淺析C#中的套接字編程

作者：springxie 2009-03-10 13:59:41

本文向大家初步介紹了套接字的基本概念和實(shí)現(xiàn)套接字編程的基本原理，還通過(guò)一個(gè)很好的實(shí)例向大家展示了在C#下進(jìn)行套接字編程的實(shí)現(xiàn)方法和一些編程技巧。

C#是微軟隨著VS.net新推出的一門語(yǔ)言。它作為一門新興的語(yǔ)言，有著C++的強(qiáng)健，又有著VB等的RAD特性。而且，微軟推出C#主要的目的是為了對(duì)抗Sun公司的Java。大家都知道Java語(yǔ)言的強(qiáng)大功能，尤其在網(wǎng)絡(luò)編程方面。于是，C#在網(wǎng)絡(luò)編程方面也自然不甘落后于人。本文就向大家介紹一下C#下實(shí)現(xiàn)套接字（Sockets）編程的一些基本知識(shí)，以期能使大家對(duì)此有個(gè)大致了解。首先，我向大家介紹一下套接字的概念。

套接字基本概念：

套接字是通信的基石，是支持TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信的基本操作單元?？梢詫⑻捉幼挚醋鞑煌鳈C(jī)間的進(jìn)程進(jìn)行雙向通信的端點(diǎn)，它構(gòu)成了單個(gè)主機(jī)內(nèi)及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)間的編程界面。套接字存在于通信域中，通信域是為了處理一般的線程通過(guò)套接字通信而引進(jìn)的一種抽象概念。套接字通常和同一個(gè)域中的套接字交換數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)交換也可能穿越域的界限，但這時(shí)一定要執(zhí)行某種解釋程序）。各種進(jìn)程使用這個(gè)相同的域互相之間用Internet協(xié)議簇來(lái)進(jìn)行通信。

套接字可以根據(jù)通信性質(zhì)分類，這種性質(zhì)對(duì)于用戶是可見(jiàn)的。應(yīng)用程序一般僅在同一類的套接字間進(jìn)行通信。不過(guò)只要底層的通信協(xié)議允許，不同類型的套接字間也照樣可以通信。套接字有兩種不同的類型：流套接字和數(shù)據(jù)報(bào)套接字。

套接字工作原理：

要通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通信，你至少需要一對(duì)套接字，其中一個(gè)運(yùn)行于客戶機(jī)端，我們稱之為ClientSocket，另一個(gè)運(yùn)行于服務(wù)器端，我們稱之為ServerSocket。

根據(jù)連接啟動(dòng)的方式以及本地套接字要連接的目標(biāo)，套接字之間的連接過(guò)程可以分為三個(gè)步驟：服務(wù)器監(jiān)聽(tīng)，客戶端請(qǐng)求，連接確認(rèn)。

所謂服務(wù)器監(jiān)聽(tīng)，是服務(wù)器端套接字并不定位具體的客戶端套接字，而是處于等待連接的狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。

所謂客戶端請(qǐng)求，是指由客戶端的套接字提出連接請(qǐng)求，要連接的目標(biāo)是服務(wù)器端的套接字。為此，客戶端的套接字必須首先描述它要連接的服務(wù)器的套接字，指出服務(wù)器端套接字的地址和端口號(hào)，然后就向服務(wù)器端套接字提出連接請(qǐng)求。

所謂連接確認(rèn)，是指當(dāng)服務(wù)器端套接字監(jiān)聽(tīng)到或者說(shuō)接收到客戶端套接字的連接請(qǐng)求，它就響應(yīng)客戶端套接字的請(qǐng)求，建立一個(gè)新的線程，把服務(wù)器端套接字的描述發(fā)給客戶端，一旦客戶端確認(rèn)了此描述，連接就建立好了。而服務(wù)器端套接字繼續(xù)處于監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)，繼續(xù)接收其他客戶端套接字的連接請(qǐng)求。
C#中的套接字編程實(shí)例：

