上一篇文章介紹了內(nèi)存映射文件，這篇文章我們介紹一種用得更加廣泛的方式——Socket 通信

Socket 介紹

Socket 稱為”套接字”，它分為流式套接字和用戶數(shù)據(jù)報(bào)套接字，分別對(duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中的 TCP 和 UDP 協(xié)議。這兩種均可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間通信（無論是否是同一機(jī)器）

TCP 協(xié)議是面向連接的協(xié)議，提供穩(wěn)定的雙向通信功能，TCP連接的建立是通過三次握手才能完成，穩(wěn)定性高，創(chuàng)建連接的效率相對(duì)UDP較低

UDP協(xié)議是面向無連接的，效率高，但不保證數(shù)據(jù)一定能夠正確傳輸（順序、丟包等）

我們應(yīng)該選擇 UDP 還是 TCP？

• 對(duì)數(shù)據(jù)的可靠性要求很高的場景，應(yīng)該選擇 TCP，比如涉及錢的地方。當(dāng)然也可以選擇 UDP，這時(shí)候需要我們自行來保證數(shù)據(jù)的可靠性
• 對(duì)速度要求高，但允許數(shù)據(jù)出現(xiàn)少量錯(cuò)誤的適合，UDP最合適。比如記錄日志的場景：一臺(tái)機(jī)器專用于記錄日志，其他的機(jī)器將日志發(fā)送給這臺(tái)機(jī)器即可；還有就是視頻會(huì)議的場景

但實(shí)際項(xiàng)目中，這樣“純粹”的場景并不是那么多，因此，往往采用的方案都是 TCP、UDP 相結(jié)合的方式來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然為了保證數(shù)據(jù)的可靠及業(yè)務(wù)的穩(wěn)定性，很多框架都不僅僅只有這么兩種技術(shù)

框架的復(fù)雜、輕量與否，與其應(yīng)對(duì)的業(yè)務(wù)場景是相關(guān)的。我們需要根據(jù)不同的場景，來選擇適合自己項(xiàng)目的框架。在 C# 中，有 FastSocket、SuperSocket 等 Socket 框架供大家選擇。其中 SuperSocket 支持 IOCP，它可以實(shí)現(xiàn)高性能、高并發(fā)。其他語言有 Netty、HP-Socket 等，這些也有 .NET 的移植版本

一般情況下，不建議各位朋友自己去寫一個(gè) Socket 框架來支持項(xiàng)目的業(yè)務(wù)場景，用現(xiàn)有的框架更加穩(wěn)當(dāng)。如果不知道選擇什么框架，可以去 Github 上搜索相關(guān)的開源框架

選擇 Github 中的框架時(shí)，我們應(yīng)該注意

• 選擇 Star 最多的
• 看作者上一次維護(hù)時(shí)間是多久，這個(gè)框架的 issue 多不多。更新頻繁的，往往可以選擇，這樣遇到問題也可以及時(shí)的處理
• 文檔：有一個(gè)詳細(xì)的開發(fā)文檔，可以提高我們開發(fā)的速度

Socket 通信，是市面上很多框架的基礎(chǔ)，因此我們有必要介紹下它的使用方式，及在開發(fā)過程中需要注意的事項(xiàng)

使用示例

在 C# 中，無論是 TCP 協(xié)議，還是 UDP 協(xié)議，都封裝在了 Socket 這個(gè)類中。使用時(shí)，只需要我們指定不同的參數(shù)即可

TCP 與 UDP 區(qū)別

• TCP 面向連接（如打電話要先撥號(hào)建立連接）; UDP 是無連接的，即發(fā)送數(shù)據(jù)之前不需要建立連接（扔出去就不用管了）
• TCP 提供可靠的服務(wù)。也就是說，通過 TCP 連接傳送的數(shù)據(jù)，無差錯(cuò)，不丟失，不重復(fù)，且按序到達(dá)；UDP 盡最大努力交付，即不保證可靠交付
• TCP 面向字節(jié)流，實(shí)際上是 TCP 把數(shù)據(jù)看成一連串無結(jié)構(gòu)的字節(jié)流；UDP 是面向報(bào)文的
• UDP 沒有堵塞控制，因此網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)堵塞不會(huì)使源主機(jī)的發(fā)送速率降低（對(duì)實(shí)時(shí)應(yīng)用很有用，如IP電話，實(shí)時(shí)視頻會(huì)議等）
• 每一條 TCP 連接只能是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的；UDP 支持一對(duì)一，一對(duì)多，多對(duì)一和多對(duì)多的交互通信（群視頻等場景）
• TCP 首部開銷 20 字節(jié)；UDP 的首部開銷小，只有8個(gè)字節(jié)
• TCP 的邏輯通信信道是全雙工的可靠信道，UDP 則是不可靠信道

