C#实现的可复用Socket接收发送共享缓冲区类

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，使用后该数组空间由托管堆回收。

显然，频繁接收/发送将在托管堆上创建很多的内存碎块，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，仍然可以使用这个技术。

下面是修改的BufferManager类：public sealed class BufferManager
{
// ...成员字段见其构造函数
public BufferManager(int maxSessionCount, int recvBufferSize, int sendBufferSize)
{
m_maxSessionCount = maxSessionCount; // 服务器允许的最大连接（会话）数
m_recvBufferSize = recvBufferSize; // 接收缓冲区大小
m_sendBufferSize = sendBufferSize;
m_availableRecvOffset = 0; // 当前可以的接收缓冲区偏移地址
m_availbleSendOffset = 0;
m_availbleOffsetStack = new Stack(); // 可重复使用的缓冲区偏移地址
m_totalRecvLength = m_recvBufferSize * m_maxSessionCount;
m_totalSendLength = m_sendBufferSize * m_maxSessionCount;
m_recvBuffer = new byte[m_totalRecvLength]; // 接收缓冲区m_sendBuffer = new byte[m_totalSendLength];
}
public int RecvBufferSize
{
get { return m_recvBufferSize; }
}
public int SendBufferSize
{
get { return m_sendBufferSize; }
}
public byte[] RecvBuffer
{
get { return m_recvBuffer; }
}
public byte[] SendBuffer
{
get { return m_sendBuffer; }
}
public void FreeOffset(int recvOffset, int sendOffset)
{
lock (this)
{
m_availbleOffsetStack.Push(recvOffset); // 回收缓冲区偏移地址
m_availbleOffsetStack.Push(sendOffset);
}
}
public void GetOffset(ref int recvOffset, ref int sendOffset) {
lock (this)
{
if (m_availbleOffsetStack.Count > 0) // 有释放的可重用缓冲区{
sendOffset = m_availbleOffsetStack.Pop(); // 再次使用
recvOffset = m_availbleOffsetStack.Pop();
}
else
{
if (m_totalRecvLength >= m_availableRecvOffset + m_recvBufferSize &&
m_totalSendLength >= m_availbleSendOffset + m_recvBufferSize) // 有空间
{
recvOffset = m_availableRecvOffset;
sendOffset = m_availbleSendOffset;
m_availableRecvOffset += m_recvBufferSize; // 调整可用块指针
m_availbleSendOffset += m_sendBufferSize;
}
else
{
throw new IndexOutOfRangeException("buffer index out of range.");
}
}
}
}
}
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;
获取一个Socket对象m_socket;
获取接收/发送缓冲区偏移m_bufferManager.Getffset(ref m_recvBufferOffset, ref m_sendBufferOffset);
异步接收：m_socket(m_bufferManager.RecvBuffer, m_recvBufferOffset, m_bufferManager.RecvBufferSize,...);
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;
关闭Socket时需要调用：
m_bufferManager.FreeOffset(m_recvBufferOffset,
m_sendBufferOffset)回收偏移。

下面是发送字符串datagramText的示例代码：
int byteLength = Encoding.ASCII.GetByteCount(datagramText);
if (byteLength <= m_bufferManager.SendBufferSize) // 可以使用发送缓冲区
{
byte[] sendBuffer = m_bufferManager.SendBuffer;
Encoding.ASCII.GetBytes(datagramT ext, 0, byteLength, sendBuffer, m_sendBufferOffset); // 拷贝到缓冲区
m_socket.BeginSend(sendBuffer, m_sendBufferOffset, byteLength, ...); // 发送
}
else // 字符串太长，另建字节数组发送
{
byte[] data = Encoding.ASCII.GetBytes(datagramText); // 获得数据字节数组
m_socket.BeginSend(data, 0, data.Length, ...); // 发送
}
在数据发送时，如果发送缓冲的大小比实际发送包大的话，那么上述异步发送就可以使用BufferManager公共缓冲区。

当然，用缓冲区分多次发送数据，也是一个可以考虑和有效的方案，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。

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。