通過(guò)向大家簡(jiǎn)單的介紹套接字的基本概念和實(shí)現(xiàn)套接字編程的基本原理，我想大家對(duì)套接字編程已有了初步的了解。不過(guò)，上面介紹的僅僅是基本概念和原理，要真正運(yùn)用還是需要一定的工作的。對(duì)基本概念和原理的真正理解的最好方法莫過(guò)于自己動(dòng)手做一個(gè)實(shí)例，下面我就向大家介紹一個(gè)很好的用C#實(shí)現(xiàn)套接字編程的實(shí)例――聊天室程序。

本程序是基于C/S（服務(wù)器/客戶端）構(gòu)架的，程序包含一個(gè)服務(wù)器端的應(yīng)用程序和一個(gè)客戶端的應(yīng)用程序。首先，在服務(wù)器上運(yùn)行服務(wù)器端的應(yīng)用程序，該程序一運(yùn)行就開(kāi)始服務(wù)器監(jiān)聽(tīng)。然后，在客戶機(jī)上就可以打開(kāi)客戶端的應(yīng)用程序。程序打開(kāi)后可以與服務(wù)器端應(yīng)用程序進(jìn)行連接，即進(jìn)行客戶端請(qǐng)求。在連接確認(rèn)后，客戶端用戶可以和其他的客戶端用戶進(jìn)行聊天?？蛻舳巳藬?shù)沒(méi)有限制，同時(shí)還支持“悄悄話”聊天模式，支持聊天記錄。所以這是一個(gè)學(xué)習(xí)套接字編程的相當(dāng)不錯(cuò)的例子。而且，程序中為了處理每個(gè)客戶端的信息還用到了多線程機(jī)制。在每個(gè)客戶端與服務(wù)器端連接成功后，它們之間就建立一個(gè)線程。這樣運(yùn)用了多線程之后，客戶端之間就不會(huì)相互影響，即使其中一個(gè)出了錯(cuò)誤也不會(huì)影響到另一個(gè)。

下面，我就向大家具體介紹該實(shí)例：

服務(wù)器端程序：

打開(kāi)VS.net，新建一個(gè)C#的模板為“Windows 應(yīng)用程序”的項(xiàng)目，不妨命名為“ChatServer”。

布置界面。只需在界面上添加一個(gè)ListBox控件即可，該控件主要用于顯示客戶端的用戶的一些信息的。圖象如下：

服務(wù)器端程序的代碼編寫。

對(duì)于服務(wù)器端，主要的作用是監(jiān)聽(tīng)客戶端的連接請(qǐng)求并確認(rèn)其請(qǐng)求。程序一開(kāi)始便打開(kāi)一個(gè)StartListening（）線程。

private void StartListening() 
{ 
　 listener = new TcpListener(listenport); 
　 listener.Start(); 
　 while (true) 
　 { 
　　 try 
　　 { 
　　　 Socket s = listener.AcceptSocket(); 
　　　 clientsocket = s; 
　　　 clientservice = new Thread(new ThreadStart(ServiceClient)); 
　　　 clientservice.Start(); 
　　 } 
　　 catch(Exception e) 
　　 { 
　　　 Console.WriteLine(e.ToString() ); 
　　 } 
　 } 
}

該線程是一直處于運(yùn)行狀態(tài)的。當(dāng)服務(wù)器端接收到一個(gè)來(lái)自客戶端的連接請(qǐng)求后，它就打開(kāi)一個(gè)ServiceClient（）線程來(lái)服務(wù)客戶端。當(dāng)一個(gè)連接被建立后，每個(gè)客戶端就被賦予一個(gè)屬于它自己的套接字。同時(shí)，一個(gè)Client類的對(duì)象被建立。該對(duì)象包含了客戶端的一些相關(guān)信息，該信息被保存在一個(gè)數(shù)組列表中。
Client類如下：

using System; 
using System.Threading;

namespace ChatServer 
{ 
using System.Net.Sockets; 
using System.Net;