在大部分情況下（針對(duì)性能而言），我們無法感覺到這兩者之間的差異；而在高并發(fā)的場景下，我們就能很容易體會(huì)到（因?yàn)樵L問量大了之后，任何細(xì)小的變化都能累積起來從而造成巨大的影響）

使用 TCP 面臨的一個(gè)主要問題就是粘包，業(yè)界主流的解決方案可歸納如下

• 消息定長：如每個(gè)數(shù)據(jù)包的大小固定為 1024 字節(jié)，如果不足 1024 字節(jié)，使用空格填充剩下的部分
• 在包尾增加回車換行符進(jìn)行分隔，比如 FTP 協(xié)議
• 將消息分為消息頭、消息體。消息頭包含了消息的總長度，及其他的一些元數(shù)據(jù)，消息體存儲(chǔ)具體的數(shù)據(jù)包。一般地，消息頭可以采用定長的方式，比如分配 40 個(gè)字節(jié)，其中16字節(jié)用于存放消息的長度信息，其余部分存放其他數(shù)據(jù)。
• 自定義應(yīng)用層協(xié)議：這種方式是為具體的業(yè)務(wù)場景而實(shí)現(xiàn)的，比如騰訊就有一套他們自己的通信框架

另外，如果覺得自定義協(xié)議太麻煩，我們也可以根據(jù) MQTT 協(xié)議來寫一套符合它的解決方案

針對(duì) TCP 的使用，我們給出一個(gè)例子。其中我們采用 Jil 來實(shí)現(xiàn)序列化

/// <summary>
/// 傳輸使用的包
/// </summary>
public class Packet {
    public const int TYPE_LOGIN = 10001;
    public const int TYPE_MSG = 10000;
    public const int TYPE_LOGOUT = 10002;
    public const int TYPE_INVALID = 40000;

    /// <summary>
    /// 這個(gè)包的類型。在實(shí)際業(yè)務(wù)場景中，一般會(huì)使用 int、short 等來表示，而不是 enum
    /// </summary>
    public int Type { get; set; }
    /// <summary>
    /// 具體的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)
    /// </summary>
    public string Data { get; set; }
}

以下為服務(wù)端代碼

using Jil;
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

namespace App {
    class Program {
        static void Main(string[] args) {
            TcpListener tcpListener = new TcpListener(new IPEndPoint(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 9999));
            tcpListener.Start();
            /// 此處僅僅用于處理客戶端的連接
            /// 而不涉及具體的業(yè)務(wù)邏輯
            while (true) {
                TcpClient remoteClient = tcpListener.AcceptTcpClient();
                ClientPacketHandlers packetHandlers = new ClientPacketHandlers(remoteClient);
            }
        }

    }

    /// <summary>
    /// 將業(yè)務(wù)邏輯處理分開
    /// </summary>
    public class ClientPacketHandlers {
        Dictionary<int, Action<NetworkStream, string>> clientHandlers = new Dictionary<int, Action<NetworkStream, string>>();
        TcpClient remoteClient;
        NetworkStream stream;
        Task processTask;
        CancellationTokenSource cancellationTokenSource;

        public ClientPacketHandlers(TcpClient client) {
            this.remoteClient = client;
            this.stream = remoteClient.GetStream();

            // 這個(gè)可以通過配置文件來添加處理器
            clientHandlers.Add(Packet.TYPE_LOGIN, HandleLogin);
            clientHandlers.Add(Packet.TYPE_MSG, HandleMsg);
            clientHandlers.Add(Packet.TYPE_LOGOUT, HandleLogout);

            cancellationTokenSource = new CancellationTokenSource();

            // 為該客戶端開辟一個(gè) Task，用于與該客戶端通信
            // 在高并發(fā)場景中，往往不會(huì)這樣做。而是采用 IOCP 或者其他的高性能的方式
            // 為每個(gè)客戶端開辟一個(gè) Task 不合理，也很浪費(fèi)系統(tǒng)資源（因?yàn)椴皇敲總€(gè)客戶端都會(huì)頻繁發(fā)送消息）
            processTask = Task.Run(() => {
                byte[] buffer = new byte[1024];
                while (true) {
                    int bytesRead = stream.Read(buffer, 0, 1024);
                    if (bytesRead > 0) {
                        byte[] realBytes = new byte[bytesRead];
                        Buffer.BlockCopy(buffer, 0, realBytes, 0, bytesRead);

