C# 编程系列：网络通信之TCP通信（第二篇：详解C#中的TcpListener 对象（二））

最新推荐文章于 2025-04-24 15:03:13 发布

自由柿

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文章标签： tcp/ip c# 网络

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/woter2019/article/details/144559812

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欢迎阅读本系列教程——《C# 编程系列：网络通信之TCP通信》。作为.NET开发者，掌握TCP/IP协议和其在C#中的应用，对于构建稳定、高效的网络应用程序至关重要。

本系列教程面向有一定C#基础，希望深入了解网络通信，特别是TCP通信的开发者。本系列都将为您提供全面指导。

本系列共分为5个章节，包括但不限于：

第一篇：TCP 概括：介绍TCP协议在C#中的基本概念和工作原理
 第二篇：详解C#中的Socket对象（一）
：详解C#中的TcpListener 对象（二）
：详解C#中的TcpClient对象（三）
第三篇：探讨异步编程在TCP通信中的应用
 第四篇：分析TCP数据传输的机制和优化
 第五篇：在线五子棋

在开始本系列的学习之前，请确保您已经具备以下基础知识：

C#编程语言基础。
熟悉.NET框架和C#开发环境。

1. TcpListener 概述

1.1 TcpListener 简介

TcpListener 是.NET Framework中提供的一个类，用于创建基于TCP协议的服务器端应用程序。它封装了底层的Socket操作，使得开发者可以更加便捷地监听和接受TCP网络连接。TcpListener 类继承自 System.Net.Sockets.Socket 类，提供了简单易用的API来处理TCP网络通信。

1.2 工作原理

TcpListener 工作原理基于监听指定端口上的传入TCP连接请求。当一个客户端通过TCP协议发起连接请求时，TcpListener 可以接收这个请求，并创建一个新的 Socket 或 TcpClient 对象来处理与客户端的连接。这个过程涉及到绑定IP地址和端口号、开始监听、接受连接等步骤。

1.3 关键方法和属性

CanonicalName：返回服务器的规范名称。

	// 获取本地主机名
	string hostName = Dns.GetHostName();

	// 使用主机名获取IPHostEntry对象
	IPHostEntry hostEntry = Dns.GetHostEntry(hostName);

	// 获取规范名称
	string canonicalName = hostEntry.CanonicalName;

LocalEndpoint：获取与 TcpListener 关联的 IPEndPoint，表示监听的网络接口和端口。

	//创建 TcpListener 对象，监听指定端口
	TcpListener listener = ...
	...
	// 获取与 TcpListener 关联的 IPEndPoint
    IPEndPoint localEndPoint = (IPEndPoint)listener.LocalEndPoint;

Port：获取 TcpListener 监听的端口号。
Start()：开始监听传入的连接请求。
Stop()：停止监听传入的连接请求。
AcceptTcpClient()：接受传入的连接请求，并返回一个新的 TcpClient 实例。
AcceptSocket()：接受传入的连接请求，并返回一个新的 Socket 实例。

1.4 使用场景

TcpListener 适用于需要创建TCP服务器端应用程序的场景，例如，开发一个网络聊天室、文件传输服务或者任何需要服务端与客户端之间建立稳定连接的应用。由于其基于TCP协议，TcpListener 能够保证数据的可靠传输，适用于对数据传输质量有较高要求的应用。

1.5 安全性和性能

在使用 TcpListener 时，开发者需要注意安全性问题，例如防止DDoS攻击和数据泄露。此外，TcpListener 的性能也受到网络条件、服务器配置和代码实现的影响。合理配置 TcpListener 的参数，如接收缓冲区大小、超时设置等，可以提高应用程序的性能和响应能力。

1.6 与Socket类的关系

虽然 TcpListener 提供了简化的API，但在需要更高级的网络功能或者更细致的控制时，开发者可能需要直接使用 Socket 类。TcpListener 和 TcpClient 类内部都依赖于 Socket 类，这意味着使用 Socket 类可以直接实现对这些类执行的任何操作，提供了更广泛的自定义能力。

2. 创建 TcpListener

2.1 创建 TcpListener 实例

创建一个 TcpListener 实例是建立TCP服务器的第一步。以下是创建 TcpListener 的基本步骤和代码示例：

指定IP地址和端口号：在创建 TcpListener 时，需要指定一个IP地址和端口号。如果使用 IPAddress.Any，则 TcpListener 将接受所有网络接口的连接请求。

// 创建一个监听所有网络接口上的特定端口的TcpListener实例
TcpListener listener = new TcpListener(IPAddress.Any, 8000);

启动监听：在创建实例后，需要调用 Start 方法来启动监听。

// 开始监听传入的TCP连接请求
listener.Start();

异常处理：在创建和启动 TcpListener 时，可能会遇到各种异常，如 SocketException，因此需要适当的异常处理机制。

try
{
    listener.Start();
}
catch (SocketException e)
{
    Console.WriteLine("无法启动TcpListener: " + e.ToString());
}