/// 
/// Client 的摘要說(shuō)明。 
/// 
public class Client 
{ 
private Thread clthread; 
private EndPoint endpoint; 
private string name; 
private Socket sock;

public Client(string _name, EndPoint _endpoint, Thread _thread, Socket _sock) 
{ 
// TODO: 在此處添加構(gòu)造函數(shù)邏輯 
clthread = _thread; 
endpoint = _endpoint; 
name = _name; 
sock = _sock; 
}

public override string ToString() 
{ 
return endpoint.ToString()+ " : " + name; 
}

public Thread CLThread 
{ 
get{return clthread;} 
set{clthread = value;} 
}

public EndPoint Host 
{ 
get{return endpoint;} 
set{endpoint = value;} 
}

public string Name 
{ 
get{return name;} 
set{name = value;} 
}

public Socket Sock 
{ 
get{return sock;} 
set{sock = value;} 
} 
} 
}

程序的主體部分應(yīng)是ServiceClient（）函數(shù)。該函數(shù)是一個(gè)獨(dú)立的線程，其主要部分是一個(gè)while循環(huán)。在循環(huán)體內(nèi)，程序處理各種客戶端命令。服務(wù)器端接收來(lái)自客戶端的以ASCII碼給出的字符串，其中包含了一個(gè)“|”形式的分隔符。字符串中“|”以前的部分就是具體的命令，包括CONN、CHAT、PRIV、GONE四種類型。CONN命令建立一個(gè)新的客戶端連接，將現(xiàn)有的用戶列表發(fā)送給新用戶并告知其他用戶有一個(gè)新用戶加入。CHAT命令將新的信息發(fā)送給所有用戶。PRIV命令將悄悄話發(fā)送給某個(gè)用戶。GONE命令從用戶列表中除去一個(gè)已離開(kāi)的用戶并告知其他的用戶某某已經(jīng)離開(kāi)了。同時(shí)，GONE命令可以設(shè)置布爾型的變量keepalive為false從而結(jié)束與客戶端連接的線程。

ServiceClient（）函數(shù)如下：

private void ServiceClient() 
{ 
Socket client = clientsocket; 
bool keepalive = true;

while (keepalive)
{
Byte[] buffer = new Byte[1024];
client.Receive(buffer);
string clientcommand = System.Text.Encoding.ASCII.GetString(buffer);

string[] tokens = clientcommand.Split(new Char[]{'|'});
Console.WriteLine(clientcommand);

if (tokens[0] == "CONN")
{
for(int n=0; n
{
Client cl = (Client)clients[n];
SendToClient(cl, "JOIN|" + tokens[1]);
}
EndPoint ep = client.RemoteEndPoint;
Client c = new Client(tokens[1], ep, clientservice, client);
clients.Add(c);
string message = "LIST|" + GetChatterList() +"\r\n";
SendToClient(c, message);

lbClients.Items.Add(c);

}
if (tokens[0] == "CHAT")
{
for(int n=0; n
{
Client cl = (Client)clients[n];
SendToClient(cl, clientcommand);
}
}
if (tokens[0] == "PRIV")
{
string destclient = tokens[3];
for(int n=0; n
{
Client cl = (Client)clients[n];
if(cl.Name.CompareTo(tokens[3]) == 0)
SendToClient(cl, clientcommand);
if(cl.Name.CompareTo(tokens[1]) == 0)
SendToClient(cl, clientcommand);
}
}
if (tokens[0] == "GONE")
{
int remove = 0;
bool found = false;
int c = clients.Count;
for(int n=0; n
{
Client cl = (Client)clients[n];
SendToClient(cl, clientcommand);
if(cl.Name.CompareTo(tokens[1]) == 0)
{
remove = n;
found = true;
lbClients.Items.Remove(cl);
}
}
if(found)
clients.RemoveAt(remove);
client.Close();
keepalive = false;
}
}
}

