(译)如何使用SocketAsyncEventArgs类（How to use the SocketAsyncEventArgs class）

原文：How to use the SocketAsyncEventArgs class. by Marcos Hidalgo Nunes


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引言

我一直在探寻一个高性能的Socket客户端代码。以前，我使用Socket类写了一些基于传统异步编程模型的代码（BeginSend、BeginReceive，等等）。但它没有满足我所要的性能需求。终于，我找到了基于事件的异步操作新模式（参见2007年9月MSDN杂志上的“连接.NET框架3.5”）（部分内容见文后的翻译附注——译者注）。

背景

由于减少了阻塞线程，高性能I/O限制应用中广泛使用异步编程模型（AMP，Asynchronous Programming Model）。.NET Framework第一个版本就实现了APM，现在使用诸如lambda表达式等新的技术C#3.0一直在改进其性能。针对Socket编程，不仅性能上提升了不少，而且新APM模型发布了一个更简易的编程方法，该方法使用SocketAsyncEventArgs类来保持I/O操作之间的上下文（见文后的翻译附注——译者注），从而降低对象分配和垃圾收集工作。

在.NET 2.0 SP1上可以使用SocketAsyncEventArgs类，本文的代码就是用Microsoft Visual Studio .NET 2005编写的。

使用代码

从SocketAsyncEventArgs类开始，我学习了MSDN上的样例程序，但该文缺少一些内容：AsyncUserToken类。我认为这个类应该公开一个Socket属性，它对应执行I/O操作的Socket。一段时间后，我认识到这个类不是必要的，因为属性UserToken是一个Object，它可以接受任何东西。下面的修改方法中直接使用一个Socket实例当作UserToken。

//  处理Socket侦听者接收。

private void ProcessAccept(SocketAsyncEventArgs e)

{

if (e.BytesTransferred > 0)

{

Interlocked.Increment(ref numConnectedSockets);

Console.WriteLine( "Client connection accepted. "

"There are {0} clients connected to the server",

numConnectedSockets);

}

//  获取接受的客户端连接，赋给ReadEventArg对象的UserToken。

SocketAsyncEventArgs readEventArgs = readWritePool.Pop();

readEventArgs.UserToken = e.AcceptSocket;

//  一旦客户端连接，提交一个连接接收。

Boolean willRaiseEvent = e.AcceptSocket.ReceiveAsync(readEventArgs);

if (!willRaiseEvent)

{

ProcessReceive(readEventArgs);

}

//  接受下一个连接请求。

StartAccept(e);

}

//  当一个异步接收操作完成时调用该方法。

//  如果远程主机关闭了连接，该Socket也关闭。

//  如果收到数据，则回返到客户端。

private void ProcessReceive(SocketAsyncEventArgs e)

{

//  检查远程主机是否关闭了连接。

if (e.BytesTransferred > 0)

{

if (e.SocketError == SocketError.Success)

{

Socket s = e.UserToken as Socket;

Int32 bytesTransferred = e.BytesTransferred;

//  从侦听者获取接收到的消息。

String received = Encoding.ASCII.GetString(e.Buffer,

e.Offset, bytesTransferred);

//  增加服务器接收的总字节数。

Interlocked.Add(ref totalBytesRead, bytesTransferred);

Console.WriteLine("Received: \"{0}\". The server has read" +

" a total of {1} bytes.", received,

totalBytesRead);

//  格式化数据后发回客户端。

Byte [] sendBuffer =

Encoding.ASCII.GetBytes("Returning "  + received);

//  设置传回客户端的缓冲区。

e.SetBuffer(sendBuffer, 0, sendBuffer.Length);

Boolean  willRaiseEvent = s.SendAsync(e);

if (!willRaiseEvent)

{

ProcessSend(e);

}

}

else

{

CloseClientSocket(e);

}

}

}

//  当异步发送操作完成时调用该方法。

//  当Socket读客户端的任何附加数据时，该方法启动另一个接收操作。

private void ProcessSend(SocketAsyncEventArgs e)

{

if (e.SocketError == SocketError.Success)

{

//  完成回发数据到客户端。

Socket s = e.UserToken as Socket;

//  读取从发送客户端发送的下一个数据块。

Boolean willRaiseEvent = s.ReceiveAsync(e);

if (!willRaiseEvent)

{

ProcessReceive(e);

}

}

else

{

CloseClientSocket(e);

}

}

我修改了如何操作侦听者收到消息的代码——不是简单地回发给客户端（参见ProcessReceive方法）。在样例程序中，我使用属性Buffer、Offset与BytesTransfered来接收消息，SetBuffer方法把修改后的消息回返给客户端。

为了控制侦听者生存期时间，使用了一个Mutex类的实例。基于原Init方法的Start方法创建Mutex对象，相应的Stop方法释放Mutex对象。这些方法适用于实现作为Windows服务的Socket服务器。

