异步

项目使用Socket与设备通信，可能同时会有成百上千个连接传送数据，当然不可能针对每个连接都要单独建立一个线程在后台接收数据，很明显的方式就是异步。

 

1. 怎么理解异步

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这里，我举个不太恰当的例子，打电话和写信。打电话的时候，理想情况下，我们希望我问个问题，对方立马就能答复的，如果对方憋了半天，啥话也不说，我也只能一直等着，因为我接下来要说的话，是要根据他的回复来说的，这样在这期间什么事也干不了，对于程序来说，就叫同步；而写信不是这样，写信是即使我只问一个问题，我也可以在发完信以后，做其他事情，比如吃个饭啊，睡个觉什么的，不用一直守在信箱旁边，等着那边的回信，这个就可以称为异步

所以引申到编程中来，可以知道异步实际上就是程序发送一个指令以后，并不是阻塞等待回复，而是继续运行，这样减少了资源浪费，也让程序运行更加流畅。

 

2. Socket异步通信原理

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Socket异步通信实际上是利用了Windows系统的消息机制，当发送异步请求的时候，Socket向操作系统注册了一个回调函数，告诉操作系统，这个回调是用来接收Socket那边发来的数据；当有回复返回的时候，操作系统通过调用注册的回调函数，通知应用程序有数据返回，从而达到处理回复的目的。

 

3. 了解.net异步编程的规则

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在实现异步通信前，我们来看看.net是如何实现异步的，以下摘自网络（自己写打字太多。。）

.NET Framework允许异步调用任何方法，定义与需要调用的方法具有相同签名的委托，CLR将自动为该委托定义添加适当签名的BeginInvoke虚方法和EndInvoke虚方法和Invoke方法。 

我们先来了解这2个方法和一个委托和一个接口：

(1)
BeginInvoke方法用于启动异步调用
它与您需要异步执行的方法具有相同的参数，只不过还有两个额外的参数，将 AsyncCallback 和 AsyncState（可通过 IAsyncResult 接口的AsyncState 属性获得）。作为最后两个参数，如没有可以为空。
BeginInvoke立即返回，不等待异步调用完成。
BeginInvoke返回IasyncResult，可用于监视调用进度。

结果对象IAsyncResult是从开始操作返回的，并且可用于获取有关异步开始操作是否已完成的状态。
结果对象被传递到结束操作，该操作返回调用的最终返回值。
在开始操作中可以提供可选的回调。如果提供回调，在调用结束后，将调用该回调；并且回调中的代码可以调用结束操作。

(2)
EndInvoke方法用于检索异步调用结果。
在调用BeginInvoke后可随时调用EndInvoke方法,注意：始终在异步调用完成后调用EndInvoke。
如果异步调用未完成，EndInvoke将一直阻塞到异步调用完成。
EndInvoke的参数包括需要异步执行的方法的out和ref参数以及由BeginInvoke返回的IAsyncResult。
要注意的是,始终在异步调用完成后调用EndInvoke

(3)
AsyncCallback委托用于指定在开始操作完成后应被调用的方法。
AsyncCallback委托被作为开始操作上的第二个到最后一个参数传递。
代码原型如下：
[Serializable]
public delegate void AsyncCallback(IAsyncResult ar);

(4)

IAsyncResult接口
它表示异步操作的状态，该接口定义了4个公用属性。

 

4. Socket异步通信的实现

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.net已经为我们建好了Socket的异步通信模型，并提供了相应的函数接口，我们只要直接拿来用就行了。接口主要一下三种：BeginAccept, EndAccept; BeginReceive, EndReceive; BeginSend, EndSend。使用这三种接口就能实现我们想要的异步通信方式。

新建一个控制台程序，在服务端，代码如下： （注：为了描述方便，所有代码只写关键步骤，没有考虑异常和其他条件处理）

建立服务端Socket，并设置好参数，绑定ip和端口后，使用BeginAccept异步监听连接，其中定义了新连接回调函数Accept，并设置参数“new socket connect”

static Socket socket;
static void Main(string[] args)
{
     //新建Socket，并开始监听连接
     socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
     socket.Bind(new IPEndPoint(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 1234));
     socket.Listen(100);
     socket.BeginAccept(new AsyncCallback(Accept), "new socket connect");

     Console.ReadKey();
}

 

当有新的连接请求时，触发回调，建立完成后，启动异步接收

static void Accept(IAsyncResult ar)
{
    Console.WriteLine(ar.AsyncState.ToString());

    //结束监听
    Socket _socket = socket.EndAccept(ar);

    //投递接收请求
    Mark mark = new Mark(_socket);
    _socket.BeginReceive(mark.buffer, 0, mark.buffer.Length, SocketFlags.None, new AsyncCallback(Receive), mark)
}

其中，定义类Mark，用于保存新连接和要接收的数据。

class Mark
{
    public Socket socket;
    public byte[] buffer;

    public Mark(Socket socket)
    {
        this.socket = socket;
        buffer = new byte[1024];
    }
}

 

接收到数据，并打印，同时异步发送一条信息

static void Receive(IAsyncResult ar)
{
    Mark mark = (Mark)ar.AsyncState;
    //结束接收
    int length = mark.socket.EndReceive(ar);
    if (length > 0)
    {
        Console.WriteLine("Receive: " + Encoding.Default.GetString(mark.buffer, 0, length));

        byte[] senddata = Encoding.Default.GetBytes("hello, this is server.");
        Console.WriteLine("Send: hello, this is server.");
        //投递发送请求
        mark.socket.BeginSend(senddata, 0, senddata.Length, SocketFlags.None, new AsyncCallback(Send), mark);
    }
}

 

最后，结束发送

static void Send(IAsyncResult ar)
{
    Mark mark = (Mark)ar.AsyncState;
    //结束发送
    mark.socket.EndSend(ar);
}

这样，服务端的简单异步处理完成，客户端类似，不做赘述。

class Program
{
    static Socket socket;
    static void Main(string[] args)
    {
        socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
        socket.Connect(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 1234);

        byte[] senddata = Encoding.Default.GetBytes("Hello, this is client.");
        Console.WriteLine("Send: Hello, this is client.");
        socket.BeginSend(senddata, 0, senddata.Length, SocketFlags.None, new AsyncCallback(Send), null);

        Console.ReadKey();
    }

    static void Send(IAsyncResult ar)
    {
        socket.EndSend(ar);

        byte[] buffer = new byte[1024];
        socket.BeginReceive(buffer, 0, buffer.Length, SocketFlags.None, new AsyncCallback(Receive), buffer);
    }

    static void Receive(IAsyncResult ar)
    {
        int length = socket.EndReceive(ar);
        if (length > 0)
        {
            byte[] buffer = (byte[])ar.AsyncState;
            Console.WriteLine("Receive: " + Encoding.Default.GetString(buffer, 0, length));
        }
    }
}

 

启动服务端，再启动客户端，结果如下：

client：

 

server: