C# Socket初探

在Socket之前，首先得了解TCP/IP协议，该协议用来定义主机如何连入因特网和数据在它们之间传输的标准。

OSI七层网络模型如下图所示：

 其中，TCP和UDP在传输层，完成了程序到程序，端口到端口的通信。UDP协议简单高效，只管发送，不管是否收到，TCP协议可以理解为带确认模式的UDP协议（三次握手）。

Socket，翻译为套接字，是TCPIP的使用接口，基于Socket我们才能调用TCP协议。

Socket通信基本流程图入下图所示：

言归正传，以下通过代码实例进行简单演示，客户端我们通过SocketTool.exe进行模拟，主要演示服务器端代码

(1)Socket服务端连接

int port = 60001;
string host = "127.0.0.1";//服务器端ip地址

IPAddress ip = IPAddress.Parse(host);
IPEndPoint ipe = new IPEndPoint(ip, port);

Socket sSocket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
sSocket.Bind(ipe);
sSocket.Listen(0);

Socket serverSocket = sSocket.Accept();
Console.WriteLine("连接已建立....");
try
{ 
   while (true)
   {

    //receive message
    string recStr = "";
    byte[] recBytes = new byte[4096];
    int bytes = serverSocket.Receive(recBytes, recBytes.Length, 0);
   
    recStr += Encoding.ASCII.GetString(recBytes, 0, bytes);
    string RetMsg = $"客户端:{serverSocket.RemoteEndPoint.ToString()},消息：{recStr},时间:{DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss")}";
    Console.WriteLine($"获得客户端消息：{RetMsg}");

    //回发消息
    if (!string.IsNullOrEmpty(recStr))
    {
        byte[] sendByte = Encoding.ASCII.GetBytes("success!");
        serverSocket.Send(sendByte, sendByte.Length, 0);
    } 
   }
}
catch (Exception ex)
{
    Console.WriteLine($"Socket Error:" + ex.Message);
}
finally 
{
    sSocket.Close();
}

其中，分别定义用于监听的Socket和连接的Socket,通过方法Receive监听客户端传来的消息。

问题：当前模式无法支持连接多个客户端，Socket等待连接的过程会造成阻塞。解决：通过多线程进行优化

(2)多线程下的Socket服务端

int port = 60001;
string host = "127.0.0.1";//服务器端ip地址
IPAddress ip = IPAddress.Parse(host);
IPEndPoint ipe = new IPEndPoint(ip, port);

serverSocket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
serverSocket.Bind(ipe);
serverSocket.Listen(10);
Console.WriteLine("等待客户端连接...");

 try
 {
    Thread socketThread = new Thread(ListenClientSocket);
    socketThread.Start();
}
catch (Exception ex)
{
      Console.WriteLine($"Socket Error:" + ex.Message);
}
finally 
{
      serverSocket.Close();
 }

static void ListenClientSocket()
{
    while (true)
    {
        Socket clientSocket = serverSocket.Accept();
        Console.WriteLine("连接已建立....");
        #region 消息回发
        byte[] sendByte = Encoding.ASCII.GetBytes("success!");
        clientSocket.Send(sendByte, sendByte.Length, 0);
        #endregion

        #region 连接客户端，解析数据,多线程 
        Thread receivethread = new Thread(ReceiveSocket); //委托方法
        receivethread.Start(clientSocket);
        #endregion

    }
}

static void ReceiveSocket(object clientsocket)
{ 
    Socket myclientSocket= (Socket)clientsocket;
    while (true)
    {
        string recStr = "";
        byte[] recBytes = new byte[4096];
        int bytes = myclientSocket.Receive(recBytes, recBytes.Length, 0);

        recStr += Encoding.ASCII.GetString(recBytes, 0, bytes);
        string RetMsg = $"客户端:{myclientSocket.RemoteEndPoint.ToString()},消息：{recStr},时间:{DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss")}";
        Console.WriteLine($"获得客户端消息：{RetMsg}");
    }
}

监听和连接的Socket我们通过创建线程Thread解决等待时候的阻塞。

问题：多线程再客户端数量较多的情况下，每次创建新线程都会消耗一定的内存。解决：通过线程池进行优化

(3)线程池下的Socket

线程池中的线程执行完指定的方法后并不会自动消除，而是以挂起状态返回线程池，如果应用程序再次想线程池发出请求，以挂起状态的线程就会被激活并执行任务，而不会创建新线程，从而节约开销

ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(方法名));
ThreadPool.QueueUserWorkItem(new WaitCallback(方法名), 参数);

通过创建1000个线程和从线程池中取1000个线程各自消耗的时间进行对比：

 不难发现，线程池的方案性能更优异。但也不是没有缺点，线程池取的线程都是后台线程，级别都是Normal。

更新后的代码如下：

主体方法中：

ThreadPool.QueueUserWorkItem(state=> ListenClientSocket());
//Thread socketThread = new Thread(ListenClientSocket);
//socketThread.Start();

监听方法中：

 #region 连接客户端，解析数据,多线程
 ThreadPool.QueueUserWorkItem(state => ReceiveSocket(clientSocket));
 //Thread receivethread = new Thread(ReceiveSocket); //委托方法
 //receivethread.Start(clientSocket);
 #endregion

上述基本介绍了Socket服务器端的一些操作，更多的优化例如超时断开的处理，数据包中黏包的处理等会在后续篇幅中再介绍

以上，仅用于学习和总结！