如何使用网络库实现应用级消息收发

Posted 2020-10-04 物联网、大数据

网络客户端ISocketClient和网络会话ISocketSession都继承了ISocketRemoteISocketRemote表示远程通信，核心就是收发数据。
下面是ISocketRemote接口的主要实现

/// <summary>远程通信Socket，仅具有收发功能</summary>
public interface ISocketRemote : ISocket
{
    #region 属性
    /// <summary>远程地址</summary>
    NetUri Remote { get; set; }

    /// <summary>通信开始时间</summary>
    DateTime StartTime { get; }

    /// <summary>最后一次通信时间，主要表示会话活跃时间，包括收发</summary>
    DateTime LastTime { get; }

    /// <summary>缓冲区大小</summary>
    Int32 BufferSize { get; set; }
    #endregion

    #region 发送
    /// <summary>发送数据</summary>
    /// <remarks>
    /// 目标地址由<seealso cref="Remote"/>决定
    /// </remarks>
    /// <param name="pk">数据包</param>
    /// <returns>是否成功</returns>
    Boolean Send(Packet pk);
    #endregion

    #region 接收
    /// <summary>接收数据。阻塞当前线程等待返回</summary>
    /// <returns></returns>
    Packet Receive();

    /// <summary>数据到达事件</summary>
    event EventHandler<ReceivedEventArgs> Received;

    /// <summary>消息到达事件</summary>
    event EventHandler<MessageEventArgs> MessageReceived;
    #endregion

    #region 数据包处理
    /// <summary>粘包处理接口</summary>
    IPacket Packet { get; set; }

    /// <summary>异步发送数据并等待响应</summary>
    /// <param name="pk"></param>
    /// <returns></returns>
    Task<Packet> SendAsync(Packet pk);

    /// <summary>发送消息并等待响应</summary>
    /// <param name="msg"></param>
    /// <returns></returns>
    Task<IMessage> SendAsync(IMessage msg);
    #endregion
}

 

一、同步收发
一般小型网络应用，或者个人学习程序，都会使用同步收发。
Send(xxx);
var buf = Receive();
这样向对服务端发一个数据包，然后同步阻塞等待接收一个响应数据。
同步收发最大的优点就是简单，容易理解；
最大的缺点是性能极其底下，并且很大的几率会失败抛出异常，特别是离开本机或者局域网以后。
除非网络很干净，客户端服务端只进行很简单的通信，否则出错崩溃就是家常便饭！
并且，这个阶段的工程师，一般认为只能客户端向服务端发数据，而不知道服务端可以主动向客户端发数据。

因此，15年经验表明，同步收发根本不适合做产品级应用！

二、事件驱动
中大型网络应用，一般采用事件驱动，特别是多并发服务端。
不管是APM还是SAEA，绝大多数网络框架都会包装成为事件，或者路由分发架构。
正如前文接口图黄色箭头所示，事件驱动一般用法：
client.Received += OnReceive;
client.Send(xxx);
先建立接收事件，然后发送数据，如果对方有响应，就会触发OnReceive函数，对响应结果进行处理。

事件驱动（包括路由分发）是当下网络框架主流，占比超过70%
几乎所有框架都会在此之外再包装一层，Send一个业务对象，内部序列化为数据后发出，OnReceive后反序列化得到业务对象，返回给上层。

事件驱动跟同步业务需求是相背而行的。
如果业务需要向服务端发送一个请求，然后等待响应结果，那么事件驱动甚至还不如同步操作好用！
一般做法是Send里面做堵塞等待，然后OnReceive里面做拦截。
这也是事件驱动无法进一步扩大比例的根本原因。

事件驱动很好很强大，只是特别不适应业务上的同步操作需求！

三、异步请求响应
近20年的软件发展史，无一例外等同于Web发展史。
除了技术的发展，Web思维影响了几乎所有软件工程师。哪怕初学者，也很清楚HTTP是请求响应模型。在Web开发里面，所有的业务都要基于请求与响应。


于是我们网络库有了第三种选择。（前文接口图紫色箭头）
Task<Packet> SendAsync(Packet pk);
Task<IMessage> SendAsync(IMessage msg);
event EventHandler<MessageEventArgs> MessageReceived;


异步发送SendAsync，可以像事件模型那样在MessageReceived里面处理，也可以 var rs = await SendAsync(pk); 把异步转为同步操作，满足同步业务需求。


更为重要的是，SendAsync支持单连接通道并行多异步请求！
也就是说，在一个网络连接上，第一个请求的响应还没有收到之前，业务逻辑可以连续发出更多的请求，不管这些请求的响应包先后顺序以后，网络库都能够准确配对，让await SendAsync得到正确的结果。
这就解决了一个极为常见的问题，一个业务应用里面，可能多个线程需要向服务端请求数据，而传统做法只能是加锁，在第一个请求响应完成之前，阻塞其它请求。


实际上，HTTP 1.0/1.1正是传统做法，前一个请求完成之前，不能发起新的请求，导致浏览器不得不建立多个Tcp连接。


因此，异步请求响应的架构设计，让请求响应准确配对，支持并行请求，并且解决一切粘包问题！


应用级消息收发伪代码：

var str = "{action:Open,args:{index:3},remark:打开3号灯}";
var client = new NetUri("tcp://127.0.0.1:1234").CreateRemote();
client.Packet = new DefaultPacket();
var rs = await client.SendAsync(str.GetBytes());
// rs = "{result:true,data:3号灯已打开}"

上面的DefaultPacket正是 新生命团队标准网络封包协议
请求响应包的头部，都会增加4字节，Json字符串作为负载数据。
正是增加的这4字节，确保了请求响应的准确配对（序列号匹配），解决了粘包问题（头部长度）


即使没有默认封包DefualtPacket，上面代码也是可以工作的，只是这样就失去了准确配对和粘包拆分，要求业务层不能频繁收发。


End.