几种Socket服务器模型比较！

一、异步BeginXXX,EndXXX

先看其实现的方式:

1.监听

 //开启监听线程        public void StartListenThread()        {            Thread listen_thread = new Thread(new ThreadStart(ListenThread));            listen_thread.Start();        }        public void ListenThread()        {            try            {                listener = new TcpListener(System.Net.IPAddress.Parse(地址),Convert.ToInt32(端口));                listener.Start();                while (IsLoopContinue)                {                    waithandle.Reset();                    listener.BeginAcceptTcpClient(new AsyncCallback(ListenCallBack), listener);                    waithandle.WaitOne();//用以同步异步接受连接的请求                }            }            catch             {                IsLoopContinue = false;            }        }

2.Accept回调

 //异步接受连接回调函数        public void ListenCallBack(IAsyncResult ar)        {            try            {                TcpListener mylistener = ar.AsyncState as TcpListener;                TcpClient client = mylistener.EndAcceptTcpClient(ar);                SocketStruct newclient = new SocketStruct(client);//封装socket                                  waithandle.Set();//接受下一个连接                            newclient._nws.BeginRead(newclient._readbt, 0, newclient._readbt.Length, new AsyncCallback(ReadCallBack), newclient);//首次读取            }            catch            {                //            }        }

在accepet回调中才可获取时间完成后的信息，在异步accept完成后将得到新客户端socket，这时可以利用自定义的小型类去封装socket，该类可以包括该socket，端口，ip，流，缓冲区等等信息，或者其他有关业务的字段。并在首次获取客户端时进行第一次异步读取。异步读取时可以传入供socket操作的缓冲区，以及一个object对象，该对象原本只需传入一个socket对象即可，但是为了与业务交互，将自定义的小型类的实例newclient传入是再好不过了。

3.异步读的回调

  //异步读取数据回调函数        public void ReadCallBack(IAsyncResult ar)        {            try            {                SocketStruct client = (SocketStruct)ar.AsyncState;                int count = client._nws.EndRead(ar);                if (count == 0)                {                     //处理客户端正常断开                            }                else                {                   //客户端有数据，此时可以在缓冲区找到传来的数据                                       if (IsLoopContinue)//只有监听线程存在，则继续读取                    {   //递归死循环                        client.InitReadBt();                        client._nws.BeginRead(client._readbt, 0, client._readbt.Length, ReadCallBack, client);                    }                }            }            catch            {                         }        }

异步完成后则进入回调，在回调信息里最重要的就是EndRead后返回的字节数了，返回0则代表响应了一次I/0断开事件。这个0字节绝对不代表发送空数据，因为任何所谓的"空"数据都不是0字节，这个0字节是socket底层的一个返回值，可以有效的提示客户端断开。若大于0，则表明这次事件成功的读取到了数据，则可以递归进行下次读取。

4.异步发送和异步发送回调

发送 client._nws.BeginWrite(缓冲区, 0, count, SendCallBack, client);

回调  public void SendCallBack(IAsyncResult ar)
        {
            SocketStruct ss = ar.AsyncState as SocketStruct;
            ss._nws.EndWrite(ar);
        }
异步发送的回调没什么太多的信息，主要作用是看发送成功没。

总结：

这种方式主要利用递归生成while(true)来实现循环监听和读取。其中读取和发送均是利用socket中的流的异步读与写，每次读写均需要传入一个buffer，每个动作都有一个对应的完成事件，颇有IOCP的影子，至于是否支持大量客户端暂时不清楚，因为这种BeginXXX的操作到底是哪种线程类型，资源消耗如何还值得研究，但必须肯定的是绝对比new Thread这种方式要省资源和高效的多。

二、Select模型
为了方便select的实现，需要自定义一个列表，该列表需要具有线程安全级别

 

 public class ListHandler<T>    {       public List<T> list;       public ListHandler()       {           list=new List<T>();       }       public void Add(T value)       {           lock (list)           {               list.Add(value);           }       }       public void Remove(T value)       {           lock (list)           {               list.Remove(value);           }       }       public List<T> ToList()       {           lock (list)           {               return list.ToList();           }       }       public T Find(Predicate<T> match)       {           lock (list)           {               return list.Find(match);           }       }    }

