Wie baut man einen hochskalierbaren TCP/IP-Server auf?

So schreiben Sie einen skalierbaren TCP/IP-basierten Server

Einführung

Entwerfen eines Ein skalierbarer TCP/IP-Server erfordert die Optimierung seiner Architektur, um ein hohes Volumen gleichzeitiger Verbindungen zu bewältigen und gleichzeitig Leistung und Zuverlässigkeit beizubehalten. Dies erfordert eine sorgfältige Berücksichtigung der Netzwerkarchitektur, des Thread-Managements und des Datenflusses.

Skalierbare Netzwerkarchitektur

• Asynchrone Sockets: Nutzen Sie die asynchrone BeginReceive/BeginAccept-Methoden, um blockierende Vorgänge zu vermeiden und die Skalierbarkeit zu verbessern. Mit diesen Methoden können mehrere Clients gleichzeitig bedient werden, ohne dass für jede Verbindung ein eigener Thread erforderlich ist.
• Thread-Pool-Optimierung: Verwenden Sie den .NET-Thread-Pool, um Arbeitsthreads nach Bedarf dynamisch zuzuweisen. Dadurch entfällt der Aufwand für die manuelle Erstellung und Verwaltung von Threads.
• Verbindungspooling: Implementieren Sie einen Mechanismus zum Poolen und Wiederverwenden von Verbindungen. Dies reduziert den Zeit- und Ressourcenaufwand für den Aufbau neuer Verbindungen, insbesondere bei lang laufenden Verbindungen.

Datenflussoptimierung

• Serialisiert Datenverarbeitung: Strukturieren Sie Daten in einem konsistenten, serialisierbaren Format, um eine einfache Übertragung und Verarbeitung im gesamten Netzwerk zu ermöglichen Netzwerk.
• Effiziente Pufferung: Weisen Sie geeignete Puffer für die Datenübertragung und den Datenempfang zu. Bestimmen Sie die optimale Puffergröße basierend auf den erwarteten Nachrichtengrößen und Netzwerkbedingungen.
• Neuzusammenstellung von Nachrichten: Implementieren Sie einen Mechanismus, um fragmentierte Nachrichten, die von Clients empfangen werden, wieder zusammenzusetzen. Dadurch wird die Integrität der Datenübertragung sichergestellt.

Beispielimplementierung

using System;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

public class ScalableTcpServer
{
    private Socket _serverSocket;
    private List<Socket> _sockets;

    public void Start(IPAddress ipAddress, int port)
    {
        _serverSocket = new Socket(ipAddress.AddressFamily, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
        _sockets = new List<Socket>();

        _serverSocket.Bind(new IPEndPoint(ipAddress, port));
        _serverSocket.Listen(100);

        // Accept incoming connections asynchronously
        _serverSocket.BeginAccept(AcceptCallback, null);
    }

    private void AcceptCallback(IAsyncResult result)
    {
        try
        {
            Socket socket = _serverSocket.EndAccept(result);
            _sockets.Add(socket);

            // Handle data from the client asynchronously
            socket.BeginReceive(new byte[_bufferSize], 0, _bufferSize, SocketFlags.None, DataReceivedCallback, socket);

            // Accept the next incoming connection
            _serverSocket.BeginAccept(AcceptCallback, null);
        }
        catch (Exception ex)
        {
            // Handle exception
        }
    }

    private void DataReceivedCallback(IAsyncResult result)
    {
        Socket socket = (Socket)result.AsyncState;

        try
        {
            int bytesRead = socket.EndReceive(result);
            if (bytesRead > 0)
            {
                // Process received data
            }
            else
            {
                // Handle client disconnection
                RemoveSocket(socket);
            }

            // Register for the next data reception
            socket.BeginReceive(new byte[_bufferSize], 0, _bufferSize, SocketFlags.None, DataReceivedCallback, socket);
        }
        catch (Exception ex)
        {
            // Handle exception
        }
    }

    private void RemoveSocket(Socket socket)
    {
        lock (_sockets)
        {
            _sockets.Remove(socket);
        }
    }
}

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