第3章 TCP編程

1、3.1 TCP簡介簡介3.2 同步同步與異步與異步3.3 C#中的中的TCP編程類編程類3.4 TCP基礎(chǔ)編程的一般步驟基礎(chǔ)編程的一般步驟3.5 同步同步TCP編程編程3.6異步異步TCP編程編程3.7 兩種兩種TCP程序的區(qū)別程序的區(qū)別3.1.1 TCP的工作過程的工作過程1. 連接的建立連接的建立TCP協(xié)議通過三個(gè)報(bào)文段完成類似電話呼叫的連接建立過程，這個(gè)過程稱為三次握手（three-way handshake），如圖3.1所示。2. 傳輸數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)一旦通信雙方建立了TCP連接，連接中的任何一方都能向?qū)Ψ桨l(fā)送數(shù)據(jù)和接收對(duì)方發(fā)來的數(shù)據(jù)。TCP協(xié)議負(fù)責(zé)把用戶數(shù)據(jù)（字節(jié)流）按一定的格式和長度組

2、成多個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行發(fā)送，并在接收到數(shù)據(jù)報(bào)之后按分解順序重新組裝和恢復(fù)用戶數(shù)據(jù)。利用TCP傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)是以字節(jié)流的形式進(jìn)行傳輸?shù)摹?. 連接的終止連接的終止建立一個(gè)連接需要三次握手，而終止一個(gè)連接要經(jīng)過四次握手，這是由TCP的半關(guān)閉（half-close）造成的。具體過程如圖3.2所示。TCP最主要的特點(diǎn)如下。(1)是面向連接的協(xié)議。(2)端到端的通信。每個(gè)TCP連接只能有兩個(gè)端點(diǎn)，而且只能一對(duì)一通信，不能一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)直接通信。(3)高可靠性。通過TCP連接傳送的數(shù)據(jù)，能保證數(shù)據(jù)無差錯(cuò)、不丟失、不重復(fù)地準(zhǔn)確到達(dá)接收方，并且保證各數(shù)據(jù)到達(dá)的順序與其發(fā)出的順序相同。(4)全雙工方式傳輸。(5)數(shù)據(jù)以

3、字節(jié)流的方式傳輸。(6)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)無消息邊界。在TCP工作時(shí)，底層Socket詳細(xì)的通信流程如圖3.3所示。同步工作方式是指利用TCP編寫的程序執(zhí)行到監(jiān)聽或接收語句時(shí)，在未完成工作（偵聽到連接請(qǐng)求或收到對(duì)方發(fā)來的數(shù)據(jù)）前不再繼續(xù)往下執(zhí)行，線程處于阻塞狀態(tài)，直到該語句完成相應(yīng)的工作后才繼續(xù)執(zhí)行下一條語句。異步工作方式是指程序執(zhí)行到監(jiān)聽或接收語句時(shí)，不論工作是否完成，都會(huì)繼續(xù)往下執(zhí)行。3.3.1 TcpListener類類TcpListener類用于監(jiān)聽和接收傳入的連接請(qǐng)求。該類的構(gòu)造函數(shù)常用的有以下兩種重載形式： TcpListener(IPEndPoint iep) TcpListener(I

4、PAddress localAddr, int port)在同步工作方式下，對(duì)應(yīng)有：（1）Start方法。（2）Stop方法。（3）AcceptSocket方法。（4）AcceptTcpClient方法。表3-1列出了TcpListener類的常用方法。方法方法說明說明AcceptSocket從端口處接收一個(gè)連接并賦予它Socket對(duì)象AcceptTcpClient從端口處接收一個(gè)連接并賦予它TcpClient對(duì)象Equals判斷兩個(gè)TcpListener對(duì)象是否相等GetHashCode用作特定類型的哈希函數(shù)GetType得到當(dāng)前實(shí)例類型Pending確定是否有掛起的連接請(qǐng)求Start開始偵

