C#网络编程(订立协议和发送文件) - Part.4
文件传输
前面两篇文章所使用的范例都是传输字符串，有的时候我们可能会想在服务端和客户端之间传递文件。比如，考虑这样一种情况，假如客户端显示了一个菜单，当我们输入S1、S2或S3（S为Send缩写）时，分别向服务端发送文件Client01.jpg、Client02.jpg、Client03.jpg；当我们输入R1、R2或R3时（R为Receive缩写），则分别从服务端接收文件Server01.jpg、Server02.jpg、Server03.jpg。那么，我们该如何完成这件事呢？此时可能有这样两种做法：
- 类似于FTP协议，服务端开辟两个端口，并持续对这两个端口侦听：一个用于接收字符串，类似于FTP的控制端口，它接收各种命令（接收或发送文件）；一个用于传输数据，也就是发送和接收文件。
- 服务端只开辟一个端口，用于接收字符串，我们称之为控制端口。当接到请求之后，根据请求内容在客户端开辟一个端口专用于文件传输，并在传输结束后关闭端口。
现在我们只关注于上面的数据端口，回忆一下在第二篇中我们所总结的，可以得出：当我们使用上面的方法一时，服务端的数据端口可以为多个客户端的多次请求服务；当我们使用方法二时，服务端只为一个客户端的一次请求服务，但是因为每次请求都会重新开辟端口，所以实际上还是相当于可以为多个客户端的多次请求服务。同时，因为它只为一次请求服务，所以我们在数据端口上传输文件时无需采用异步传输方式。但在控制端口我们仍然需要使用异步方式。
从上面看出，第一种方式要好得多，但是我们将采用第二种方式。至于原因，你可以回顾一下Part.1（基本概念和操作）中关于聊天程序模式的讲述，因为接下来一篇文章我们将创建一个聊天程序，而这个聊天程序采用第三种模式，所以本文的练习实际是对下一篇的一个铺垫。
1.订立协议
1.1发送文件
我们先看一下发送文件的情况，如果我们想将文件client01.jpg由客户端发往客户端，那么流程是什么：
- 客户端开辟数据端口用于侦听，并获取端口号，假设为8005。
- 假设客户端输入了S1，则发送下面的控制字符串到服务端：[file=Client01.jpg, mode=send, port=8005]。
- 服务端收到以后，根据客户端ip和端口号与该客户端建立连接。
- 客户端侦听到服务端的连接，开始发送文件。
- 传送完毕后客户端、服务端分别关闭连接。
此时，我们订立的发送文件协议为：[file=Client01.jpg, mode=send, port=8005]。但是，由于它是一个普通的字符串，在上一篇中，我们采用了正则表达式来获取其中的有效值，但这显然不是一种好办法。因此，在本文及下一篇文章中，我们采用一种新的方式来编写协议：XML。对于上面的语句，我们可以写成这样的XML：
<protocol><file name="client01.jpg" mode="send" port="8005" /></protocol>
这样我们在服务端就会好处理得多，接下来我们来看一下接收文件的流程及其协议。
NOTE：这里说发送、接收文件是站在客户端的立场说的，当客户端发送文件时，对于服务器来收，则是接收文件。
1.2接收文件
接收文件与发送文件实际上完全类似，区别只是由客户端向网络流写入数据，还是由服务端向网络流写入数据。
- 客户端开辟数据端口用于侦听，假设为8006。
- 假设客户端输入了R1，则发送控制字符串：<protocol><file name="Server01.jpg" mode="receive" port="8006" /></protocol>到服务端。
- 服务端收到以后，根据客户端ip和端口号与该客户端建立连接。
- 客户端建立起与服务端的连接，服务端开始网络流中写入数据。
- 传送完毕后服务端、客户端分别关闭连接。
2.协议处理类的实现
和上面一章一样，在开始编写实际的服务端客户端代码之前，我们首先要编写处理协议的类，它需要提供这样两个功能：1、方便地帮我们获取完整的协议信息，因为前面我们说过，服务端可能将客户端的多次独立请求拆分或合并。比如，客户端连续发送了两条控制信息到服务端，而服务端将它们合并了，那么则需要先拆开再分别处理。2、方便地获取我们所想要的属性信息，因为协议是XML格式，所以还需要一个类专门对XML进行处理，获得字符串的属性值。
2.1 ProtocalHandler辅助类
我们先看下ProtocalHandler，它与上一篇中的RequestHandler作用相同。需要注意的是必须将它声明为实例的，而非静态的，这是因为每个TcpClient都需要对应一个ProtocalHandler，因为它内部维护的patialProtocal不能共享，在协议发送不完整的情况下，这个变量用于临时保存被截断的字符串。
public class ProtocolHandler {
private string partialProtocal; // 保存不完整的协议
public ProtocolHandler() {
partialProtocal = "";
}
public string[] GetProtocol(string input) {
return GetProtocol(input, null);
}
// 获得协议
private string[] GetProtocol(string input, List<string> outputList) {
if (outputList == null)
outputList = new List<string>();
if (String.IsNullOrEmpty(input))
return outputList.ToArray();
if (!String.IsNullOrEmpty(partialProtocal))
input = partialProtocal + input;
string pattern = "(^<protocol>.*?</protocol>)";
// 如果有匹配，说明已经找到了，是完整的协议
if (Regex.IsMatch(input, pattern)) {
// 获取匹配的值
string match = Regex.Match(input, pattern).Groups[0].Value;
outputList.Add(match);
partialProtocal = "";
// 缩短input的长度
input = input.Substring(match.Length);
// 递归调用
GetProtocol(input, outputList);
} else {
// 如果不匹配，说明协议的长度不够，
// 那么先缓存，然后等待下一次请求
partialProtocal = input;
}
return outputList.ToArray();
}
}
因为现在它已经不是本文的重点了，所以我就不演示对于它的测试了，本文所附带的代码中含有它的测试代码（我在ProtocolHandler中添加了一个静态类Test()）。
2.2 FileRequestType枚举和FileProtocol结构