這樣，服務(wù)器端程序就基本完成了。（其他略次要的代碼可以參見(jiàn)源代碼中的Form1.cs文件）程序運(yùn)行圖示如下：

#p#

客戶端程序：

打開(kāi)VS.net，新建一個(gè)C#的模板為“Windows 應(yīng)用程序”的項(xiàng)目，不妨命名為“ChatClient”。

布置界面。

往界面上添加一個(gè)ListBox控件（用于顯示用戶列表），一個(gè)RichTextBox控件（用于顯示聊天消息以及系統(tǒng)消息），一個(gè)TextBox控件（用于發(fā)送消息），一個(gè)CheckBox控件（確定是否為悄悄話），一個(gè)StatusBar控件以及四個(gè)Button控件（分別為“連接”、“斷開(kāi)連接”、“開(kāi)始記錄”、“發(fā)送”）。各個(gè)控件的屬性設(shè)置可以參見(jiàn)源代碼中的具體設(shè)置，這里從略。界面設(shè)計(jì)好后的圖象如下：

客戶端程序的代碼編寫。

當(dāng)客戶端試圖和服務(wù)器端進(jìn)行連接時(shí)，一個(gè)連接必須建立而且得向服務(wù)器端進(jìn)行注冊(cè)。 EstablishConnection（）函數(shù)運(yùn)用一個(gè)TcpClient來(lái)和服務(wù)器端取得連接，同時(shí)創(chuàng)建一個(gè)NetworkStream來(lái)發(fā)送消息。還有，端口號(hào)和服務(wù)器端的是保持一致的，均為5555。

EstablishConnection（）函數(shù)如下：

private void EstablishConnection() 
{ 
statusBar1.Text = "正在連接到服務(wù)器"; 
try 
{ 
clientsocket = new TcpClient(serveraddress,serverport); 
ns = clientsocket.GetStream(); 
sr = new StreamReader(ns); 
connected = true; 
} 
catch (Exception) 
{ 
MessageBox.Show("不能連接到服務(wù)器！","錯(cuò)誤", 
MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Exclamation); 
statusBar1.Text = "已斷開(kāi)連接"; 
} 
}

在和服務(wù)器端連接成功后，程序就用RegisterWithServer（）函數(shù)向服務(wù)器端發(fā)送一個(gè)CONN命令。該命令先是發(fā)送該用戶的名稱，然后從服務(wù)器端獲得其他所有用戶的列表，所有用戶列表是在ListBox控件中顯示的。

該函數(shù)如下：

private void RegisterWithServer() 
{ 
try 
{ 
string command = "CONN|" + ChatOut.Text; 
Byte[] outbytes = System.Text.Encoding.ASCII.GetBytes(command.ToCharArray()); 
ns.Write(outbytes,0,outbytes.Length); 
string serverresponse = sr.ReadLine(); 
serverresponse.Trim(); 
string[] tokens = serverresponse.Split(new Char[]{'|'}); 
if(tokens[0] == "LIST") 
{ 
statusBar1.Text = "已連接"; 
btnDisconnect.Enabled = true; 
} 
for(int n=1; n 
lbChatters.Items.Add(tokens[n].Trim(new char[]{'\r','\n'})); 
this.Text = clientname + "：已連接到服務(wù)器"; 
} 
catch (Exception) 
{ 
MessageBox.Show("注冊(cè)時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤！","錯(cuò)誤", 
MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Exclamation); 
} 
}

在此之后，當(dāng)然就是用戶之間的聊天了，由ReceiveChat（）函數(shù)來(lái)完成。該函數(shù)是一個(gè)獨(dú)立的線程，它處理所有用戶獲得的消息和用戶發(fā)送的消息。它主要處理了CHAT、PRIV、JOIN、GONE、QUIT等命令，處理的方法和服務(wù)器端的類似。

