C#实现的可复用Socket接收/发送共享缓冲区类

(原创文章,转载请注明来源:)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, intm_receiveBufferSize = receivevBufferSize; // 接收缓冲区大小, intm_sendBufferSize = sendBufferSize; // intm_bufferBlockIndex = 0; // 当前未用缓冲区块索引号, intm_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: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。

,不求与人相比,但求超越自己,要哭就哭出激动的泪水,要笑就笑出成长的性格。

C#实现的可复用Socket接收/发送共享缓冲区类

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