因为XML是以字符串的形式在进行传输，为了方便使用，我们最好构建一个强类型来对它们进行操作，这样会方便很多。我们首先可以定义FileRequestMode枚举，它代表是发送还是接收文件：
public enum FileRequestMode {
Send = 0,
Receive
}
接下来我们再定义一个FileProtocol结构，用来为整个协议字符串提供强类型的访问，注意这里覆盖了基类的ToString()方法，这样在客户端我们就不需要再手工去编写XML，只要在结构值上调用ToString()就OK了，会方便很多。
public struct FileProtocol {
private readonly FileRequestMode mode;
private readonly int port;
private readonly string fileName;
public FileProtocol
(FileRequestMode mode, int port, string fileName) {
this.mode = mode;
this.port = port;
this.fileName = fileName;
}
public FileRequestMode Mode {
get { return mode; }
}
public int Port {
get { return port; }
}
public string FileName {
get { return fileName; }
}
public override string ToString() {
return String.Format("<protocol><file name=\"{0}\" mode=\"{1}\" port=\"{2}\" /></protocol>", fileName, mode, port);
}
}
2.3 ProtocolHelper辅助类
这个类专用于将XML格式的协议映射为我们上面定义的强类型对象，这里我没有加入try/catch异常处理，因为协议对用户来说是不可见的，而且客户端应该总是发送正确的协议，我觉得这样可以让代码更加清晰：
public class ProtocolHelper {
private XmlNode fileNode;
private XmlNode root;
public ProtocolHelper(string protocol) {
XmlDocument doc = new XmlDocument();
doc.LoadXml(protocol);
root = doc.DocumentElement;
fileNode = root.SelectSingleNode("file");
}
// 此时的protocal一定为单条完整protocal
private FileRequestMode GetFileMode() {
string mode = fileNode.Attributes["mode"].Value;
mode = mode.ToLower();
if (mode == "send")
return FileRequestMode.Send;
else
return FileRequestMode.Receive;
}
// 获取单条协议包含的信息
public FileProtocol GetProtocol() {
FileRequestMode mode = GetFileMode();
string fileName = "";
int port = 0;
fileName = fileNode.Attributes["name"].Value;
port = Convert.ToInt32(fileNode.Attributes["port"].Value);
return new FileProtocol(mode, port, fileName);
}
}
OK，我们又耽误了点时间，下面就让我们进入正题吧。
3.客户端发送数据
3.1 服务端的实现
我们还是将一个问题分成两部分来处理，先是发送数据，然后是接收数据。我们先看发送数据部分的服务端。如果你从第一篇文章看到了现在，那么我觉得更多的不是技术上的问题而是思路，所以我们不再将重点放到代码上，这些应该很容易就看懂了。
class Server {
static void Main(string[] args) {
Console.WriteLine("Server is running ... ");
IPAddress ip = IPAddress.Parse("127.0.0.1");
TcpListener listener = new TcpListener(ip, 8500);
listener.Start(); // 开启对控制端口 8500 的侦听
Console.WriteLine("Start Listening ...");
while (true) {
// 获取一个连接，同步方法，在此处中断
TcpClient client = listener.AcceptTcpClient();
RemoteClient wapper = new RemoteClient(client);
wapper.BeginRead();
}
}
}
public class RemoteClient {
private TcpClient client;
private NetworkStream streamToClient;
private const int BufferSize = 8192;
private byte[] buffer;
private ProtocolHandler handler;
public RemoteClient(TcpClient client) {
this.client = client;
// 打印连接到的客户端信息
Console.WriteLine("\nClient Connected！{0} <-- {1}",
client.Client.LocalEndPoint, client.Client.RemoteEndPoint);
// 获得流
streamToClient = client.GetStream();
buffer = new byte[BufferSize];
handler = new ProtocolHandler();
}
// 开始进行读取
public void BeginRead() {
AsyncCallback callBack = new AsyncCallback(OnReadComplete);
streamToClient.BeginRead(buffer, 0, BufferSize, callBack, null);
}
// 再读取完成时进行回调
private void OnReadComplete(IAsyncResult ar) {
int bytesRead = 0;
try {
lock (streamToClient) {
bytesRead = streamToClient.EndRead(ar);
