c# - 与多个客户端的C#TCP/IP简单聊天

Question

我正在学习C#套接字编程。因此，我决定进行TCP聊天，其基本思想是:一个客户端将数据发送到服务器，然后服务器在线为所有客户端广播数据(在这种情况下，所有客户端都在字典中)。

当有1个客户端连接时，它按预期方式工作，当有多个客户端连接时，就会出现此问题。

服务器:

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        Dictionary<int,TcpClient> list_clients = new Dictionary<int,TcpClient> ();

        int count = 1;


        TcpListener ServerSocket = new TcpListener(IPAddress.Any, 5000);
        ServerSocket.Start();

        while (true)
        {
            TcpClient client = ServerSocket.AcceptTcpClient();
            list_clients.Add(count, client);
            Console.WriteLine("Someone connected!!");
            count++;
            Box box = new Box(client, list_clients);

            Thread t = new Thread(handle_clients);
            t.Start(box);
        }

    }

    public static void handle_clients(object o)
    {
        Box box = (Box)o;
        Dictionary<int, TcpClient> list_connections = box.list;

        while (true)
        {
            NetworkStream stream = box.c.GetStream();
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int byte_count = stream.Read(buffer, 0, buffer.Length);
            byte[] formated = new Byte[byte_count];
            //handle  the null characteres in the byte array
            Array.Copy(buffer, formated, byte_count);
            string data = Encoding.ASCII.GetString(formated);
            broadcast(list_connections, data);
            Console.WriteLine(data);

        } 
    }

    public static void broadcast(Dictionary<int,TcpClient> conexoes, string data)
    {
        foreach(TcpClient c in conexoes.Values)
        {
            NetworkStream stream = c.GetStream();

            byte[] buffer = Encoding.ASCII.GetBytes(data);
            stream.Write(buffer,0, buffer.Length);
        }
    }

}
class Box
{
    public TcpClient c;
     public Dictionary<int, TcpClient> list;

    public Box(TcpClient c, Dictionary<int, TcpClient> list)
    {
        this.c = c;
        this.list = list;
    }

}

我创建了此框，因此我可以为 Thread.start()传递2个参数。

客户:

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        IPAddress ip = IPAddress.Parse("127.0.0.1");
        int port = 5000;
        TcpClient client = new TcpClient();
        client.Connect(ip, port);
        Console.WriteLine("client connected!!");
        NetworkStream ns = client.GetStream();

        string s;
        while (true)
        {
             s = Console.ReadLine();
            byte[] buffer = Encoding.ASCII.GetBytes(s);
            ns.Write(buffer, 0, buffer.Length);
            byte[] receivedBytes = new byte[1024];
            int byte_count = ns.Read(receivedBytes, 0, receivedBytes.Length);
            byte[] formated = new byte[byte_count];
            //handle  the null characteres in the byte array
            Array.Copy(receivedBytes, formated, byte_count); 
            string data = Encoding.ASCII.GetString(formated);
            Console.WriteLine(data);
        }
        ns.Close();
        client.Close();
        Console.WriteLine("disconnect from server!!");
        Console.ReadKey();        
    }
}

Answer 1

从您的问题尚不清楚您具体遇到了什么问题。但是，检查代码揭示了两个重要问题:

您不会以线程安全的方式访问字典，这意味着监听线程(可能向字典中添加项目)可以在客户端服务线程尝试检查字典的同时对对象进行操作。但是，加法操作不是原子的。这意味着在添加项目的过程中，词典可能暂时处于无效状态。对于任何试图同时读取它的客户端服务线程，这都会引起问题。

您的客户端代码尝试处理用户输入，并在处理从服务器接收数据的同一线程中写入服务器。这可能会导致至少两个问题:

在下一次用户提供输入之前，无法从另一个客户端接收数据。

因为即使在用户提供输入之后，在一次读取操作中您可能收到的字节数也很少，所以您可能仍未收到之前发送的完整消息。

这是您的代码的一个版本，解决了这两个问题:

服务器代码:

class Program
{
    static readonly object _lock = new object();
    static readonly Dictionary<int, TcpClient> list_clients = new Dictionary<int, TcpClient>();

    static void Main(string[] args)
    {
        int count = 1;

        TcpListener ServerSocket = new TcpListener(IPAddress.Any, 5000);
        ServerSocket.Start();

        while (true)
        {
            TcpClient client = ServerSocket.AcceptTcpClient();
            lock (_lock) list_clients.Add(count, client);
            Console.WriteLine("Someone connected!!");