5、聽傳入的連接請(qǐng)求Stop關(guān)閉偵聽器ToString創(chuàng)建TcpListener對(duì)象的字符串表示TcpClient的構(gòu)造函數(shù)有以下4種重載形式。(1)TcpClient( )。該構(gòu)造函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)默認(rèn)的TcpClient對(duì)象，并自動(dòng)分配本機(jī)（客戶端）IP地址和端口號(hào)。利用此構(gòu)造函數(shù)創(chuàng)建對(duì)象后，還必須調(diào)用Connect方法與服務(wù)器建立連接。例如：TcpClient tcpClient = new TcpClient();tcpClient.Connect(“”, 51888);(2)TcpClient(AddressFamily family)。構(gòu)造函數(shù)創(chuàng)建的TcpClient對(duì)象也能自動(dòng)分配本機(jī)（客

6、戶端）IP地址和端口號(hào)，但是使用AddressFamily枚舉指定使用哪種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。創(chuàng)建該對(duì)象后，必須調(diào)用Connect方法與服務(wù)器建立連接。例如：TcpClient tcpClient = new TcpClient(AddressFamily.InterNetwork);tcpClient.Connect(“”, 51888);(3)TcpClient(IPEndPoint iep)。如果使用這種方式，必須調(diào)用Connect方法與服務(wù)器建立連接。例如：IPAddress address = Dns.GetHostAddresses (Dns.GetHostName();IPEndPoint

7、 iep = new IPEndPoint (address0, 51888);TcpClient tcpClient = new TcpClient(iep);tcpClient.Connect(“”, 51888);(4)TcpClient(string hostname, int port)。該構(gòu)造函數(shù)會(huì)自動(dòng)分配最合適的本地主機(jī)IP地址和端口號(hào)，并對(duì)DNS進(jìn)行解析，然后與遠(yuǎn)程主機(jī)建立連接。例如：TcpClient tcpClient = new TcpClient(“”, 51888);它相當(dāng)于：TcpClient tcpClient = new TcpClient();tcpClien

8、t Connect(“”, 51888);表3-2和表3-3分別列出了TcpClient類的常用屬性和方法。屬性屬性含義含義Client獲取或設(shè)置基礎(chǔ)套接字LingerState獲取或設(shè)置套接字保持連接的時(shí)間NoDelay獲取或設(shè)置一個(gè)值，該值在發(fā)送或接收緩沖區(qū)未滿時(shí)禁用延遲ReceiveBufferSize獲取或設(shè)置Tcp接收緩沖區(qū)的大小ReceiveTimeout獲取或設(shè)置套接字接收數(shù)據(jù)的超時(shí)時(shí)間SendBufferSize獲取或設(shè)置Tcp發(fā)送緩沖區(qū)的大小SendTimeout獲取或設(shè)置套接字發(fā)送數(shù)據(jù)的超時(shí)時(shí)間方法方法含義含義Close釋放TcpClient實(shí)例，而不關(guān)閉基礎(chǔ)連接Conne

9、ct用指定的主機(jī)名和端口號(hào)將客戶端連接到TCP主機(jī)BeginConnect開始一個(gè)對(duì)遠(yuǎn)程主機(jī)連接的異步請(qǐng)求EndConnect異步接受傳入的連接嘗試GetStream獲取能夠發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的NetworkStream對(duì)象3.4.1編寫服務(wù)器端程序的一般步驟編寫服務(wù)器端程序的一般步驟使用對(duì)套接字封裝后的類，編寫基于TCP的服務(wù)器端程序的一般步驟如下。(1)創(chuàng)建一個(gè)TcpListener對(duì)象，然后調(diào)用該對(duì)象的Start方法在指定的端口進(jìn)行監(jiān)聽。典型代碼如：/聲明private IPAddress localAddress;/IP地址private const int port = 51888;/端

10、口private TcpListener tcpListener;/監(jiān)聽套接字/初始化IPAddress listenIp = Dns.GetHostAddresses();localAddress = listenIp0;/初始化IP為本地地址/創(chuàng)建TcpListener對(duì)象，開啟監(jiān)聽tcpListener = new TcpListener(localAddress, port);tcpListener.Start();/監(jiān)聽開始(2)在單獨(dú)的線程中，循環(huán)調(diào)用AcceptTcpClient方法接受客戶端的連接請(qǐng)求，從該方法的返回結(jié)果中得到與該客戶端對(duì)應(yīng)的TcpClient對(duì)象，并利用該對(duì)象