2.2 配置 TcpListener

TcpListener 的配置涉及到网络参数的设置，这些参数可以优化网络通信的性能和行为：

接收缓冲区大小：可以通过 ReceiveBufferSize 属性来设置，这影响着每次可以从网络接收的数据量。

listener.ReceiveBufferSize = 1024;

超时设置：ReceiveTimeout 和 SendTimeout 属性可以设置超时时间，这对于避免资源长时间占用非常有用。

listener.ReceiveTimeout = 5000; // 设置5秒超时

2.3 监听和接受连接

在 TcpListener 启动后，可以通过以下方法接受客户端的连接：

AcceptTcpClient：此方法会阻塞调用线程，直到一个客户端连接成功或超时。

// 接受传入的连接请求，并返回一个新的TcpClient实例
TcpClient client = listener.AcceptTcpClient();

AcceptSocket：与 AcceptTcpClient 类似，但返回的是 Socket 实例，提供了更多的底层控制。

// 接受传入的连接请求，并返回一个新的Socket实例
Socket socket = listener.AcceptSocket();

异步方法：.NET还提供了 AcceptTcpClientAsync 和 AcceptSocketAsync 方法，允许异步接受连接，这对于提高应用程序的响应性和吞吐量非常重要。

// 异步接受传入的连接请求
var clientTask = listener.AcceptTcpClientAsync();

2.4 关闭 TcpListener

一旦完成所有的网络操作，应该正确关闭 TcpListener 来释放系统资源：

停止监听：在不再需要监听新的连接时，应该调用 Stop 方法。

// 停止监听传入的连接请求
listener.Stop();

释放资源：确保释放与 TcpListener 相关联的所有资源，如 NetworkStream 或 TcpClient 实例。

// 关闭TcpClient和NetworkStream
client.Close();
stream.Close();

3. 接受连接请求

3.1 接受连接的流程

接受连接请求是 TcpListener 的核心功能之一，它允许服务器端应用程序接收来自客户端的连接。以下是接受连接请求的详细流程：

检查待处理连接：在调用 AcceptTcpClient() 或 AcceptSocket() 方法之前，可以使用 Pending() 方法检查是否有待处理的连接请求，这有助于避免阻塞操作。

if (listener.Pending())
{
    // 有待处理的连接请求
}

接受连接请求：使用 AcceptTcpClient() 或 AcceptSocket() 方法接受连接请求，这些方法会阻塞当前线程直到一个连接被接受。

TcpClient client = listener.AcceptTcpClient();

或者

Socket socket = listener.AcceptSocket();

处理连接：一旦接受连接，就可以通过 TcpClient 或 Socket 对象与客户端进行通信。

3.2 异步接受连接

为了提高应用程序的响应性，.NET 提供了异步方法来接受连接请求：

异步接受连接：使用 AcceptTcpClientAsync() 或 AcceptSocketAsync() 方法异步接受连接请求，这些方法不会阻塞当前线程。

var clientTask = listener.AcceptTcpClientAsync();

处理异步结果：当异步操作完成时，可以通过 Task 对象获取结果。

if (clientTask.IsCompletedSuccessfully)
{
    TcpClient client = clientTask.Result;
    // 处理客户端连接
}

3.3 连接请求的异常处理

在接受连接请求时，可能会遇到各种异常，如 SocketException 或 ObjectDisposedException。因此，适当的异常处理机制是必要的：

SocketException：当发生底层套接字错误时，会抛出此异常。

catch (SocketException e)
{
    Console.WriteLine("SocketException: " + e.ToString());
}

ObjectDisposedException：当 TcpListener 被关闭后尝试接受连接时，会抛出此异常。

catch (ObjectDisposedException e)
{
    Console.WriteLine("TcpListener has been stopped: " + e.ToString());
}

3.4 连接请求的性能优化

为了提高接受连接请求的性能，可以采取以下措施：

调整背压设置：通过设置 MaxConnections 属性，可以控制同时处理的最大连接数。

listener.MaxConnections = 100;

使用线程池：对于每个接受的连接，可以使用线程池来处理，以避免为每个连接创建新线程所带来的开销。

ThreadPool.QueueUserWorkItem(HandleClientConnection, client);

优化网络缓冲区：通过调整 SendBufferSize 和 ReceiveBufferSize 属性，可以优化网络缓冲区的大小，从而提高数据传输效率。

listener.SendBufferSize = 4096;
listener.ReceiveBufferSize = 4096;

4. TcpListener 配置

4.1 配置参数概述

TcpListener 的配置参数对于优化网络通信性能和调整服务器行为至关重要。这些参数允许开发者根据具体的应用场景和网络环境定制 TcpListener 的行为。

