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5.5 异步TCP编程举例(一)

张金富
 张金富
发布于 2012/07/10 18:12
字数 1556
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    本小节通过设计一个和例5-1相同网络聊天功能的程序来说明如何编写异步TCP应用程序。之所以在这个例子中仍然完成和同步聊天相同的功能,是为了让读者能通过代码更好地体会同步和异步之间的差别。

    【例5-3】利用基于IAyncResult的异步设计模式,编写一个与例5-1相同的网络聊天程序。

    5.5.1 服务器端编程

    根据系统要求,服务器必须能识别不同的客户,而且需要指明与哪个客户通信,服务器端的程序具体编写步骤如下。

    (1)创建一个名为AsyncTcpServer的Windows应用程序项目,将Form1.cs换名为FormServer.cs,设计界面如图5-9所示。

                                  图5-9    FormServer.cs的设计界面

    (2)在解决方案资源管理器中,用鼠标右击项目名,选择【添加】→【类】,添加一个类文件User.cs,用于保存与客户通信需要的信息。代码如下:

    class User
    {
        public TcpClient client { get; private set; }
        public BinaryReader br { get; private set; }
        public BinaryWriter bw { get; private set; }
        public string userName { get; set; }
        public User(TcpClient client)
        {
            this.client = client;
            NetworkStream networkStream = client.GetStream();
            br = new BinaryReader(networkStream);
            bw = new BinaryWriter(networkStream);
        }
        public void Close()
        {
            br.Close();
            bw.Close();
            client.Close();
        }
    }

    (3)切换到FormServer的代码编辑方式下,添加对应按钮的Click事件以及其他代码,源程序如下:

    public partial class FormServer : Form
    {
        /// <summary>保存连接的所有用户</summary>
        private List<User> userList = new List<User>();
        /// <summary>使用的本机IP地址</summary>
        IPAddress localAddress;
        /// <summary>监听端口</summary>
        private const int port = 51888;
        private TcpListener myListener;
        /// <summary>是否正常退出所有接收线程</summary>
        bool isExit = false;
        public FormServer()
        {
            InitializeComponent();
            listBoxStatus.HorizontalScrollbar = true;
            IPAddress[] addrIP = Dns.GetHostAddresses(Dns.GetHostName());
            //localAddress = addrIP[0];
            foreach (var ip in addrIP)
            {
                //判断是否为IPv4地址
                if (ip.AddressFamily == AddressFamily.InterNetwork)
                {
                    localAddress = ip;
                    break;
                }
            }
            buttonStop.Enabled = false;
        }
        /// <summary>【开始监听】按钮的Click事件</summary>
        private void buttonStart_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            myListener = new TcpListener(localAddress, port);
            myListener.Start();
            AddItemToListBox(string.Format("开始在{0}:{1}监听客户连接", localAddress, port));
            Thread myThread = new Thread(ListenClientConnect);
            myThread.Start();
            buttonStart.Enabled = false;
            buttonStop.Enabled = true;
        }
        /// <summary>监听客户端请求</summary>
        private void ListenClientConnect()
        {
            TcpClient newClient = null;
            while (true)
            {
                ListenClientDelegate d = new ListenClientDelegate(ListenClient);
                IAsyncResult result = d.BeginInvoke(out newClient, null, null);
                //使用轮询方式来判断异步操作是否完成
                while (result.IsCompleted == false)
                {
                    if (isExit)
                    {
                        break;
                    }
                    Thread.Sleep(250);
                }
                //获取Begin方法的返回值和所有输入/输出参数
                d.EndInvoke(out newClient, result);
                if (newClient != null)
                {
                    //每接受一个客户端连接,就创建一个对应的线程循环接收该客户端发来的信息
                    User user = new User(newClient);
                    Thread threadReceive = new Thread(ReceiveData);
                    threadReceive.Start(user);
                    userList.Add(user);
                    AddItemToListBox(string.Format("[{0}]进入", newClient.Client.RemoteEndPoint));
                    AddItemToListBox(string.Format("当前连接用户数:{0}", userList.Count));
                }
                else
                {
                    break;
                }
            }
        }

        private delegate void ListenClientDelegate(out TcpClient client);
        /// <summary>接受挂起的客户端连接请求</summary>
        private void ListenClient(out TcpClient newClient)
        {
            try
            {
                newClient = myListener.AcceptTcpClient();
            }
            catch
            {
                newClient = null;
            }
        }
        /// <summary>处理接收的客户端数据</summary>
        private void ReceiveData(object userState)
        {
            User user = (User)userState;
            TcpClient client = user.client;
            while (isExit == false)
            {
                string receiveString = null;
                ReceiveMessageDelegate d = new ReceiveMessageDelegate(ReceiveMessage);
                IAsyncResult result = d.BeginInvoke(user, out receiveString, null, null);
                //使用轮询方式来判断异步操作是否完成
                while (result.IsCompleted == false)
                {
                    if (isExit)
                    {
                        break;
                    }
                    Thread.Sleep(250);
                }
                //获取Begin方法的返回值和所有输入/输出参数
                d.EndInvoke(out receiveString, result);
                if(receiveString==null)
                {
                    if (isExit == false)
                    {
                        AddItemToListBox(string.Format("与[{0}]失去联系,已终止接收该用户信息", client.Client.RemoteEndPoint));
                        RemoveUser(user);
                    }
                    break;
                }
                AddItemToListBox(string.Format("来自[{0}]:{1}", user.client.Client.RemoteEndPoint, receiveString));
                string[] splitString = receiveString.Split(',');
                switch (splitString[0])
                {
                    case "Login":
                        user.userName = splitString[1];
                        AsyncSendToAllClient(user, receiveString);
                        break;
                    case "Logout":
                        AsyncSendToAllClient(user, receiveString);
                        RemoveUser(user);
                        return;
                    case "Talk":
                        string talkString = receiveString.Substring(splitString[0].Length + splitString[1].Length + 2);
                        AddItemToListBox(string.Format("{0}对{1}说:{2}",
                            user.userName, splitString[1], talkString));
                        AsyncSendToClient(user, "talk," + user.userName + "," + talkString);
                        foreach (User target in userList)
                        {
                            if (target.userName == splitString[1] && user.userName != splitString[1])
                            {
                                AsyncSendToClient(target, "talk," + user.userName + "," + talkString);
                                break;
                            }
                        }
                        break;
                    default:
                        AddItemToListBox("什么意思啊:" + receiveString);
                        break;
                }