其实也不需要一个泛型类，因为T肯定是用来存放socket类型的，当然，为了扩展，也可将封装socket的小型类做为T

在开始程序之前定义好该列表对象：

 /// <summary>        /// 客户端Socket列表        /// </summary>        private ListHandler<Socket> socketList;

select模型代码实现如下：

        /// <summary>        ///  监听线程        /// </summary>        public void StartListenThread()        {            try            {                listener = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);                listener.Bind(                              new IPEndPoint(IPAddress.Parse(readXML.GetIp()),                              Convert.ToInt32(readXML.GetPort()))                              );                listener.Listen(10);                               socketList.Add(listener);                while (true)                {                    List<Socket> checkReadList = socketList.ToList();                                      Socket.Select(checkReadList, null, null, 1000);                    int count = checkReadList.Count;                                    if (count > 0)                    {                        sb = "有数据的客户端个数为：" + count.ToString();                        Console.WriteLine(sb);                        for (int i = 0; i < count; i++)                        {                            if (checkReadList[i].Equals(listener))                            {                                listener.BeginAccept(new AsyncCallback(ListenCallBack), listener);                            }                            else                            {                                SocketStruct ss = clientInfoList.Find(s => s._socketClient == checkReadList[i]);                                                   checkReadList[i].BeginReceive(buffer.totalBytes, ss._offset, BUFFERSIZE, 0, new AsyncCallback(ReceiveCallBack), ss);                            }                        }                    }                }            }            catch            {            }        }

我想这几十行代码再霸气不过了，listen、accept、receive几个动作一气呵成，感觉直接就把服务器代码写完了。先来看下MSDN的解释：

Select 是一种静态方法，它可确定一个或多个 Socket 实例的状态。必须先将一个或多个套接字放入 IList 中，然后才能使用 Select 方法。通过调用 Select（将 IList 作为 checkRead 参数），可检查是否具有可读性。若要检查套接字是否具有可写性，请使用 checkWrite 参数。若要检测错误条件，请使用 checkError。在调用 Select 之后，IList 中将仅填充那些满足条件的套接字。

如果当前处于侦听状态，则可读意味着可成功地对 Accept 进行调用而没有阻止。如果当前已接受连接，则可读意味着有可读取的数据。这些情况下，所有的接收操作均可成功进行而没有阻止。可读性也可指示远程 Socket 是否已经关闭连接；如果连接已关闭，则对 Receive 的调用将立即返回，并返回零字节。

如果至少一个相关套接字（checkRead、checkWrite 和 checkError 列表中的套接字）符合其指定的条件，或者超过 microSeconds 参数，则无论先出现其中哪种情况，都会返回 Select。将microSeconds 设置为 -1 会指定无限大的超时值。

如果对 Connect 进行非阻止调用，则可写意味着已经成功连接。如果已经建立连接，则可写性意味着所有的发送操作均会成功完成而没有阻止。

如果对 Connect 进行非阻止调用，则 checkerror 参数将标识尚未成功连接的套接字。

如果只想确定单个 Socket 的状态，请使用 Poll 方法。

针对MSDN的详细解释，代码如此实现：

1.建立listensocket并且将其加入列表socketList;

2.调用Socket.Select方法

             参数:
        //   checkRead:
        //     要检查可读性的 System.Net.Sockets.Socket 实例的 System.Collections.IList。
        //
        //   checkWrite:
        //     一个 System.Net.Sockets.Socket 实例的 System.Collections.IList，用于检查可写性。
        //
        //   checkError:
        //     要检查错误的 System.Net.Sockets.Socket 实例的 System.Collections.IList。
        //
        //   microSeconds:
        //     超时值（以毫秒为单位）。A -1 值指示超时值为无限大。

