完成端口

說(shuō)到完成端口,我想很多人都不太陌生,下面是一段摘錄:
“完成端口”模型是迄今為止最為復(fù)雜的一種I/O模型。然而，假若一個(gè)應(yīng)用程序同時(shí)需要管理為數(shù)眾多的套接字，那么采用這種模型，往往可以達(dá)到最佳的系統(tǒng)性能！但不幸的是，該模型只適用于Windows NT和Windows 2000操作系統(tǒng)。因其設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，只有在你的應(yīng)用程序需要同時(shí)管理數(shù)百乃至上千個(gè)套接字的時(shí)候，而且希望隨著系統(tǒng)內(nèi)安裝的CPU數(shù)量的增多，應(yīng)用程序的性能也可以線性提升，才應(yīng)考慮采用“完成端口”模型。要記住的一個(gè)基本準(zhǔn)則是，假如要為Windows NT或Windows 2000開發(fā)高性能的服務(wù)器應(yīng)用，同時(shí)希望為大量套接字I/O請(qǐng)求提供服務(wù)（Web服務(wù)器便是這方面的典型例子），那么I/O完成端口模型便是最佳選擇！（節(jié)選自《Windows網(wǎng)絡(luò)編程》第八章）

在.net中,一旦說(shuō)到完成端口,我們就不得不提到SocketAsyncEventArgs這個(gè)高性能的類,其內(nèi)部是基于完成端口實(shí)現(xiàn)的,然后被微軟提供了諸多封裝,所以使用起來(lái)也比較簡(jiǎn)單一些.由于這個(gè)類利用完成端口并且結(jié)合異步事件的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)的,所以我們可以大致的知道他的一些特點(diǎn).

處理流程

關(guān)于此類,微軟的解釋很多,但是始終離不開高性能三個(gè)字.根據(jù)我的理解,如果利用此類設(shè)計(jì)一個(gè)服務(wù)端的消息傳送中心,那么其運(yùn)作流程如下:

１.創(chuàng)建SocketAsyncEventArgs池,并且創(chuàng)建緩沖管理中心,負(fù)責(zé)對(duì)池中的對(duì)象分配緩沖大小.

２.創(chuàng)建服務(wù)器套接字,并處于監(jiān)聽(tīng)狀態(tài).同時(shí)創(chuàng)建基于SocketAsyncEventArgs的客戶端接收對(duì)象,接收客戶端的連接.

３.如果有客戶端連接, 客戶端接收對(duì)象將會(huì)把控制權(quán)移交給數(shù)據(jù)接收對(duì)象,數(shù)據(jù)接收對(duì)象開始接收數(shù)據(jù).

這只是一個(gè)簡(jiǎn)單的流程,從這里我們可以看出,服務(wù)端套接字只是負(fù)責(zé)監(jiān)聽(tīng),一旦有客戶端連接,就會(huì)把連接事件拋給接收對(duì)象;所以客戶端一個(gè)一個(gè)的來(lái),服務(wù)端一個(gè)一個(gè)的拋,性能自然會(huì)好了不少.

說(shuō)了這么多,我們來(lái)淺析一下SocketAsyncEventArgs對(duì)象中的一些基本的知識(shí)點(diǎn).

緩沖

首先,說(shuō)到緩沖,我們很容易理解為一個(gè)存儲(chǔ)池,里面可以放入東西,也可以拿走.在SocketAsyncEventArgs類中,我們可以利用其SetBuffer方法初始化緩沖區(qū).

比如說(shuō):　receiveArgs.SetBuffer(new byte[10],0,5);他的意思就是為當(dāng)前接收數(shù)據(jù)對(duì)象設(shè)置的緩沖區(qū)大小為10字節(jié),位置從0開始,并且允許接收的最大的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為5字節(jié).

當(dāng)數(shù)據(jù)被接收,然后寫入到緩沖區(qū)的時(shí)候,數(shù)據(jù)會(huì)按照預(yù)先設(shè)定好的緩沖規(guī)則進(jìn)行放置.比如這里我輸入aaaaa,那么在緩沖區(qū)會(huì)放入如下數(shù)據(jù):

?

