在c#中使用Socket實(shí)現(xiàn)一個(gè)tcp協(xié)議

這篇文章給大家介紹在c#中使用Socket實(shí)現(xiàn)一個(gè)tcp協(xié)議，內(nèi)容非常詳細(xì)，感興趣的小伙伴們可以參考借鑒，希望對(duì)大家能有所幫助。

一、概述

UDP和TCP是網(wǎng)絡(luò)通訊常用的兩個(gè)傳輸協(xié)議，C#一般可以通過(guò)Socket來(lái)實(shí)現(xiàn)UDP和TCP通訊，由于.NET框架通過(guò)UdpClient、TcpListener 、TcpClient這幾個(gè)類(lèi)對(duì)Socket進(jìn)行了封裝，使其使用更加方便， 本文就通過(guò)這幾個(gè)封裝過(guò)的類(lèi)講解一下相關(guān)應(yīng)用。

二、基本應(yīng)用：連接、發(fā)送、接收

服務(wù)端建立偵聽(tīng)并等待連接：

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

服務(wù)端是通過(guò)AcceptTcpClient方法獲得TcpClient對(duì)象，而客戶(hù)端是直接創(chuàng)建TcpClient對(duì)象。

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

發(fā)送數(shù)據(jù)TcpClient對(duì)象創(chuàng)建后，發(fā)送接收都通過(guò)TcpClient對(duì)象完成。

發(fā)送數(shù)據(jù)：

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();

接收數(shù)據(jù)：

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、 粘包問(wèn)題

和UDP不太一樣，TCP連接不會(huì)丟包，但存在粘包問(wèn)題。（嚴(yán)格來(lái)說(shuō)粘包這個(gè)說(shuō)法是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模驗(yàn)門(mén)CP通訊是基于流的，沒(méi)有包的概念，包只是使用者自己的理解。） 下面分析一下粘包產(chǎn)生的原因及解決辦法。

TCP數(shù)據(jù)通訊是基于流來(lái)實(shí)現(xiàn)的，類(lèi)似一個(gè)隊(duì)列，當(dāng)有數(shù)據(jù)發(fā)送過(guò)來(lái)時(shí)，操作系統(tǒng)就會(huì)把發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)依次放到這個(gè)隊(duì)列中，對(duì)發(fā)送者而言，數(shù)據(jù)是一片一片發(fā)送的，所以自然會(huì)認(rèn)為存在數(shù)據(jù)包的概念，但對(duì)于接收者而言，如果沒(méi)有及時(shí)去取這些數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)依次存放在隊(duì)列中，彼此之間并無(wú)明顯間隔，自然就粘包了。

還有一種情況粘包是發(fā)送端造成的，有時(shí)我們調(diào)用發(fā)送代碼時(shí)，操作系統(tǒng)可能并不會(huì)立即發(fā)送，而是放到緩存區(qū)，當(dāng)緩存區(qū)達(dá)到一定數(shù)量時(shí)才真正發(fā)送。 

要解決粘包問(wèn)題，大致有以下幾個(gè)方案。

1、 約定數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，發(fā)送端的數(shù)據(jù)都是指定長(zhǎng)度，比如1024；接收端取數(shù)據(jù)時(shí)也取同樣長(zhǎng)度，不夠長(zhǎng)度就等待，保證取到的數(shù)據(jù)和發(fā)送端一致；

2、 接收端取數(shù)據(jù)的頻率遠(yuǎn)大于發(fā)送端，比如發(fā)送端每1秒發(fā)送一段數(shù)據(jù)，接收端每0.1秒去取一次數(shù)據(jù)，這樣基本可以保證數(shù)據(jù)不會(huì)粘起來(lái)；

以上兩個(gè)方案都要求發(fā)送端需要立即發(fā)送，不可緩存數(shù)據(jù)。而且這兩種方案都有缺陷：首先，第一種方案：如果要包大小一致的話(huà)，如果約定的包比較大，肯定有較多數(shù)據(jù)冗余，浪費(fèi)網(wǎng)絡(luò)資源，如果包較小，連接就比較頻繁，效率不高。

其次，第二種方案：這個(gè)方案只能在理想環(huán)境下可以實(shí)現(xiàn)，當(dāng)服務(wù)端遭遇一段時(shí)間的計(jì)算壓力時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)意外，不能完全保證。

比較完善的解決方案就是對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理：首先通過(guò)定義特殊的字符組合作為包頭和包尾，如果傳輸ASCII字符，可以用0x02表示開(kāi)始（STX），用0x03表示結(jié)束（ETX），比如：STX ‘H' ‘e' ‘l' ‘l' ‘o' ETX (二進(jìn)制數(shù)據(jù)： 02 48 65 6C 6C 6F 03)。如果數(shù)據(jù)較長(zhǎng)可以在包頭留出固定位置存放包長(zhǎng)度， 如：

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

其中02 05 就表示正文長(zhǎng)度為5個(gè)字節(jié)，可以進(jìn)行校驗(yàn)。

雖然第三種方案比較嚴(yán)謹(jǐn)，但相對(duì)復(fù)雜，在傳輸比較可靠、應(yīng)用比較簡(jiǎn)單的場(chǎng)景下，也可以采用前面兩種解決方案。

四、 一個(gè)完整的例程

服務(wù)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);
  }
 }
}

客戶(hù)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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