            }
        }
        delegate void ReceiveMessageDelegate(User user, out string receiveMessage);
        /// <summary>接受客户端发来的信息</summary>
        private void ReceiveMessage(User user, out string receiveMessage)
        {
            try
            {
                receiveMessage = user.br.ReadString();
            }
            catch (Exception ex)
            {
                AddItemToListBox(ex.Message);
                receiveMessage = null;
            }
        }
        /// <summary>异步发送message给user</summary>
        private void AsyncSendToClient(User user, string message)
        {
            SendToClientDelegate d = new SendToClientDelegate(SendToClient);
            IAsyncResult result = d.BeginInvoke(user, message, null, null);
            while (result.IsCompleted == false)
            {
                if (isExit)
                {
                    break;
                }
                Thread.Sleep(250);
            }
            d.EndInvoke(result);
        }
        private delegate void SendToClientDelegate(User user, string message);
        /// <summary>发送message给user</summary>
        private void SendToClient(User user, string message)
        {
            try
            {
                //将字符串写入网络流,此方法会自动附加字符串长度前缀
                user.bw.Write(message);
                user.bw.Flush();
                AddItemToListBox(string.Format("向[{0}]发送:{1}",
                    user.userName, message));
            }
            catch
            {
                AddItemToListBox(string.Format("向[{0}]发送信息失败",
                    user.userName));
            }
        }
        /// <summary>异步发送信息给所有客户</summary>
        private void AsyncSendToAllClient(User user, string message)
        {
            string command = message.Split(',')[0].ToLower();
            if (command == "login")
            {
                for (int i = 0; i < userList.Count; i++)
                {
                    AsyncSendToClient(userList[i], message);
                    if (userList[i].userName != user.userName)
                    {
                        AsyncSendToClient(user, "login," + userList[i].userName);
                    }
                }
            }
            else if (command == "logout")
            {
                for (int i = 0; i < userList.Count; i++)
                {
                    if (userList[i].userName != user.userName)
                    {
                        AsyncSendToClient(userList[i], message);
                    }
                }
            }
        }
        /// <summary>移除用户</summary>
        private void RemoveUser(User user)
        {
            userList.Remove(user);
            user.Close();
            AddItemToListBox(string.Format("当前连接用户数:{0}", userList.Count));
        }

        private delegate void AddItemToListBoxDelegate(string str);
        /// <summary>在ListBox中追加状态信息</summary>
        /// <param name="str">要追加的信息</param>
        private void AddItemToListBox(string str)
        {
            if (listBoxStatus.InvokeRequired)
            {
                AddItemToListBoxDelegate d = AddItemToListBox;
                listBoxStatus.Invoke(d, str);
            }
            else
            {
                listBoxStatus.Items.Add(str);
                listBoxStatus.SelectedIndex = listBoxStatus.Items.Count - 1;
                listBoxStatus.ClearSelected();
            }
        }

        /// <summary>【停止监听】按钮的Click事件</summary>
        private void buttonStop_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            AddItemToListBox("开始停止服务,并依次使用户退出!");
            isExit = true;
            for (int i = userList.Count - 1; i >= 0; i--)
            {
                RemoveUser(userList[i]);
            }
            //通过停止监听让myListener.AcceptTcpClient()产生异常退出监听线程
            myListener.Stop();
            buttonStart.Enabled = true;
            buttonStop.Enabled = false;
        }

        /// <summary>关闭窗口时触发的事件</summary>
        private void MainForm_FormClosing(object sender, FormClosingEventArgs e)
        {
            if (myListener != null)
            {
                //引发buttonStop的Click事件
                buttonStop.PerformClick();
            }
        }
    }

    监听、发送数据和接收数据均使用异步方式调用同步的方法。实现监听功能时,先声明和ListenClient方法具有相同签名的委托ListenClientDelegate,公共语言运行时会自动为该委托定义BeginInvoke方法和EndInvoke方法。在方法ListenClientConnect()中通过调用委托ListenClientDelegate的对象d的BeginInvoke方法开始异步执行,调用BeginInvoke方法后,该方法会返回IAsyncResult类型的接口result,然后通过轮询方式检查result.IsCompleted的值以判断异步调用是否完成。如果没有完成,则将该线程挂起250ms。在轮询过程中,d的BeginInvoke方法在ThreadPool中创建的线程会继续执行异步方法。如果异步调用尚未完成,则d的EndInvoke会一直阻止调用线程,直到异步调用完成。异步调用完成后得到与之成功建立连接的TcpClient类型的客户端对象newClient。发送和接收数据的处理方式与之相同。

    (4)按<F5>键编译并运行,保证无编译错误,然后退出。

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