具體函數(shù)實(shí)現(xiàn)如下：

private void ReceiveChat() 
{ 
bool keepalive = true; 
while (keepalive) 
{ 
try 
{ 
Byte[] buffer = new Byte[2048]; 
ns.Read(buffer,0,buffer.Length); 
string chatter = System.Text.Encoding.ASCII.GetString(buffer); 
string[] tokens = chatter.Split(new Char[]{'|'});

if (tokens[0] == "CHAT") 
{ 
rtbChatIn.AppendText(tokens[1]); 
if(logging) 
logwriter.WriteLine(tokens[1]); 
} 
if (tokens[0] == "PRIV") 
{ 
rtbChatIn.AppendText("Private from "); 
rtbChatIn.AppendText(tokens[1].Trim() ); 
rtbChatIn.AppendText(tokens[2] + "\r\n"); 
if(logging) 
{ 
logwriter.Write("Private from "); 
logwriter.Write(tokens[1].Trim() ); 
logwriter.WriteLine(tokens[2] + "\r\n"); 
} 
} 
if (tokens[0] == "JOIN") 
{ 
rtbChatIn.AppendText(tokens[1].Trim() ); 
rtbChatIn.AppendText(" has joined the Chat\r\n"); 
if(logging) 
{ 
logwriter.WriteLine(tokens[1]+" has joined the Chat"); 
} 
string newguy = tokens[1].Trim(new char[]{'\r','\n'}); 
lbChatters.Items.Add(newguy); 
} 
if (tokens[0] == "GONE") 
{ 
rtbChatIn.AppendText(tokens[1].Trim() ); 
rtbChatIn.AppendText(" has left the Chat\r\n"); 
if(logging) 
{ 
logwriter.WriteLine(tokens[1]+" has left the Chat"); 
} 
lbChatters.Items.Remove(tokens[1].Trim(new char[]{'\r','\n'})); 
} 
if (tokens[0] == "QUIT") 
{ 
ns.Close(); 
clientsocket.Close(); 
keepalive = false; 
statusBar1.Text = "服務(wù)器端已停止"; 
connected= false; 
btnSend.Enabled = false; 
btnDisconnect.Enabled = false; 
} 
} 
catch(Exception){} 
} 
}

通過(guò)以上的一些函數(shù)，客戶端程序之間就可以進(jìn)行自由地聊天了，各個(gè)用戶之間還可以互相發(fā)送悄悄話。所以程序已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了聊天室的基本功能了，不過(guò)最后各個(gè)用戶還要正常地退出，那就要用到QuitChat（）函數(shù)了。

該函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)如下：

private void QuitChat() 
{ 
if(connected) 
{ 
try 
{ 
string command = "GONE|" + clientname; 
Byte[] outbytes = System.Text.Encoding.ASCII.GetBytes(command.ToCharArray()); 
ns.Write(outbytes,0,outbytes.Length); 
clientsocket.Close(); 
} 
catch(Exception) 
{ 
} 
} 
if(logging) 
logwriter.Close(); 
if(receive != null && receive.IsAlive) 
receive.Abort(); 
this.Text = "客戶端"; 
}

到此為止，客戶端程序的主要部分都已經(jīng)介紹完畢。還有一些按鈕控件的消息處理函數(shù)可以參見(jiàn)源代碼。同時(shí)，程序中還有一個(gè)聊天記錄功能，該功能和現(xiàn)在流行的聊天軟件的記錄功能類似。不過(guò)限于篇幅，在這里就不一一介紹了，有興趣的讀者可以研究一下本文后面的源代碼。

這樣，客戶端程序就完成了。程序運(yùn)行圖示如下

總結(jié)：

本文向大家初步介紹了套接字的基本概念和實(shí)現(xiàn)套接字編程的基本原理，還通過(guò)一個(gè)很好的實(shí)例向大家展示了在C#下進(jìn)行套接字編程的實(shí)現(xiàn)方法和一些編程技巧。從中，我們不難發(fā)現(xiàn)運(yùn)用C#進(jìn)行套接字編程乃至網(wǎng)絡(luò)編程有許多優(yōu)越之處。實(shí)例程序?qū)崿F(xiàn)的思路清晰明了而且通俗易懂，是一個(gè)相當(dāng)不錯(cuò)的例子，希望各位能好好研讀。同時(shí)還希望大家能進(jìn)一步完善該程序，使之功能更強(qiáng)大、界面更友好。

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