但是當(dāng)有新的數(shù)據(jù)再進(jìn)來(lái)的時(shí)候,比如這里我輸入了bbbb,那么緩沖區(qū)就變成了

看到了沒(méi)有,緩沖區(qū)中第五位依然是我們前一次插入的值,所以,在這里我提醒大家,緩沖區(qū)的東西取完之后,一定要重置一下,否則臟數(shù)據(jù)會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯(cuò)誤.

講到這里,也許有人會(huì)說(shuō),假如我插入aaaaab會(huì)怎么樣,其實(shí),這個(gè)長(zhǎng)度已經(jīng)超過(guò)了緩沖區(qū)的長(zhǎng)度,緩沖區(qū)將會(huì)做截?cái)嗵幚?然后當(dāng)作兩段放入緩存中,首先會(huì)是

,然后會(huì)是

?

所以如果這個(gè)時(shí)候你的數(shù)據(jù)沒(méi)有被及時(shí)取走的話,將會(huì)得到最終結(jié)果　

?這不,已經(jīng)發(fā)生粘包現(xiàn)象了.

?拋出方式

說(shuō)完緩沖,這里我們需要說(shuō)到的是服務(wù)端套接字是如何將接收的客戶端通過(guò)事件的方式拋給SocketAsyncEventArgs對(duì)象的.

在進(jìn)行服務(wù)端,我們一般都會(huì)有一個(gè)用于監(jiān)聽(tīng)的套接字,套接字會(huì)利用serverSocket.AcceptAsync(SocketAsyncEventArgs)異步方法注冊(cè)SocketAsyncEventArgs對(duì)象,然后一旦有客戶端連接,就會(huì)激發(fā)SocketAsyncEventArgs對(duì)象的Completed事件,然后,在這個(gè)事件中,serverSocket會(huì)通過(guò)ReceiveAsync(SocketAsyncEventArgs)異步方法將數(shù)據(jù)處理的過(guò)程交給另外一個(gè)專門負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理的對(duì)象去完成,這樣,客戶端連接,服務(wù)端只負(fù)責(zé)將連接事件拋給SocketAsyncEventArgs對(duì)象即可,比起傳統(tǒng)的編程方式:　服務(wù)端既負(fù)責(zé)監(jiān)聽(tīng),又負(fù)責(zé)接收,　效率極大的提升.

同步方式

最后說(shuō)到的是同步問(wèn)題,因?yàn)樵诋惒浇换サ南到y(tǒng)中,同步問(wèn)題確實(shí)很重要,尤其是當(dāng)客戶端和服務(wù)器同步的時(shí)候.

客戶端里面的線程同步,我們可以利用AutoResetEvent來(lái)實(shí)現(xiàn),客戶端和服務(wù)端同步的時(shí)候,我們需要AutoResetEvent并且結(jié)合一些標(biāo)記信息來(lái)進(jìn)行,也就是客戶端往服務(wù)器發(fā)送的一些小標(biāo)記,比如１代表可以進(jìn)行,０代表取消等等.

在設(shè)計(jì)的時(shí)候,我們還需要記住的是,代碼的核心只是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸,不要加過(guò)多的邏輯判斷在里面,否則會(huì)影響性能,邏輯判斷等最好移到界面處理處來(lái)進(jìn)行.

代碼精解

好了,下面上代碼來(lái)解釋解釋.

首先我們先從服務(wù)端開始:

View Code private int listenClientCount;private int poolSize;private int bufferSize;private EndPoint endPoint;private Socket serverSocket;private SocketAsyncEventArgsPool readWritePool;private BufferManager bufferManager;private SocketAsyncEventArgs acceptArgs;private SocketAsyncEventArgs receiveArgs;private SocketAsyncEventArgs sendArgs;public Action<Socket> OnStarted;public Action<Socket> OnConnected;public Action<SocketAsyncEventArgs> OnReceive;public Action<SocketAsyncEventArgs> OnSent;public Action<SocketAsyncEventArgs> OnDisconnect;public Action OnStopped;

在服務(wù)端,我們會(huì)定義服務(wù)端套接字,用于連接對(duì)象的acceptArgs,用于接收數(shù)據(jù)的receiveArgs以及用于拋出事件的一些Action等等,這些Action讓外部引用進(jìn)行注冊(cè)并進(jìn)行操縱.

