C#中一个高性能异步socket封装库的实现思路分享-创新互联

前言

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socket是软件之间通讯最常用的一种方式。c#实现socket通讯有很多中方法，其中效率最高就是异步通讯。

异步通讯实际是利用windows完成端口（IOCP）来处理的，关于完成端口实现原理，大家可以参考网上文章。

我这里想强调的是采用完成端口机制的异步通讯是windows下效率最高的通讯方式，没有之一！

异步通讯比同步通讯处理要难很多，代码编写中会遇到许多“坑“。如果没有经验，很难完成。

我搜集了大量资料，完成了对异步socket的封装。此库已用稳定高效的运行几个月。

纵观网上的资料，我还没有遇到一个满意的封装库。许多文章把数据收发和协议处理杂糅在一块，代码非常难懂，也无法扩展。

在编写该库时，避免以上缺陷。将逻辑处理层次化，模块化！同时实现了高可用性与高性能。

为了使大家对通讯效率有初步了解，先看测试图。

主机配置情况

百兆带宽基本占满，cpu占用40%，我的电脑在空闲时，cpu占用大概20%，也就是说程序占用cpu 20%左右。

这个库是可扩展的，就是说即使10万个连接，收发同样的数据，cpu占用基本相同。

库的结构图

目标

即可作为服务端（监听）也可以作为客户端（主动连接）使用。

可以适应任何网络协议。收发的数据针对字节流或一个完整的包。对协议内容不做处理。

高可用性。将复杂的底层处理封装，对外接口非常友好。

高性能。大限度优化处理。单机可支持数万连接，收发速度可达几百兆bit。

实现思路

网络处理逻辑可以分为以下几个部分：

网络监听 可以在多个端口实现监听。负责生成socket，生成的socket供后续处理。监听模块功能比较单一，如有必要，可对监听模块做进一步优化。

主动连接 可以异步或同步的连接对方。连接成功后，对socket的后续处理，与监听得到的socket完全一样。注：无论是监听得到的socket，还是连接得到的socket，后续处理完全一样。

Socket收发处理 每个socket对应一个收发实例，socket收发只针对字节流处理。收发时，做了优化。比如发送时，对数据做了沾包，提高发送性能；接收时，一次投递1K的数据。

组包处理 一般数据包都有包长度指示；比如 报头的前俩个字节表示长度，根据这个值就可以组成一个完整的包。

NetListener 监听

using System;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Threading;
 
namespace IocpCore
{
 class NetListener
 {
  private Socket listenSocket;
  public ListenParam _listenParam { get; set; }
  public event Action OnAcceptSocket;
 
  bool start;
 
  NetServer _netServer;
  public NetListener(NetServer netServer)
  {
   _netServer = netServer;
  }
 
  public int _acceptAsyncCount = 0;
  public bool StartListen()
  {
   try
   {
    start = true;
    IPEndPoint listenPoint = new IPEndPoint(IPAddress.Parse("0.0.0.0"), _listenParam._port);
    listenSocket = new Socket(listenPoint.AddressFamily, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
    listenSocket.Bind(listenPoint);
    listenSocket.Listen(200);
 
    Thread thread1 = new Thread(new ThreadStart(NetProcess));
    thread1.Start();
    
    StartAccept();
    return true;
   }
   catch (Exception ex)
   {
    NetLogger.Log(string.Format("**监听异常!{0}", ex.Message));
    return false;
   }
  }
 
  AutoResetEvent _acceptEvent = new AutoResetEvent(false);
  private void NetProcess()
  {
   while (start)
   {
    DealNewAccept();
    _acceptEvent.WaitOne(1000 * 10);
   }
  }
 
  private void DealNewAccept()
  {
   try
   {
    if(_acceptAsyncCount <= 10)
    {
     StartAccept();
    }
 
    while (true)
    {
     AsyncSocketClient client = _newSocketClientList.GetObj();
     if (client == null)
      break;
 
     DealNewAccept(client);
    }
   }
   catch (Exception ex)
   {
    NetLogger.Log(string.Format("DealNewAccept 异常 {0}***{1}", ex.Message, ex.StackTrace));
   }
  }
 
  private void DealNewAccept(AsyncSocketClient client)
  {
   client.SendBufferByteCount = _netServer.SendBufferBytePerClient;
   OnAcceptSocket?.Invoke(_listenParam, client);
  }
 
  private void AcceptEventArg_Completed(object sender, SocketAsyncEventArgs acceptEventArgs)
  {
   try
   {
    Interlocked.Decrement(ref _acceptAsyncCount);
    _acceptEvent.Set();
    acceptEventArgs.Completed -= AcceptEventArg_Completed;
    ProcessAccept(acceptEventArgs);
   }
   catch (Exception ex)
   {
    NetLogger.Log(string.Format("AcceptEventArg_Completed {0}***{1}", ex.Message, ex.StackTrace));
   }
  }
 
  public bool StartAccept()
  {
   SocketAsyncEventArgs acceptEventArgs = new SocketAsyncEventArgs();
   acceptEventArgs.Completed += AcceptEventArg_Completed;
 
   bool willRaiseEvent = listenSocket.AcceptAsync(acceptEventArgs);
   Interlocked.Increment(ref _acceptAsyncCount);
 
   if (!willRaiseEvent)
   {
    Interlocked.Decrement(ref _acceptAsyncCount);
    _acceptEvent.Set();
    acceptEventArgs.Completed -= AcceptEventArg_Completed;
    ProcessAccept(acceptEventArgs);
   }
   return true;
  }
 
  ObjectPool _newSocketClientList = new ObjectPool();
  private void ProcessAccept(SocketAsyncEventArgs acceptEventArgs)
  {
   try
   {
    using (acceptEventArgs)
    {
     if (acceptEventArgs.AcceptSocket != null)
     {
      AsyncSocketClient client = new AsyncSocketClient(acceptEventArgs.AcceptSocket);
      client.CreateClientInfo(this);
 
      _newSocketClientList.PutObj(client);
      _acceptEvent.Set();
     }
    }
   }
   catch (Exception ex)
   {
    NetLogger.Log(string.Format("ProcessAccept {0}***{1}", ex.Message, ex.StackTrace));
   }
  }
 }
}

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