在这里只需要找出有数据的socket即可，因此第二和三个参数均为null，超时设为1秒

此时列表中只有一个对象，其实就相当于Socket.Poll

3.判断数据的来源

注意Select的时候是将第一个参数中的对象做为check对象，即检查对象，去检测其是否有数据，方法执行完后会把所有符合条件的对象填充到第一个参数里，

所以第一个参数在执行完后肯定是多个对象的列表了。

对于监听socket，它有数据的情况只可能是有了新客户端，此时可以进行异步Accept，并且添加回调

 /// <summary>        /// 异步接受连接回调函数        /// </summary>        /// <param name="ia"></param>        public void ListenCallBack(IAsyncResult ia)        {            Socket listener = (Socket)ia.AsyncState;            Socket newClient = listener.EndAccept(ia);            socketList.Add(newClient);                   }

新客户端加入列表后，对于下次的Select操作，第一个参数将不再是列表cout为1的lisent对象了，而是有listensocket和客户端socket，所以若非listensocket产生了数据，

则一定是有数据从客户端发送过来了，立刻进行接收操作，并且回调

  /// <summary>        /// 异步接收数据回调函数        /// </summary>        /// <param name="ia"></param>        public void ReceiveCallBack(IAsyncResult ia)        {            SocketStruct ss = (SocketStruct)ia.AsyncState;                      Socket newClient = ss._socketClient;                   int endLength = newClient.EndReceive(ia);            Console.WriteLine("读到的字节数："+endLength.ToString());            if (endLength > 0)            {                //在此处读取数据            }            //the client has disconnected            else            {                try                {                    ss._socketClient.Shutdown(SocketShutdown.Send);                }                catch(Exception e)                {                    Console.WriteLine(e.Message);                }                ss._socketClient.Close();                               socketList.Remove(ss._socketClient);//维护列表                   }        }

若要发送数据，则在Select中设置检查可写操作即可筛选多个可发送的socket.

总结：

Select可以同时筛选出多个可读可写的对象，可以批量操作，对于某个时间段具有高并发的场合应该比较适合(没测过)，我并没有选用它的原因是批量处理是它的优点也是缺点----由于它的这个超时时间的参数将导致若有客户端断开，则将在超时时间内不停的响应I/0，在这块儿的处理比较棘手，而且若一次筛选出很多有数据的对象，一般在服务器都要有很多业务处理，则可能会导致有些延迟的效果，暂时没有好的解决办法，于是换了另一种方式。不过它在批量筛选上确实很诱人，在某种特殊的场合一定有它的发挥之处。光看实现的方式就觉得很霸气了呢。

三、利用SocketAsyncEventArgs

对于SocketAsyncEventArgs在不用细说了，太多经典的代码和服务器算法模型均出自该类下的socket通信，这种方式虽然我不能去查证其是否用的是IOCP，但是个人认为应该是的，BeginXXX+回调的方式已经有一些完成事件的影子了，而SocketAsyncEventArgs又对每个对象进行了socket操作的封装。就拿MSDN上给出的例子来说这个SocketAsyncEventArgs实现的过程吧。

使用此类执行异步套接字操作的模式包含以下步骤：

1. 分配一个新的 SocketAsyncEventArgs 上下文对象，或者从应用程序池中获取一个空闲的此类对象。

2. 将该上下文对象的属性设置为要执行的操作（例如，完成回调方法、数据缓冲区、缓冲区偏移量以及要传输的最大数据量）。

3. 调用适当的套接字方法 (xxxAsync) 以启动异步操作。

4. 如果异步套接字方法 (xxxAsync) 返回 true，则在回调中查询上下文属性来获取完成状态。

5. 如果异步套接字方法 (xxxAsync) 返回 false，则说明操作是同步完成的。 可以查询上下文属性来获取操作结果。

6. 将该上下文重用于另一个操作，将它放回到应用程序池中，或者将它丢弃。

这是MSDN上的原话，它将这个步骤说的过于概括，以至于如果初次接触该类，真的很难下手，因此我将其添加注释如下：

1. 分配一个新的 SocketAsyncEventArgs 上下文对象，或者从应用程序池中获取一个空闲的此类对象。

   每一个SocketAsyncEventArgs对象中有以下几个重要属性：

   public Socket AcceptSocket { get; set; }//accept后的socket对象赋给该对象，下次accept之前需要清除该对象（标为null）
   

