C#实现的可复用Socket接收/发送共享缓冲区类
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, int
m_receiveBufferSize = receivevBufferSize;// 接收缓冲区大小, int
m_sendBufferSize = sendBufferSize;// int
m_bufferBlockIndex = 0;// 当前未用缓冲区块索引号, int
m_bufferBlockIndexStack = new Stack();// 可重用缓冲区块索引号, Stack<int>泛型
m_receiveBuffer = new byte;// 接收缓冲区大小
m_sendBuffer = new byte;
}
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：
创建一个BufferManager对象 m_bufferManager
获取缓冲区块索引号：m_bufferBlockIndex = m_bufferManager.GetBufferBlockIndex()
异步接收：先计算出缓冲区偏移地址，然后开始接收
异步发送：先考虑发送串长度，然后决定是否使用缓冲区，见随后的代码
不使用块索引号时：m_bufferManager.FreeBufferBlockIndext(m_bufferBlockIndex)回收
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_sendBuffer = new byte;
}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：
创建一个BufferManager对象 m_bufferManager
获取缓冲区块索引号：m_bufferBlockIndex = m_bufferManager.GetBufferBlockIndex()
异步接收：先计算出缓冲区偏移地址，然后开始接收
异步发送：先考虑发送串长度，然后决定是否使用缓冲区，见随后的代码
不使用块索引号时：m_bufferManager.FreeBufferBlockIndext(m_bufferBlockIndex)回收
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_sendBuffer = new byte;
}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。
原文地址：http://www.evget.com/zh-CN/Info/ReadInfo.aspx?id=9082
页:
[1]