[转载]C#实现的可复用Socket接收/发送共享缓冲区类

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在Socket的接收/发送方法：Send()、BeginSend()、Receive()、BeginReceive()中，第一个参数是字节数数组，表示当前接收数据区或需要发送的数据。普通Socket应用中，往往是接收/发送时创建数组，使用后数组空间由托管堆回收（Socket关闭后其关联的缓冲区情况类似）。显然，频繁创建接收/发送缓冲区将在托管堆上留下很多的内存碎块，影响系统性能。

 

使用Socket异步调事件参数类SocketAsyncEventArgs时考虑了上述情况，基本构思为：自定义一个缓冲区管理类如BufferManager，开辟一个大的、可重用接收/发送收缓冲区，用于SendAsync()、ReceiveAsync()等方法，之前使用SetBuffer()和属性OffSet、Count设定缓冲区空间。

 

事实上，在.NET 2.0平台上的Socket传统APM（异步编程模型）中仍然可用该这个技术。下面是修改的BufferManager类：

public sealed class BufferManager{    // ... 全部字段为private，类型和名称见构造函数    public BufferManager(int maxSessionCount, int receivevBufferSize, int sendBufferSize)    {        m_maxSessionCount = maxSessionCount;  // 最大可连接客户端数, int        m_receiveBufferSize = receivevBufferSize;  // 接收缓冲区大小, int        m_sendBufferSize = sendBufferSize;  // int        m_bufferBlockIndex = 0;  // 当前未用缓冲区块索引号, int        m_bufferBlockIndexStack = new Stack();  // 可重用缓冲区块索引号, Stack<int>泛型        m_receiveBuffer = new byte[m_receiveBufferSize * m_maxSessionCount];  // 接收缓冲区大小        m_sendBuffer = new byte[m_sendBufferSize * m_maxSessionCount];    }    public int ReceiveBufferSize    {        get { return m_receiveBufferSize; }    }    public int SendBufferSize    {        get { return m_sendBufferSize; }    }    public byte[] ReceiveBuffer    {        get { return m_receiveBuffer; }    }    public byte[] SendBuffer    {        get { return m_sendBuffer; }    }    public void FreeBufferBlockIndex(int bufferBlockIndex)  // 回收块索引号    {        if (bufferBlockIndex == -1)        {            return;        }        lock (this)        {            m_bufferBlockIndexStack.Push(bufferBlockIndex);        }    }    public int GetBufferBlockIndex()  // 获取可用缓冲区块索引号    {        lock (this)        {            int blockIndex = -1;            if (m_bufferBlockIndexStack.Count > 0)  // 有用过释放的缓冲块            {                blockIndex = m_bufferBlockIndexStack.Pop();            }            else            {                if (m_bufferBlockIndex < m_maxSessionCount)  // 有未用缓冲区块                {                    blockIndex = m_bufferBlockIndex++;                }            }            return blockIndex;        }    }    public int GetReceivevBufferOffset(int bufferBlockIndex)    {        if (bufferBlockIndex == -1)  // 没有使用共享块        {            return 0;  // 表示新建缓冲区，偏移为0        }        return bufferBlockIndex * m_receiveBufferSize;  // 接收块的偏移（数组起始下标）    }    public int GetSendBufferOffset(int bufferBlockIndex)    {        if (bufferBlockIndex == -1)  // 没有使用共享块        {            return 0;        }        return bufferBlockIndex * m_sendBufferSize;  // 发送块偏移（数组起始下标）    }    public void Clear()    {        lock (this)        {            m_bufferBlockIndexStack.Clear();            m_receiveBuffer = null;            m_sendBuffer = null;        }    }}

上述代码中，m_maxSessionCount是Socket服务器最大的可连客户端Socket数，BufferManager构造函数要求该数以及接收和发送缓冲区的大小，从而创建两个大的、可重复使用共享缓冲区。

 

具体使用步骤如下：

1. 创建一个BufferManager对象 m_bufferManager
2. 获取缓冲区块索引号：m_bufferBlockIndex = m_bufferManager.GetBufferBlockIndex()
3. 异步接收：先计算出缓冲区偏移地址，然后开始接收
4. 异步发送：先考虑发送串长度，然后决定是否使用缓冲区，见随后的代码
5. 不使用块索引号时：m_bufferManager.FreeBufferBlockIndext(m_bufferBlockIndex)回收

下面是申请一个缓冲区索引号的代码示例：

m_bufferBlockIndex = bufferManager.GetBufferBlockIndex();if (m_bufferBlockIndex == -1)  // 没有空块, 新建接收/发送缓冲区{    m_receiveBuffer = new byte[m_bufferManager.ReceiveBufferSize];    m_sendBuffer = new byte[m_bufferManager.SendBufferSize];}else  // 有空的缓冲区块，直接引用该块{    m_receiveBuffer = m_bufferManager.ReceiveBuffer;    m_sendBuffer = m_bufferManager.SendBuffer;}

下面是Socket异步接收数据的代码示例：

int bufferOffset = m_bufferManager.GetReceivevBufferOffset(m_bufferBlockIndex);  // 计算开始地址m_socket.BeginReceive(m_receiveBuffer, bufferOffset, m_bufferManager.ReceiveBufferSize,     SocketFlags.None, this.EndReceiveDatagram, this);

下面是Socket异步发送字符串datagramText的代码示例：

int byteLength = Encoding.ASCII.GetByteCount(datagramText);if (byteLength <= m_bufferManager.SendBufferSize)  // 可以用共享缓冲区{    int bufferOffset = m_bufferManager.GetSendBufferOffset(m_bufferBlockIndex);  // 计算开始地址    Encoding.ASCII.GetBytes(datagramText, 0, byteLength, m_sendBuffer, bufferOffset);    m_socket.BeginSend(m_sendBuffer, bufferOffset, byteLength, SocketFlags.None,         this.EndSendDatagram, this);}else  // 不能使用共享缓冲区{    byte[] data = Encoding.ASCII.GetBytes(datagramText);  // 获得数据字节数组    m_socket.BeginSend(data, 0, data.Length, SocketFlags.None, this.EndSendDatagram, this);}

在数据发送时，如果发送缓冲区大小比实际发送的包长度大，上述异步发送可以使用BufferManager公共缓冲区。否则，需要新建一个发送缓冲区（字节数组）。此外，用共享缓冲区分多次发送长数据包也是一个可考虑的方案，但实现比较复杂（留待以后解决）。数据接收则直接使用BufferManager，因为长数据包由Socket自动分多次接收，不需要考虑分包及包接收顺序等问题。另一个需要注意的是，获取的缓冲区索引块号要记住回收它们。

 

基于事件驱动的SocketAsyncEventArgs性能的改善，不仅与使用共享缓冲区的技术相关，更与其在完成端口（IOCP）共享SocketAsyncEventArgs对象有关，该对象可重复使用。而在传统的异步Socket处理时，总会创建一个IAsyncResult对象，该对象不可重复使用，且必须调用AsyncWaitHandle.Close()释放资源。显然，共享缓冲区技术只稍稍改善了应用系统的性能，没有从根本上消除Socket的APM的缺陷。

 

上述缓冲区类提供了一个Socket可重复使用的的接收/发送缓冲区技术方案，具体实现可以参看拙文可扩展多线程异步Socket服务器框架EMTASS 2.0和版本历史2.1中的简介及源码资源下载地址。