   public byte[] Buffer { get; }//每个对象对应的缓冲区
   

   public int BytesTransferred { get; }//每次读取的字节数，类似于EndXXX完成后返回的字节数。

   public int Offset { get; }//缓冲区的偏移量

   public EndPoint RemoteEndPoint { get; set; }//目的源

   public object UserToken { get; set; }//类似于BeginXXX中的小型类Object对象，很有用

   public event EventHandler<SocketAsyncEventArgs> Completed;//响应IO的socket所有操作的事件

   public void SetBuffer(int offset, int count);//缓冲区已设好，只需调整大小
   
   public void SetBuffer(byte[] buffer, int offset, int count); //设置缓冲区，并设置大小
   

   这么多属性，自然需要很好的管理才行。第一个管理池就是SocketAsyncEventArgsPool，这就是上面步骤1中所说的应用程序池，该池用以管理每一个SocketAsyncEventArg对象，包括初始化，添加事件，出栈入栈（内部有栈）
   

2. 将该上下文对象的属性设置为要执行的操作（例如，完成回调方法、数据缓冲区、缓冲区偏移量以及要传输的最大数据量）。

   在上面的池中设置Comleted事件，并且调用SetBuffer去设置缓冲区，这时，就有第二个管理池出现，BufferManager

   这个类创建了一大块内存区域,它将会被分成若干份，用以分配给每一个上下文对象的socket I/O操作，预分配内存可以很方便的进行内存重用，更重要的是这样可以防止内存碎片化。

   注意:暴露在BfferManager类上的操作是非线程安全的
   

3. 调用适当的套接字方法 (xxxAsync) 以启动异步操作。

   若响应了IO操作，完成后则将进入Completed时间回调，这个时间回调就好比BeginXXX中的回调，但是比BeginXXX的回调要强大的多，该对象在这个回调中有一个LastOperation的枚举属性可以识别是哪种类型的操作，可以对此做出处理

4. 如果异步套接字方法 (xxxAsync) 返回 true，则在回调中查询上下文属性来获取完成状态。

   注意是Socket.XXXAsync，类似于BeginXXX

5. 如果异步套接字方法 (xxxAsync) 返回 false，则说明操作是同步完成的。 可以查询上下文属性来获取操作结果。

   这个我还真心没懂，因为还真没测出什么时候是同步的，有待研究

6. 将该上下文重用于另一个操作，将它放回到应用程序池中，或者将它丢弃。

   若不需要则进栈，服务器始终不删除该对象，初始化时便已经建立好了所有必备类和对象

经过上面的分析，应该很明朗了，看实现的代码：

1.BufferManager类

class BufferManager    {        int m_numBytes;                 //buffer大小        byte[] m_buffer;                        Stack<int> m_freeIndexPool;     //管理池(栈操作)        int m_currentIndex;        int m_bufferSize;        public BufferManager(int totalBytes, int bufferSize)        {            m_numBytes = totalBytes;            m_currentIndex = 0;            m_bufferSize = bufferSize;            m_freeIndexPool = new Stack<int>();        }        public void InitBuffer()        {            m_buffer = new byte[m_numBytes];        }        //为上下文对象分配内存；        //若栈中有数据则表明有内存曾今被回收过，则新的上下文对象就用这块内存        //否则就连续进行分配，直到内存满为止        public bool SetBuffer(SocketAsyncEventArgs args)        {            if (m_freeIndexPool.Count > 0)            {                args.SetBuffer(m_buffer, m_freeIndexPool.Pop(), m_bufferSize);            }            else            {                if ((m_numBytes - m_bufferSize) < m_currentIndex)                {                    return false;                }                args.SetBuffer(m_buffer, m_currentIndex, m_bufferSize);                m_currentIndex += m_bufferSize;            }            return true;        }        //从上下文中释放的内存都将放入管理池(栈)中        public void FreeBuffer(SocketAsyncEventArgs args)        {            m_freeIndexPool.Push(args.Offset);            args.SetBuffer(null, 0, 0);        }    }