                        Packet packet = JSON.Deserialize<Packet>(Encoding.UTF8.GetString(realBytes));
                        if (packet != null) {
                            if (clientHandlers.ContainsKey(packet.Type)) {
                                clientHandlers[packet.Type].Invoke(stream, packet.Data);
                            } else {
                                SendPacket(stream, new Packet() { Type = Packet.TYPE_INVALID, Data = "No handlers for your type" });
                            }
                        }
                    }

                    if (cancellationTokenSource == null || cancellationTokenSource.IsCancellationRequested) {
                        break;
                    }
                }
            }, cancellationTokenSource.Token);
        }

        public void HandleLogin(NetworkStream stream, string data) {
            if (stream == null || string.IsNullOrEmpty(data)) return;
            SendPacket(stream, new Packet() { Type = Packet.TYPE_LOGIN, Data = $"Hello, {data}" });
        }

        public void HandleMsg(NetworkStream stream, string data) {
            if (stream == null || string.IsNullOrEmpty(data)) return;
            SendPacket(stream, new Packet() { Type = Packet.TYPE_MSG, Data = $"Received Msg : {data}" });
        }

        public void HandleLogout(NetworkStream stream, string data) {
            if (stream == null || string.IsNullOrEmpty(data)) return;
            SendPacket(stream, new Packet() { Type = Packet.TYPE_LOGOUT, Data = $"Logout, {data}" });
            try {
                if (cancellationTokenSource != null) {
                    cancellationTokenSource.Cancel();
                    cancellationTokenSource.Dispose();
                }
            } catch (Exception e) {
            } finally {
                cancellationTokenSource = null;
            }
        }


        public void SendPacket(NetworkStream stream, Packet packet) {
            byte[] packetBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(JSON.Serialize(packet));
            stream.Write(packetBytes, 0, packetBytes.Length);
        }
    }
}

以下為客戶端代碼

using Jil;
using System;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;

namespace App {
    class Program {
        static void Main(string[] args) {
            TcpClient tcpClient = new TcpClient();
            tcpClient.Connect(new IPEndPoint(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 9999));
            NetworkStream networkStream = tcpClient.GetStream();

            Task.Run(() => {
                byte[] buffer = new byte[1024];
                while (true) {
                    int bytesRead = networkStream.Read(buffer, 0, 1024);
                    if (bytesRead > 0) {
                        byte[] realBytes = new byte[bytesRead];
                        Buffer.BlockCopy(buffer, 0, realBytes, 0, bytesRead);

                        Packet packet = JSON.Deserialize<Packet>(Encoding.UTF8.GetString(realBytes));
                        if (packet != null) {
                            Console.WriteLine($"RECEIVED DATA: {packet.Data}");
                        }
                    }
                }
            });

            while (true) {
                string line = Console.ReadLine();
                string[] strs = line.Split(':');
                if(strs.Length >= 2) {
                    if(strs[0] == "login") {
                        SendPacket(networkStream, new Packet() { Type = Packet.TYPE_LOGIN, Data = strs[1] });
                    } else if (strs[0] == "msg") {
                        SendPacket(networkStream, new Packet() { Type = Packet.TYPE_MSG, Data = strs[1] });
                    } else if (strs[0] == "logout") {
                        SendPacket(networkStream, new Packet() { Type = Packet.TYPE_LOGOUT, Data = strs[1] });
                    }
                }
            }
        }

        private static void SendPacket(NetworkStream networkStream, Packet packet) {
            byte[] packetBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(JSON.Serialize(packet));
            networkStream.Write(packetBytes, 0, packetBytes.Length);
        }
    }
}

這便是 TCP 通信的基礎(chǔ)示例了，在更復(fù)雜的場景中，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)將會(huì)更加復(fù)雜。但宗旨都只有一個(gè)，提供更加穩(wěn)定可靠的服務(wù)

UDP 的使用與 TCP 類似，因此就不一一舉例了

開發(fā)建議

• 盡量將對(duì)客戶端的管理，與具體的業(yè)務(wù)邏輯分開，這樣可以提高系統(tǒng)的可維護(hù)性
• 如果使用 TCP，除了解決粘包之外，還需要使用心跳包來使連接處于活動(dòng)狀態(tài)
• 在使用 UDP 的時(shí)候，如果需要保證數(shù)據(jù)的可靠性，此時(shí)需要通過其他的方式來輔助
• 如果要采用 GitHub 上的一些框架，一定要參考前面給出的建議
• 在不增加系統(tǒng)復(fù)雜度的情況下，可以使用微服務(wù)來提升系統(tǒng)的擴(kuò)展性。但切記不可濫用，過多的微服務(wù)會(huì)造成系統(tǒng)的可維護(hù)性下降，并且是指數(shù)級(jí)的下降
• 在高并發(fā)、高性能的場景下，需要采用其他的方式。比如 IOCP 等框架。除了避免系統(tǒng)資源的浪費(fèi)，更是為了提升系統(tǒng)的響應(yīng)能力

至此，這篇文章的內(nèi)容講解完畢。歡迎關(guān)注公眾號(hào)【嘿嘿的學(xué)習(xí)日記】，所有的文章，都會(huì)在公眾號(hào)首發(fā)，Thank you~

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