然后這里是Start函數(shù),

View Code public void Start(){if (this.serverSocket != null)throw new Exception("Server is running, can't init another one.");this.serverSocket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);try{this.serverSocket.Bind(endPoint);this.serverSocket.Listen(listenClientCount);}catch (ArgumentNullException ex){throw new Exception(ex.Message);}catch (SocketException ex){throw new Exception(ex.Message);}if (OnStarted != null)OnStarted(serverSocket);StartAccept(null);}

這個(gè)函數(shù)的作用就是開啟監(jiān)聽(tīng),并且將接收事件傳遞給acceptArgs對(duì)象.
然后,當(dāng)客戶端連接過(guò)來(lái)的時(shí)候,服務(wù)端套接字開始將控制權(quán)傳遞給receiveArgs對(duì)象:

View Code private void ProcessAccept(SocketAsyncEventArgs e){if (OnConnected != null){OnConnected(e.AcceptSocket);}receiveArgs = this.readWritePool.Pop();this.bufferManager.SetBuffer(receiveArgs);receiveArgs.AcceptSocket = e.AcceptSocket;receiveArgs.Completed += IO_Completed;if (!e.AcceptSocket.ReceiveAsync(receiveArgs)){ProcessReceive(receiveArgs);}StartAccept(e);}

注意,這里有一個(gè)IO_Completed事件,表示一旦當(dāng)前數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)接收完成,receiveArgs對(duì)象將會(huì)觸發(fā)該事件,用于進(jìn)行下一步操作,一般會(huì)取lastOperation來(lái)判斷是否繼續(xù)接收.
最后需要說(shuō)的就是真正的數(shù)據(jù)接收函數(shù):

View Code private void ProcessReceive(SocketAsyncEventArgs e){if (e.BytesTransferred > 0 && e.SocketError == SocketError.Success){if (this.OnReceive != null)this.OnReceive(e);if (!e.AcceptSocket.ReceiveAsync(e)){this.ProcessReceive(e);}}else{CloseClient(e);}}

這個(gè)函數(shù)利用了循環(huán)的方式來(lái)接收數(shù)據(jù),以便保證所有的數(shù)據(jù)都能夠進(jìn)來(lái),直至數(shù)據(jù)接收完成.在這個(gè)接收函數(shù)中,不應(yīng)該有任何的邏輯判斷,否則會(huì)比較影響吞吐性能.

測(cè)試結(jié)果

好了,下面就看下界面截圖吧(請(qǐng)注意,這里我得客戶端是在上海,服務(wù)器端在香港,真實(shí)模擬數(shù)據(jù)傳輸情況).

(圖１,這是服務(wù)端開啟時(shí)候的情景)

(圖２,這是客戶端開啟時(shí)候的情景)

(圖３,客戶端準(zhǔn)備發(fā)送文件給服務(wù)器端的情景,請(qǐng)注意這里的同步方式,客戶端會(huì)等待服務(wù)端準(zhǔn)備完成,才會(huì)開始傳送數(shù)據(jù))

(圖４,數(shù)據(jù)傳送中,請(qǐng)看,左邊是客戶端的緩沖區(qū)的緩沖數(shù)據(jù),右邊是服務(wù)器端的接收緩沖區(qū)的緩沖數(shù)據(jù))

(圖５,數(shù)據(jù)傳輸完畢的情景)

(圖６,請(qǐng)注意,即使我們服務(wù)端設(shè)置的接收緩沖區(qū)為327670,長(zhǎng)度為32767,但是有時(shí)候數(shù)據(jù)還是不會(huì)完整的到達(dá)的,遇到這種情況,我們只需等待下一批數(shù)據(jù)到達(dá)即可.)

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總結(jié)

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