2.SocketAsyncEventArgsPool类

 /// <summary>    /// 该类定义可用的上下文对象集合    /// </summary>    class SocketAsyncEventArgsPool    {        Stack<SocketAsyncEventArgs> m_pool;        /// <summary>        /// 初始化对象池        /// </summary>        /// <param name="capacity">最大连接数量</param>        public SocketAsyncEventArgsPool(int capacity)        {            m_pool = new Stack<SocketAsyncEventArgs>(capacity);        }        //回收对对象        public void Push(SocketAsyncEventArgs item)        {            if (item == null) { throw new ArgumentNullException("Items added to a SocketAsyncEventArgsPool cannot be null"); }            lock (m_pool)            {                m_pool.Push(item);            }        }        //分配对象        public SocketAsyncEventArgs Pop()        {            lock (m_pool)            {                return m_pool.Pop();            }        }        //对象个数        public int Count        {            get { return m_pool.Count; }        }    }

3.封装UserToken

    //这个类是将UserToken进行了再次封装，MSDN对于异步Socket的介绍中总会提到：    //若在异步回调中需要查询更多的信息，则应该建立一个小型类来管理回调时传递的Object对象    //UserToken其实就是那个传递的参数，AsyncUserToken就是对UserToken的封装，建立的小型类        public class AsyncUserToken    {        private Socket socket;        public Socket Socket        {            get { return this.socket; }            set { this.socket = value; }        }        //自定义的一些内容        private string id;        public string ID        {            get { return this.id; }            set { this.id = value; }        }                private string name;        public string Name        {            get { return this.name; }            set { this.name = value; }        }    }

4.具体组装以及实现

初始化：

//通过预分配可用的缓冲区和上下文来对象初始化服务器        //这些上下文对象大可不必在此预分配，它也暂时不会用到        //但是这么去创建可用的上下文对象会提高服务器的性能(避免局部多次new)        public void Init()        {           //分配一大块内存，每一个I/O操作只用其中的一小段        //这将有效地防止内存碎片化        m_bufferManager.InitBuffer();        // 预分配异步操作池---读、写池        SocketAsyncEventArgs receiveArgs;        SocketAsyncEventArgs sendArgs;        for (int i = 0; i < m_numConnections; i++)        {            //接收            receiveArgs = new SocketAsyncEventArgs();            receiveArgs.Completed += new EventHandler<SocketAsyncEventArgs>(OnReceiveCompleted);            receiveArgs.UserToken = new AsyncUserToken();            m_bufferManager.SetBuffer(receiveArgs);            receiveArgsPool.Push(receiveArgs);            //发送            sendArgs = new SocketAsyncEventArgs();            sendArgs.Completed += new EventHandler<SocketAsyncEventArgs>(OnSendCompleted);            sendArgs.UserToken = new AsyncUserToken();            m_bufferManager.SetBuffer(sendArgs);                         sendArgsPool.Push(sendArgs);        }        }

监听：

 //构造服务器时就开始启动监听        public void Start(IPEndPoint localEndPoint)        {            listenSocket = new Socket(localEndPoint.AddressFamily, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);            listenSocket.Bind(localEndPoint);                     listenSocket.Listen(100);            StartAccept(null);            Console.WriteLine("请按任意键结束服务....");            Console.ReadKey();        }        //开始接收连接请求        //当有数据时将会用上下文对象        public void StartAccept(SocketAsyncEventArgs acceptEventArg)        {            if (acceptEventArg == null)            {                acceptEventArg = new SocketAsyncEventArgs();                acceptEventArg.Completed += new EventHandler<SocketAsyncEventArgs>(AcceptEventArg_Completed);                            }            else            {                //AcceptSocket必须每次都要清空，不然将会报错                acceptEventArg.AcceptSocket = null;            }            m_maxNumberAcceptedClients.WaitOne();//超过所连接客户端的数量后，将阻塞Accept操作            try            {                bool willRaiseEvent = listenSocket.AcceptAsync(acceptEventArg);                if (!willRaiseEvent)                {                    ProcessAccept(acceptEventArg);                }            }            catch (Exception e)            {            }        }