Console.WriteLine("Reading data, {0} bytes ...", bytesRead);
}
if (bytesRead == 0) throw new Exception("读取到0字节");
string msg = Encoding.Unicode.GetString(buffer, 0, bytesRead);
Array.Clear(buffer,0,buffer.Length); // 清空缓存，避免脏读
// 获取protocol数组
string[] protocolArray = handler.GetProtocol(msg);
foreach (string pro in protocolArray) {
// 这里异步调用，不然这里可能会比较耗时
ParameterizedThreadStart start =
new ParameterizedThreadStart(handleProtocol);
start.BeginInvoke(pro, null, null);
}
// 再次调用BeginRead()，完成时调用自身，形成无限循环
lock (streamToClient) {
AsyncCallback callBack = new AsyncCallback(OnReadComplete);
streamToClient.BeginRead(buffer, 0, BufferSize, callBack, null);
}
} catch(Exception ex) {
if(streamToClient!=null)
streamToClient.Dispose();
client.Close();
Console.WriteLine(ex.Message); // 捕获异常时退出程序
}
}
// 处理protocol
private void handleProtocol(object obj) {
string pro = obj as string;
ProtocolHelper helper = new ProtocolHelper(pro);
FileProtocol protocol = helper.GetProtocol();
if (protocol.Mode == FileRequestMode.Send) {
// 客户端发送文件，对服务端来说则是接收文件
receiveFile(protocol);
} else if (protocol.Mode == FileRequestMode.Receive) {
// 客户端接收文件，对服务端来说则是发送文件
// sendFile(protocol);
}
}
private void receiveFile(FileProtocol protocol) {
// 获取远程客户端的位置
IPEndPoint endpoint = client.Client.RemoteEndPoint as IPEndPoint;
IPAddress ip = endpoint.Address;
// 使用新端口号，获得远程用于接收文件的端口
endpoint = new IPEndPoint(ip, protocol.Port);
// 连接到远程客户端
TcpClient localClient;
try {
localClient = new TcpClient();
localClient.Connect(endpoint);
} catch {
Console.WriteLine("无法连接到客户端 --> {0}", endpoint);
return;
}
// 获取发送文件的流
NetworkStream streamToClient = localClient.GetStream();
// 随机生成一个在当前目录下的文件名称
string path =
Environment.CurrentDirectory + "/" + generateFileName(protocol.FileName);
byte[] fileBuffer = new byte[1024]; // 每次收1KB
FileStream fs = new FileStream(path, FileMode.CreateNew, FileAccess.Write);
// 从缓存buffer中读入到文件流中
int bytesRead;
int totalBytes = 0;
do {
bytesRead = streamToClient.Read(buffer, 0, BufferSize);
fs.Write(buffer, 0, bytesRead);
totalBytes += bytesRead;
Console.WriteLine("Receiving {0} bytes ...", totalBytes);
} while (bytesRead > 0);
Console.WriteLine("Total {0} bytes received, Done!", totalBytes);
streamToClient.Dispose();
fs.Dispose();
localClient.Close();
}
// 随机获取一个图片名称
private string generateFileName(string fileName) {
DateTime now = DateTime.Now;
return String.Format(
"{0}_{1}_{2}_{3}", now.Minute, now.Second, now.Millisecond, fileName
);
}
}
这里应该没有什么新知识，需要注意的地方有这么几个：
- 在OnReadComplete()回调方法中的foreach循环，我们使用委托异步调用了handleProtocol()方法，这是因为handleProtocol即将执行的是一个读取或接收文件的操作，也就是一个相对耗时的操作。
- 在handleProtocol()方法中，我们深切体会了定义ProtocolHelper类和FileProtocol结构的好处。如果没有定义它们，这里将是不堪入目的处理XML以及类型转换的代码。
- handleProtocol()方法中进行了一个条件判断，注意sendFile()方法我屏蔽掉了，这个还没有实现，但是我想你已经猜到它将是后面要实现的内容。
- receiveFile()方法是实际接收客户端发来文件的方法，这里没有什么特别之处。需要注意的是文件存储的路径，它保存在了当前程序执行的目录下，文件的名称我使用generateFileName()生成了一个与时间有关的随机名称。
3.2客户端的实现
我们现在先不着急实现客户端S1、R1等用户菜单，首先完成发送文件这一功能，实际上，就是为上一节SendMessage()加一个姐妹方法SendFile()。
class Client {
static void Main(string[] args) {
ConsoleKey key;
ServerClient client = new ServerClient();