11、的GetStream方法得到NetworkStream對(duì)象，然后再利用該對(duì)象得到其他使用更方便的對(duì)象如BinaryReader對(duì)象、BinaryWriter對(duì)象，為進(jìn)一步與對(duì)方通信作準(zhǔn)備。(3)每得到一個(gè)新的TcpClient對(duì)象，就創(chuàng)建一個(gè)與該客戶對(duì)應(yīng)的線程，在線程中與對(duì)應(yīng)的客戶進(jìn)行通信。Thread threadReceive = new Thread(ReceiveMessage);threadReceive.Start();(4)根據(jù)傳送信息的情況確定是否關(guān)閉與客戶的連接。關(guān)閉連接的代碼：if (br != null)br.Close();if (bw != null)bw.Close

12、();if (tcpClient != null)tcpClient.Close();toolStripStatusInfo.Text = 連接斷開!;使用對(duì)套接字封裝后的類，編寫基于TCP的客戶端程序的一般步驟如下。(1)利用TcpClient的構(gòu)造函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)TcpClient對(duì)象。private TcpClient tcpClient;tcpClient = new TcpClient();(2)使用Connect方法與服務(wù)器建立連接。tcpClient.Connect(remoteHost.HostName, int.Parse(tbxPort.Text);(3)利用TcpClient

13、對(duì)象的GetStream方法得到網(wǎng)絡(luò)流，然后利用該網(wǎng)絡(luò)流與服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。if (tcpClient != null)statusStripInfo.Invoke(shwStatusInfoCallBack, 連接成功!);networkStream = tcpClient.GetStream();br = new BinaryReader(networkStream);bw = new BinaryWriter(networkStream);(4)創(chuàng)建一個(gè)線程監(jiān)聽指定的端口，循環(huán)接收并處理服務(wù)器發(fā)送過來的信息。Thread threadReceive = new Thread(Recei

14、veMessage);threadReceive.Start();(5)完成工作后，向服務(wù)器發(fā)送關(guān)閉信息，并關(guān)閉與服務(wù)器的連接。3.5.1 界面設(shè)計(jì)界面設(shè)計(jì)服務(wù)器與客戶端程序設(shè)計(jì)簡潔清晰風(fēng)格的界面，如圖3.5所示。程序界面上控件的屬性描述見表3-4和表3-5。Name控件類型控件類型功能描述功能描述frmSyncTcpClientForm程序主窗體lstbxMsgViewListBox接收消息顯示tbxSendCountTextBox設(shè)置消息發(fā)送數(shù)tbxReceiveCountTextBox設(shè)置消息接收數(shù)btnClearButton【清空】按鈕btnReceiveButton【接收】按鈕tbx

15、MsgTextBox編輯待發(fā)信息btnSendButton【發(fā)送】按鈕tbxSrvIpTextBox填寫服務(wù)器IPtbxPortTextBox填寫服務(wù)端口btnConnectButton【連接】按鈕btnDisconnectButton【斷開】按鈕toolStripStatusInfoToolStripStatusLabel狀態(tài)欄文本標(biāo)簽toolStripProgressProcToolStripProgressBar狀態(tài)欄進(jìn)度條statusStripInfoStatusStrip狀態(tài)欄Name控件類型控件類型功能描述功能描述frmSyncTcpServerForm程序主窗體lstbxMsgV

16、iewListBox接收消息顯示tbxSendCountTextBox設(shè)置消息發(fā)送數(shù)tbxReceiveCountTextBox設(shè)置消息接收數(shù)btnClearButton【清空】按鈕btnReceiveButton【接收】按鈕tbxMsgTextBox編輯待發(fā)信息btnSendButton【發(fā)送】按鈕btnStartButton【開始偵聽】按鈕btnStopButton【關(guān)閉偵聽】按鈕btnDisconnectButton【斷開】按鈕toolStripStatusInfoToolStripStatusLabel狀態(tài)欄文本標(biāo)簽toolStripProgressProcToolStripProgr

17、essBar狀態(tài)欄進(jìn)度條statusStripInfoStatusStrip狀態(tài)欄表表3-5同步服務(wù)器端界面控件描述同步服務(wù)器端界面控件描述首先聲明4個(gè)委托：ShwMsgforViewCallBack、ShwStatusInfoCallBack、ShwProgressProcCallBack和ResetMsgTxtCallBack，然后將它們的實(shí)例分別綁定到定義好的4個(gè)函數(shù)（回調(diào)方法）：ShwMsgforView、ShwStatusInfo、ShwProgressProc和ResetMsgTxt，通過回調(diào)方法間接地執(zhí)行各自對(duì)應(yīng)的界面操作：列表顯示收到的消息、顯示狀態(tài)信息、顯示進(jìn)度和重置待發(fā)送的