当监听中有数据时则进入以下事件：

 

 //这个方法是与Socket.AcceptAsync操作有关的回调方法        //当一个accept操作完成后该方法将被调用        void AcceptEventArg_Completed(object sender, SocketAsyncEventArgs e)        {            ProcessAccept(e);        }

这个事件只和第一个startaccept中建立的对象绑定，也就说它只响应的是accept操作，这一点有点像Select模型中只有一个对象的情形。只是Select模型中当加入集合后一并处理，而这个模型是accept永远单独处理，剩下的操作自己做各种处理，觉得层次更清晰。

 private void ProcessAccept(SocketAsyncEventArgs e)        {            try            {                Interlocked.Increment(ref m_numConnectedSockets);                Console.WriteLine("Client connection accepted. There are {0} clients connected to the server",                    m_numConnectedSockets);                //获取接收到的客户端，并将其放入对应的上下文对象的UserToken里                SocketAsyncEventArgs receiveArgs = receiveArgsPool.Pop();                AsyncUserToken token1 = receiveArgs.UserToken as AsyncUserToken;                token1.Socket = e.AcceptSocket;                SocketAsyncEventArgs sendArgs = sendArgsPool.Pop();                AsyncUserToken token2 = sendArgs.UserToken as AsyncUserToken;                token2.Socket = e.AcceptSocket;                              lock (lockReceiveArgsList)                {                    receiveArgsList.Add(receiveArgs);                }                lock (lockSendArgsList)                {                    sendArgsList.Add(sendArgs);                }                //首先读一次，看有数据没                bool willRaiseEvent = e.AcceptSocket.ReceiveAsync(receiveArgs);                if (!willRaiseEvent)                {                    ProcessReceive(receiveArgs);                }                //递归，接受下一次的请求                StartAccept(e);            }            catch (Exception ex)            {                throw ex;            }        }

receive事件:

   //接收数据成功回调事件        void OnReceiveCompleted(object sender, SocketAsyncEventArgs e)        {                             ProcessReceive(e);                                             }

 private void ProcessReceive(SocketAsyncEventArgs e)        {            try            {                // 查看客户端是否已经断掉                AsyncUserToken token = (AsyncUserToken)e.UserToken;                if (e.BytesTransferred > 0 && e.SocketError == SocketError.Success)                {                    //原子性的计算总接收数据量                    Interlocked.Add(ref m_totalBytesRead, e.BytesTransferred);                    Console.WriteLine("The server has read a total of {0} bytes", m_totalBytesRead);                        bool willRaiseEvent = token.Socket.ReceiveAsync(e);                        if (!willRaiseEvent)                        {                            ProcessReceive(e);                        }                    }                }                else                {                    CloseClientSocket(e);                }            }            catch (Exception ex)            {                throw ex;            }        }

总结：

该模型将socket的操作封装成了事件，并且解决了局部多次new缓冲区导致内存碎片化的尴尬。不过值得注意一点的是，在上面我生成了2个socket，一个发送一个接收，是因为此模型的双工需要建立两个对象。比如MSDN上的例子是服务器收到客户端的信息后直接返回给该客户端，这没问题，因为是C--->S,S---->C的形式。而如果现在有两个客户端C1,C2，若C1--->S,S---->C2则会报错“该套接字实例已经在进行异步操作了”，想想也是，当C1--->S时，S的LastOperation处于Receive状态，这是一个Comleted事件，此时该委托并没有执行完毕，若S--->C2则肯定会报错，为了不影响该线程，另建立一个专门发送的对象去执行发送，虽然它也绑定了Comleted事件，但是对象已经不同了，更不存在并发和线程冲突问题了。对于官方给出的模型还是有很多问题的，比如很多示例都有FreeBuffer的操作，在里面将Buffer清楚，但是当新客户端上来的时候，若分配了此对象，那它连缓冲区都没有，如何Receive呢，肯定会报错的，所以我觉得没有必要FreeBuffer，以前该对象在Buffer中的子区域是什么样，丢弃入栈的时候还是什么样，OffSet永远不变，变的只是Count.