//  启动服务器并开始侦听传入连接请求。

internal void Start(Object data)

{

Int32 port = (Int32)data;

//  获取主机相关信息。

IPAddress[] addressList =

Dns.GetHostEntry(Environment.MachineName).AddressList;

//  获取侦听者所需的端点（endpoint）。

IPEndPoint localEndPoint =

new IPEndPoint(addressList[addressList.Length - 1], port);

//  创建侦听传入连接的Socket。

this.listenSocket = new Socket(localEndPoint.AddressFamily,

SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);

if (localEndPoint.AddressFamily == AddressFamily.InterNetworkV6)

{

//  设置Socket侦听者的双模式（IPv4与IPv6）。

//  27等价于IPV6_V6ONLY Socket

//  Winsock片段中的如下选项，

//  根据 Creating IP Agnostic Applications - Part 2 (Dual Mode Sockets)

//  创建IP的不可知应用——第2部分（双模式 Sockets）

this.listenSocket.SetSocketOption(SocketOptionLevel.IPv6,

(SocketOptionName)27, false);

this.listenSocket.Bind(new IPEndPoint(IPAddress.IPv6Any,

localEndPoint.Port));

}

else

{

//  Socket与本地端点关联。

this.listenSocket.Bind(localEndPoint);

}

//  启动侦听队列最大等待数为100个连接的服务器。

this.listenSocket.Listen(100);

//  提交一个侦听Socket的接收任务。

this.StartAccept(null);

mutex.WaitOne();

}

//  停止服务器。

internal void Stop()

{

mutex.ReleaseMutex();

}

现在，我们有了一个Socket服务器，下一步使用SocketAsyncEventArgs类建立一个Socket客户端。虽然MSDN说这个类特别设计给网络服务器应用，但也没有限制在客户端代码中使用APM。下面给出了SocketClient类的样例代码：

using System;

using System.Net;

using System.Net.Sockets;

using System.Text;

using System.Threading;

namespace SocketAsyncClient

{

//  实现Socket客户端的连接逻辑。

internal sealed class SocketClient: IDisposable

{

//  Socket操作常数。

private const Int32 ReceiveOperation = 1, SendOperation = 0;

//  用于发送/接收消息的Socket。

private Socket clientSocket;

//  Socket连接标志。

private Boolean connected = false;

//  侦听者端点。

private IPEndPoint hostEndPoint;

//  触发连接。

private static AutoResetEvent autoConnectEvent =

new AutoResetEvent(false);

//  触发发送/接收操作。

private static AutoResetEvent[]

autoSendReceiveEvents = new AutoResetEvent[]

{

new AutoResetEvent(false),

new AutoResetEvent(false)

};

//  创建一个未初始化的客户端实例。

//  启动传送/接收处理将调用Connect方法，然后是SendReceive方法。

internal SocketClient(String hostName, Int32 port)

{

//  获取主机有关的信息。

IPHostEntry host = Dns.GetHostEntry(hostName);

//  主机地址。

IPAddress[] addressList = host.AddressList;

//  实例化端点和Socket。

hostEndPoint = new IPEndPoint(addressList[addressList.Length - 1], port);

clientSocket = new Socket(hostEndPoint.AddressFamily,

SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);

//  连接主机。

internal void Connect()

{

SocketAsyncEventArgs connectArgs = new SocketAsyncEventArgs();

connectArgs.UserToken = clientSocket;

connectArgs.RemoteEndPoint = hostEndPoint;

connectArgs.Completed +=

new EventHandler<socketasynceventargs>(OnConnect);

clientSocket.ConnectAsync(connectArgs);

autoConnectEvent.WaitOne();

SocketError errorCode = connectArgs.SocketError;

if (errorCode != SocketError.Success)

{

throw new SocketException((Int32)errorCode);

}

}

///  与主机断开连接。

internal void isconnect()

{

clientSocket.Disconnect(false);

}

//  连接操作的回调方法

private void OnConnect(object sender, SocketAsyncEventArgs e)

{

//  发出连接完成信号。

autoConnectEvent.Set();

//  设置Socket已连接标志。

connected = (e.SocketError == SocketError.Success);

}

//  接收操作的回调方法

private void OnReceive(object sender, SocketAsyncEventArgs e)

{

//  发出接收完成信号。

autoSendReceiveEvents[SendOperation].Set();

}

//  发送操作的回调方法

private void OnSend(object sender, SocketAsyncEventArgs e)

{

//  发出发送完成信号。

autoSendReceiveEvents[ReceiveOperation].Set();

if (e.SocketError == SocketError.Success)

{

if (e.LastOperation == SocketAsyncOperation.Send)

{

//  准备接收。

Socket s = e.UserToken as Socket;

byte [] receiveBuffer = new byte [255];

e.SetBuffer(receiveBuffer, 0, receiveBuffer.Length);

e.Completed += new EventHandler<socketasynceventargs>(OnReceive);

s.ReceiveAsync(e);