18、消息文本。這是編寫“線程安全”的程序時(shí)操作界面控件的普遍方法，整個(gè)程序的完整代碼。與客戶端程序一樣，首先搭建好應(yīng)用委托回調(diào)機(jī)制的框架，整個(gè)程序的完整代碼。運(yùn)行服務(wù)器和客戶端程序，如圖3.6所示。1. 服務(wù)器接受請(qǐng)求（服務(wù)器接受請(qǐng)求（tcpClient = tcpListener.AcceptTcpClient();）單擊服務(wù)器【開始偵聽】按鈕，如圖3.7所示。單擊客戶進(jìn)程【連接】按鈕，向服務(wù)器發(fā)起連接請(qǐng)求，產(chǎn)生的現(xiàn)象如圖3.8所示。2. 接收數(shù)據(jù)（接收數(shù)據(jù)（string rcvMsgStr = br.ReadString();）單擊服務(wù)器【接收】按鈕，如圖3.9所示。設(shè)置客戶端發(fā)送消息數(shù)為5，

19、編輯消息內(nèi)容后，單擊“發(fā)送”按鈕，運(yùn)行效果如圖3.10所示。單擊客戶端【發(fā)送】按鈕，再發(fā)送5條消息，如圖3.11所示。3. 發(fā)送數(shù)據(jù)（發(fā)送數(shù)據(jù)（bw.Write(state.ToString();）在服務(wù)器接收線程未開啟的情況下，從客戶端向服務(wù)器發(fā)消息，如圖3.12所示。客戶端發(fā)送完畢后，服務(wù)器并無反應(yīng)。只有在單擊服務(wù)器【接收】按鈕后，才能看到收到的消息，如圖3.13所示，發(fā)送消息后對(duì)方卻是異步收到的！3.6.1 異步程序設(shè)計(jì)異步程序設(shè)計(jì)1. 基于基于IAsyncResult的異步設(shè)計(jì)模式的異步設(shè)計(jì)模式(1)基本原理?；贗AsyncResult的異步設(shè)計(jì)模式通過前綴分別為“Begin”和“E

20、nd”的兩個(gè)方法實(shí)現(xiàn)開始和結(jié)束異步操作，每個(gè)Begin方法都必須有一個(gè)與其對(duì)應(yīng)的End方法，如BeginAcceptTcpClient和EndAcceptTcpClient方法等。(2)AsyncCallback委托。AsyncCallback委托用于在異步操作完成時(shí)調(diào)用指定的回調(diào)方法。2. 異步異步TCP編程常用方法編程常用方法表3-6列出了TcpListener類、TcpClient類提供的部分異步操作方法。類類方法方法說明說明TcpListenerBeginAcceptTcpClient開始一個(gè)異步操作接受一個(gè)傳入的連接嘗試EndAcceptTcpClient異 步 接 受 傳 入 的

21、連 接 嘗 試 ， 并 創(chuàng) 建 新 的TcpClient處理遠(yuǎn)程主機(jī)通信TcpClientBeginConnect開始一個(gè)對(duì)遠(yuǎn)程主機(jī)連接的異步請(qǐng)求EndConnect異步接受傳入的連接嘗試3. 異步方式調(diào)用同步方法異步方式調(diào)用同步方法(1)聲明與要調(diào)用的方法具有相同簽名的委托。下面的代碼說明了如何聲明一個(gè)與要調(diào)用的方法具有相同簽名的委托：private BinaryWriter bw;private delegate void SendMessageDelegate(string sendMessage);private SendMessageDelegate sendMessageDeleg

22、ate;sendMessageDelegate = new SendMessageDelegate(AsyncSndMsg);private void AsyncSndMsg(string sendMessage)trybw.Write(sendMessage);bw.Flush();catch(2)通過輪詢方式檢查異步調(diào)用是否完成。聲明和AsyncSndMsg方法具有相同簽名的委托以后，公共語言運(yùn)行時(shí)就會(huì)自動(dòng)為該委托定義Beginlnvoke方法和Endlnvoke方法。然后就可以異步調(diào)用AsyncSndMsg方法了。調(diào)用Beginlnvoke方法后，該方法會(huì)立即返回IAsyncResult