            Thread t = new Thread(handle_clients);
            t.Start(count);
            count++;
        }
    }

    public static void handle_clients(object o)
    {
        int id = (int)o;
        TcpClient client;

        lock (_lock) client = list_clients[id];

        while (true)
        {
            NetworkStream stream = client.GetStream();
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int byte_count = stream.Read(buffer, 0, buffer.Length);

            if (byte_count == 0)
            {
                break;
            }

            string data = Encoding.ASCII.GetString(buffer, 0, byte_count);
            broadcast(data);
            Console.WriteLine(data);
        }

        lock (_lock) list_clients.Remove(id);
        client.Client.Shutdown(SocketShutdown.Both);
        client.Close();
    }

    public static void broadcast(string data)
    {
        byte[] buffer = Encoding.ASCII.GetBytes(data + Environment.NewLine);

        lock (_lock)
        {
            foreach (TcpClient c in list_clients.Values)
            {
                NetworkStream stream = c.GetStream();

                stream.Write(buffer, 0, buffer.Length);
            }
        }
    }
}

客户代码:

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        IPAddress ip = IPAddress.Parse("127.0.0.1");
        int port = 5000;
        TcpClient client = new TcpClient();
        client.Connect(ip, port);
        Console.WriteLine("client connected!!");
        NetworkStream ns = client.GetStream();
        Thread thread = new Thread(o => ReceiveData((TcpClient)o));

        thread.Start(client);

        string s;
        while (!string.IsNullOrEmpty((s = Console.ReadLine())))
        {
            byte[] buffer = Encoding.ASCII.GetBytes(s);
            ns.Write(buffer, 0, buffer.Length);
        }

        client.Client.Shutdown(SocketShutdown.Send);
        thread.Join();
        ns.Close();
        client.Close();
        Console.WriteLine("disconnect from server!!");
        Console.ReadKey();
    }

    static void ReceiveData(TcpClient client)
    {
        NetworkStream ns = client.GetStream();
        byte[] receivedBytes = new byte[1024];
        int byte_count;

        while ((byte_count = ns.Read(receivedBytes, 0, receivedBytes.Length)) > 0)
        {
            Console.Write(Encoding.ASCII.GetString(receivedBytes, 0, byte_count));
        }
    }
}

笔记:

此版本使用lock语句来确保list_clients对象的线程进行独占访问。

必须在消息广播的整个过程中保持该锁，以确保枚举集合时不会删除任何客户端，并且确保一个客户端都不会关闭客户端，而另一个线程正在尝试在套接字上发送该客户端。

在此版本中，不需要Box对象。集合本身由所有执行方法均可访问的静态字段引用，并且分配给每个客户端的int值作为线程参数传递，因此线程可以查找适当的客户端对象。

服务器和客户端都监视并处理读取操作，该操作以0的字节数完成。这是用于指示远程端点已完成发送的标准套接字信号。端点指示已使用Shutdown()方法完成发送。要启动正常关闭，请使用“发送”原因调用Shutdown()，指示端点已停止发送，但仍会接收。另一个端点一旦发送到第一个端点，便可以使用“both”的原因调用Shutdown()，以指示它已完成发送和接收。

代码中仍然存在各种各样的问题。上面仅解决了最明显的问题，并将代码带到了非常基本的服务器/客户端体系结构的工作演示的合理传真中。

附录:

一些其他注释，用于解决评论中的后续问题:

客户端在接收线程上调用Thread.Join()(即等待该线程退出)，以确保在启动正常关闭过程后，它实际上不会关闭套接字，直到远程端点通过关闭其末端进行响应为止。

将o => ReceiveData((TcpClient)o)用作ParameterizedThreadStart委托(delegate)是一种习惯用法，我更喜欢使用thread参数的强制转换。它允许线程入口点保持强类型。但是，该代码与我通常编写的代码并不完全相同。我一直坚持使用您的原始代码，同时仍然利用这个机会来说明这一惯用法。但实际上，我将使用无参数的ThreadStart委托(delegate)来使用构造函数重载，并让lambda表达式捕获必要的方法参数:Thread thread = new Thread(() => ReceiveData(client)); thread.Start();然后，根本就不需要强制转换(并且如果有任何参数是值类型，则无需进行任何处理即可)任何装箱/拆箱的开销……在这种情况下通常都不是关键问题，但仍然让我感觉更好:))。

毫无疑问，将这些技术应用于Windows Forms项目会增加一些复杂性。在非UI线程中接收(无论是专用的每个连接线程，还是使用多个异步API进行网络I/O之一)时，在与UI对象进行交互时，您都需要回到UI线程。这里的解决方案与通常的解决方案相同:最基本的方法是使用Control.Invoke()(或WPF程序中的Dispatcher.Invoke())。一种更复杂(也是更好的IMHO)的方法是对I/O使用async/await。如果您正在使用StreamReader接收数据，则该对象已经具有可等待的ReadLineAsync()和类似的方法。如果直接使用Socket，则可以使用 Task.FromAsync() 方法将BeginReceive()和EndReceive()方法包装在一个等待中。无论哪种方式，结果都是尽管I/O异步发生，但补全仍在UI线程中处理，您可以在其中直接访问UI对象。 (在这种方法中，您将等待代表接收代码的任务，而不是使用Thread.Join()，以确保您不会过早关闭套接字。)