}

}

else

{

ProcessError(e);

}

}

//  失败时关闭Socket，根据SocketError抛出异常。

private void ProcessError(SocketAsyncEventArgs e)

{

Socket s = e.UserToken as Socket;

if (s.Connected)

{

//  关闭与客户端关联的Socket

try

{

s.Shutdown(SocketShutdown.Both);

}

catch (Exception)

{

//  如果客户端处理已经关闭，抛出异常

}

finally

{

if (s.Connected)

{

s.Close();

}

}

}

//  抛出SocketException

throw new SocketException((Int32)e.SocketError);

}

//  与主机交换消息。

internal String SendReceive(String message)

{

if (connected)

{

//  创建一个发送缓冲区。

Byte [] sendBuffer = Encoding.ASCII.GetBytes(message);

//  准备发送/接收操作的参数。

SocketAsyncEventArgs completeArgs = new SocketAsyncEventArgs();

completeArgs.SetBuffer(sendBuffer, 0, sendBuffer.Length);

completeArgs.UserToken = clientSocket;

completeArgs.RemoteEndPoint = hostEndPoint;

completeArgs.Completed +=

new EventHandler<socketasynceventargs>(OnSend);

//  开始异步发送。

clientSocket.SendAsync(completeArgs);

//  等待发送/接收完成。

AutoResetEvent.WaitAll(autoSendReceiveEvents);

//  从SocketAsyncEventArgs缓冲区返回数据。

return Encoding.ASCII.GetString(completeArgs.Buffer,

completeArgs.Offset, completeArgs.BytesTransferred);

}

else

{

throw new SocketException((Int32)SocketError.NotConnected);

}

}

#region IDisposable Members

// 释放SocketClient实例。

public void Dispose()

{

autoConnectEvent.Close();

autoSendReceiveEvents[SendOperation].Close();

autoSendReceiveEvents[ReceiveOperation].Close();

if (clientSocket.Connected)

{

clientSocket.Close();

}

}

#endregion

}

}

兴趣点

我有服务器群场景下的Socket服务器运行的经验。这种场景中，不能使用主机地址列表的第一项，而要使用最后一项，在前面的Start方法中可以看到这一点。另一个技巧就是如何为IP6地址族设置双模式，这对于那些想在Windows Vista和Windows Server 2008上运行Socket服务器是有帮助的，它们默认IP6。

本文的两个程序都使用命令行参数运行。如果服务器和客户端均运行在一个Windows域之外的机器上，客户端代码必须替换“localhost”为主机名而不是机器名。

历史

15 January, 2008 - 提交初版。

翻译附注

作为IOCP关键类SocketAsyncEventArgs的补充知识，摘抄2007年9月MSDN杂志上的“连接.NET框架3.5”的部分内容如下：

.NET Framework中的APM也称为Begin/End模式。这是因为会调用Begin方法来启动异步操作，然后返回一个IAsyncResult 对象。可以选择将一个代理作为参数提供给Begin方法，异步操作完成时会调用该方法。或者，一个线程可以等待 IAsyncResult.AsyncWaitHandle。当回调被调用或发出等待信号时，就会调用End方法来获取异步操作的结果。这种模式很灵活，使用相对简单，在 .NET Framework 中非常常见。

但是，您必须注意，如果进行大量异步套接字操作，是要付出代价的。针对每次操作，都必须创建一个IAsyncResult对象，而且该对象不能被重复使用。由于大量使用对象分配和垃圾收集，这会影响性能。为了解决这个问题，新版本提供了另一个使用套接字上执行异步I/O的方法模式。这种新模式并不要求为每个套接字操作分配操作上下文对象。

我们没有创建全新的模式，而只是采用现有模式并做了一个基本更改。现在，在Socket类中有了一些方法，它们使用基于事件的完成模型的变体。在 2.0 版本中，您可以使用下列代码在某个套接字上启动异步发送操作：

void OnSendCompletion(IAsyncResult ar) { }

IAsyncResult ar = socket.BeginSend(buffer, 0, buffer.Length,

SocketFlags.None, OnSendCompletion, state);

在新版本中，您还可以实现：

void OnSendCompletion(object src, SocketAsyncEventArgs sae) { }

SocketAsyncEventArgs sae = new SocketAsyncEventArgs();

sae.Completed += OnSendCompletion;

sae.SetBuffer(buffer, 0, buffer.Length);

socket.SendAsync(sae);

这里有一些明显的差别。封装操作上下文的是一个SocketAsyncEventArgs对象，而不是IAsyncResult对象。该应用程序创建并管理（甚至可以重复使用）SocketAsyncEventArgs对象。套接字操作的所有参数都由SocketAsyncEventArgs对象的属性和方法指定。完成状态也由SocketAsyncEventArgs对象的属性提供。最后，需要使用事件处理程序回调完成方法。