23、類型的接口，從用戶界面的服務(wù)線程中進(jìn)行異步調(diào)用時(shí)，可以利用該接口的IsCompleted屬性來通過輪詢方式檢查異步調(diào)用是否完成。在輪詢過程中，Beginlnvoke方法在ThreadPool中創(chuàng)建的線程會(huì)繼續(xù)執(zhí)行異步方法。例如：private bool needExit;IAsyncResult result = sendMessageDelegate.BeginInvoke(sendMessage, null, null);while (result.IsCompleted = false)if (needExit)break;Thread.Sleep (50);(3)使用Endlnvoke

24、結(jié)束異步調(diào)用。Endlnvoke方法用于檢索異步調(diào)用的結(jié)果，并結(jié)束異步調(diào)用。調(diào)用Beginlnvoke之后，隨時(shí)可以調(diào)用該方法。如果異步調(diào)用尚未完成，則Endlnvoke會(huì)一直阻止調(diào)用線程，直到異步調(diào)用完成。例如，在退出輪詢后，可以直接通過下面的代碼結(jié)束異步調(diào)用：sendMessageDelegate.EndInvoke(result);給這個(gè)程序設(shè)計(jì)與3.5節(jié)程序一模一樣的界面，只在窗體標(biāo)題中注明這是異步程序，如圖3.14所示。程序界面上控件的屬性描述見表3-7和表3-8。Name控件類型控件類型功能描述功能描述frmAsyncTcpClientForm程序主窗體lstbxMsgViewLi

25、stBox接收消息顯示tbxSendCountTextBox設(shè)置消息發(fā)送數(shù)tbxReceiveCountTextBox設(shè)置消息接收數(shù)btnClearButton【清空】按鈕btnReceiveButton【接收】按鈕tbxMsgTextBox編輯待發(fā)信息btnSendButton【發(fā)送】按鈕tbxSrvIpTextBox填寫服務(wù)器IPtbxPortTextBox填寫服務(wù)端口btnConnectButton【連接】按鈕btnDisconnectButton【斷開】按鈕toolStripStatusInfoToolStripStatusLabel狀態(tài)欄文本標(biāo)簽toolStripProgressPr

26、ocToolStripProgressBar狀態(tài)欄進(jìn)度條statusStripInfoStatusStrip狀態(tài)欄Name控件類型控件類型功能描述功能描述frmAsyncTcpServerForm程序主窗體lstbxMsgViewListBox接收消息顯示tbxSendCountTextBox設(shè)置消息發(fā)送數(shù)tbxReceiveCountTextBox設(shè)置消息接收數(shù)btnClearButton【清空】按鈕btnReceiveButton【接收】按鈕tbxMsgTextBox編輯待發(fā)信息btnSendButton【發(fā)送】按鈕btnStartButton【開始偵聽】按鈕btnStopButton【關(guān)

27、閉偵聽】按鈕btnDisconnectButton【斷開】按鈕toolStripStatusInfoToolStripStatusLabel狀態(tài)欄文本標(biāo)簽toolStripProgressProcToolStripProgressBar狀態(tài)欄進(jìn)度條statusStripInfoStatusStrip狀態(tài)欄表表3-8異步服務(wù)器端界面控件描述異步服務(wù)器端界面控件描述首先搭建好應(yīng)用委托回調(diào)機(jī)制的通用框架，聲明4個(gè)委托：ShwMsgforViewCallBack、ShwStatusInfoCallBack、ShwProgressProcCallBack和ResetMsgTxtCallBack，然后將它們的實(shí)例分別綁定到定義好的4個(gè)函數(shù)（回調(diào)方法）：ShwMsgforView、ShwStatusInfo、ShwProgressProc和ResetMsgTxt。整個(gè)程序的完整代碼。與客戶端程序一樣，首先搭建好應(yīng)用委托回調(diào)機(jī)制的框架。由于這是異步服務(wù)器端，故如前一樣，要專門定義兩個(gè)異步操作方法AsyncRcvMsg和AsyncSndMsg，分別用來接收和發(fā)送信息，并且事先聲明和實(shí)例化與它們具有相同簽名的委托ReceiveMessageDelegate和SendMessageDel