4.2 网络缓冲区配置

网络缓冲区的大小直接影响数据的传输效率和服务器的响应能力。TcpListener 提供了以下属性来配置网络缓冲区：

SendBufferSize：发送缓冲区的大小，决定了每次可以发送的数据量。增加此值可以减少发送数据时的系统调用次数，提高数据传输效率。

listener.SendBufferSize = 4096; // 设置发送缓冲区大小为4096字节

ReceiveBufferSize：接收缓冲区的大小，决定了每次可以从网络接收的数据量。适当增加此值可以减少接收数据时的系统调用次数，提高数据处理速度。

listener.ReceiveBufferSize = 4096; // 设置接收缓冲区大小为4096字节

4.3 超时设置

超时设置对于防止资源长时间占用和提高服务器的响应性非常重要。TcpListener 提供了以下属性来配置超时：

ReceiveTimeout：接收超时时间，如果在指定时间内没有接收到数据，将引发超时异常。

listener.ReceiveTimeout = 10000; // 设置接收超时为10秒

SendTimeout：发送超时时间，如果在指定时间内数据未能发送完成，将引发超时异常。

listener.SendTimeout = 10000; // 设置发送超时为10秒

4.4 并发连接处理

4.4.1 设置 `ExclusiveAddressUse`：

ExclusiveAddressUse 属性是在创建 TcpListener 实例时通过构造函数设置的，而不是作为一个属性。如果你想要允许多个 TcpListener 实例共享同一个端口，你应该在创建 TcpListener 时将 ExclusiveAddressUse 设置为 false。

using System.Net;
using System.Net.Sockets;

int port = 8080;
// 创建 TcpListener 实例
TcpListener listener = new TcpListener(IPAddress.Any, port);
或
// 设置允许共享端口
listener.Server.ExclusiveAddressUse = false;
// 设置 ExclusiveAddressUse 属性为 false
listener.Server.SetSocketOption(SocketOptionLevel.Socket, SocketOptionName.ExclusiveAddressUse, false);

listener.Start();

4.4.2 处理大量并发连接：

对于高并发场景，TcpListener 的处理能力受限于操作系统的配置和应用程序的设计。操作系统会处理传入的连接请求，并在达到一定数量时开始拒绝新的连接。这个数量通常由操作系统的网络栈配置决定，而不是由 TcpListener` 控制。

如果你需要处理大量的并发连接，你可能需要考虑以下策略：

使用异步模式：使用 TcpListener 的异步方法（如 AcceptTcpClientAsync）来非阻塞地接受连接。
线程池：为每个接受的连接使用线程池中的线程，而不是为每个连接创建新线程。
负载均衡：如果单个服务器处理能力有限，可以考虑使用负载均衡器将连接分配到多个服务器。
优化网络配置：调整操作系统的网络配置，如增加半打开连接和打开连接的数量。

5. TcpListener 生命周期管理

5.1 生命周期概述

TcpListener 的生命周期管理是确保资源有效利用和服务器稳定性的关键。它包括正确地初始化、启动、执行和关闭 TcpListener 的各个阶段。

5.2 初始化和启动

在 TcpListener 的生命周期中，初始化和启动是首要步骤，它们决定了服务器能否正确监听和接受客户端连接。

初始化：在初始化阶段，需要创建 TcpListener 实例并指定监听的端口。可以选择绑定到特定的IP地址或者使用 IPAddress.Any 来监听所有网络接口。

TcpListener listener = new TcpListener(IPAddress.Any, 8000);

启动监听：一旦初始化完成，通过调用 Start 方法启动 TcpListener 开始监听。

listener.Start();

5.3 执行阶段

在执行阶段，TcpListener 将接受客户端的连接请求，并创建相应的 TcpClient 或 Socket 实例来处理这些连接。

接受连接：使用 AcceptTcpClient 或 AcceptSocket 方法接受连接，这些方法会阻塞当前线程直到一个连接被接受。

TcpClient client = listener.AcceptTcpClient();

异步处理：为了提高性能和响应性，可以使用异步方法 AcceptTcpClientAsync 或 AcceptSocketAsync 来处理连接请求。

var clientTask = await listener.AcceptTcpClientAsync();

5.4 优雅关闭

正确关闭 TcpListener 是其生命周期管理的重要部分，它确保了资源被正确释放，并且避免了潜在的内存泄漏。

停止监听：在不再需要 TcpListener 时，调用 Stop 方法停止监听新的连接请求。

listener.Stop();

释放资源：确保释放所有与 TcpListener 相关联的资源，包括 TcpClient、Socket 和 NetworkStream 实例。

client.Close();
stream.Close();

5.5 异常处理

在整个生命周期中，异常处理是不可或缺的，它确保了服务器在遇到错误时能够保持稳定，并提供有用的调试信息。

捕获异常：在启动、接受连接和关闭阶段，都需要捕获和处理可能的异常。

try
{
    listener.Start();
}
catch (SocketException e)
{
    Console.WriteLine("启动TcpListener时发生错误: " + e.Message);
}