法。

TCP数据通讯是基于流来实现的，类似一个队列，当有数据发送过来时，操作系统就会把发送过来的数据依次放到这个队列中，对发送者而言，数据是一片一片发送的，所以自然会认为存在数据包的概念，但对于接收者而言，如果没有及时去取这些数据，这些数据依次存放在队列中，彼此之间并无明显间隔，自然就粘包了。

还有一种情况粘包是发送端造成的，有时我们调用发送代码时，操作系统可能并不会立即发送，而是放到缓存区，当缓存区达到一定数量时才真正发送。 

要解决粘包问题，大致有以下几个方案。

1、 约定数据长度，发送端的数据都是指定长度，比如1024；接收端取数据时也取同样长度，不够长度就等待，保证取到的数据和发送端一致；

2、 接收端取数据的频率远大于发送端，比如发送端每1秒发送一段数据，接收端每0.1秒去取一次数据，这样基本可以保证数据不会粘起来；

以上两个方案都要求发送端需要立即发送，不可缓存数据。而且这两种方案都有缺陷：首先，第一种方案：如果要包大小一致的话，如果约定的包比较大，肯定有较多数据冗余，浪费网络资源，如果包较小，连接就比较频繁，效率不高。

其次，第二种方案：这个方案只能在理想环境下可以实现，当服务端遭遇一段时间的计算压力时可能会出现意外，不能完全保证。

比较完善的解决方案就是对接收到的数据进行预处理：首先通过定义特殊的字符组合作为包头和包尾，如果传输ASCII字符，可以用0x02表示开始（STX），用0x03表示结束（ETX），比如：STX ‘H’ ‘e’ ‘l’ ‘l’ ‘o’ ETX (二进制数据： 02 48 65 6C 6C 6F 03)。如果数据较长可以在包头留出固定位置存放包长度， 如：

02 00 05 48 65 6C 6C 6F 03

其中02 05 就表示正文长度为5个字节，可以进行校验。

虽然第三种方案比较严谨，但相对复杂，在传输比较可靠、应用比较简单的场景下，也可以采用前面两种解决方案。

四、 一个完整的例程

 服务端：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.IO;
using System.Linq;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

namespace TCPServer
{
    class Program
    {  
        static void Main(string[] args)
        {   
            TcpListener tcpListener = new TcpListener(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 9000);
            tcpListener.Start();

            while (true)
            {
                if (tcpListener.Pending())
                {
                    TcpClient client = tcpListener.AcceptTcpClient();
                    Console.WriteLine("Connected");                   

                    Task.Run(() =>
                    {  
                        NetworkStream stream = client.GetStream();
                        var remote = client.Client.RemoteEndPoint;
                      
                        while (true)
                        {
                            if (stream.DataAvailable)
                            {
                                byte[] data = new byte[1024];
                                int len = stream.Read(data, 0, 1024);
                                string Name = Encoding.UTF8.GetString(data,0,len);
                                var senddata = Encoding.UTF8.GetBytes("Hello:" + Name);
                                stream.Write(senddata, 0, senddata.Length);
                            }

                            if (!client.IsOnline())
                            {
                                Console.WriteLine("Connect Closed.");
                                break;
                            }

                            Thread.Sleep(1);
                        }
                    });
                }

                Thread.Sleep(1);
            }
        }
    }

    public static class TcpClientEx
    {
        public static bool IsOnline(this TcpClient client)
        {
            return !((client.Client.Poll(15000, SelectMode.SelectRead) && (client.Client.Available == 0)) || !client.Client.Connected);
        }
    }
}

客户端：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Diagnostics;
using System.IO;
using System.Linq;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

namespace TCP_Clent
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            ThreadPool.SetMinThreads(100, 100);
            ThreadPool.SetMaxThreads(200, 200); 

            Parallel.For(1, 10,  x =>
            {
                SendData("Tom");
            });

            Console.WriteLine("All Completed!");
            Console.ReadKey();
        }

        private static void SendData(string Name)
        {
            Task.Run(() =>
            {
                Console.WriteLine("Start");
                TcpClient tcpClient = new TcpClient();
                tcpClient.Connect("127.0.0.1", 9000);
                Console.WriteLine("Connected");
                NetworkStream netStream = tcpClient.GetStream();

                Task.Run(() =>
                {
                    Thread.Sleep(100);
                    while (true)
                    {
                        if (!tcpClient.Client.Connected)
                        {
                            break;
                        }

                        if (netStream == null)
                        {
                            break;
                        }

                        try
                        {
                            if (netStream.DataAvailable)
                            {
                                byte[] data = new byte[1024];
                                int len = netStream.Read(data, 0, 1024);
                                var message = Encoding.UTF8.GetString(data, 0, len);
                                Console.WriteLine(message);
                            }
                        }
                        catch
                        {
                            break;
                        }

                        Thread.Sleep(10);
                    }
                });

                for (int i = 0; i < 100; i++)
                {
                    byte[] datas = Encoding.UTF8.GetBytes(Name);
                    int Len = datas.Length;
                    netStream.Write(datas, 0, Len);
                    Thread.Sleep(1000);
                }

                netStream.Close();
                netStream = null;
                tcpClient.Close();

                Console.WriteLine("Completed");
            });
        }       
    }
}

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C#网络编程入门系列包括三篇文章：

（一）C#网络编程入门之UDP

（二）C#网络编程入门之TCP

（三）C#网络编程入门之HTTP