string filePath = Environment.CurrentDirectory + "/" + "Client01.jpg";
if(File.Exists(filePath))
client.BeginSendFile(filePath);
Console.WriteLine("\n\n输入\"Q\"键退出。");
do {
key = Console.ReadKey(true).Key;
} while (key != ConsoleKey.Q);
}
}
public class ServerClient {
private const int BufferSize = 8192;
private byte[] buffer;
private TcpClient client;
private NetworkStream streamToServer;
public ServerClient() {
try {
client = new TcpClient();
client.Connect("localhost", 8500); // 与服务器连接
} catch (Exception ex) {
Console.WriteLine(ex.Message);
return;
}
buffer = new byte[BufferSize];
// 打印连接到的服务端信息
Console.WriteLine("Server Connected！{0} --> {1}",
client.Client.LocalEndPoint, client.Client.RemoteEndPoint);
streamToServer = client.GetStream();
}
// 发送消息到服务端
public void SendMessage(string msg) {
byte[] temp = Encoding.Unicode.GetBytes(msg); // 获得缓存
try {
lock (streamToServer) {
streamToServer.Write(temp, 0, temp.Length); // 发往服务器
}
Console.WriteLine("Sent: {0}", msg);
} catch (Exception ex) {
Console.WriteLine(ex.Message);
return;
}
}
// 发送文件 - 异步方法
public void BeginSendFile(string filePath) {
ParameterizedThreadStart start =
new ParameterizedThreadStart(BeginSendFile);
start.BeginInvoke(filePath, null, null);
}
private void BeginSendFile(object obj) {
string filePath = obj as string;
SendFile(filePath);
}
// 发送文件 -- 同步方法
public void SendFile(string filePath) {
IPAddress ip = IPAddress.Parse("127.0.0.1");
TcpListener listener = new TcpListener(ip, 0);
listener.Start();
// 获取本地侦听的端口号
IPEndPoint endPoint = listener.LocalEndpoint as IPEndPoint;
int listeningPort = endPoint.Port;
// 获取发送的协议字符串
string fileName = Path.GetFileName(filePath);
FileProtocol protocol =
new FileProtocol(FileRequestMode.Send, listeningPort, fileName);
string pro = protocol.ToString();
SendMessage(pro); // 发送协议到服务端
// 中断，等待远程连接
TcpClient localClient = listener.AcceptTcpClient();
Console.WriteLine("Start sending file...");
NetworkStream stream = localClient.GetStream();
// 创建文件流
FileStream fs = new FileStream(filePath, FileMode.Open, FileAccess.Read);
byte[] fileBuffer = new byte[1024]; // 每次传1KB
int bytesRead;
int totalBytes = 0;
// 创建获取文件发送状态的类
SendStatus status = new SendStatus(filePath);
// 将文件流转写入网络流
try {
do {
Thread.Sleep(10); // 为了更好的视觉效果，暂停10毫秒:-)
bytesRead = fs.Read(fileBuffer, 0, fileBuffer.Length);
stream.Write(fileBuffer, 0, bytesRead);
totalBytes += bytesRead; // 发送了的字节数
status.PrintStatus(totalBytes); // 打印发送状态
} while (bytesRead > 0);
Console.WriteLine("Total {0} bytes sent, Done!", totalBytes);
} catch {
Console.WriteLine("Server has lost...");
}
stream.Dispose();
fs.Dispose();
localClient.Close();
listener.Stop();
}
}
接下来我们来看下这段代码，有这么两点需要注意一下：
- 在Main()方法中可以看到，图片的位置为应用程序所在的目录，如果你跟我一样处于调试模式，那么就在解决方案的Bin目录下的Debug目录中放置三张图片Client01.jpg、Client02.jpg、Client03.jpg，用来发往服务端。
- 我在客户端提供了两个SendFile()方法，和一个BeginSendFile()方法，分别用于同步和异步传输，其中私有的SendFile()方法只是一个辅助方法。实际上对于发送文件这样的操作我们几乎总是需要使用异步操作。
- SendMessage()方法中给streamToServer加锁很重要，因为SendFile()方法是多线程访问的，而在SendFile()方法中又调用了SendMessage()方法。
- 我另外编写了一个SendStatus类，它用来记录和打印发送完成的状态，已经发送了多少字节，完成度是百分之多少，等等。本来这个类的内容我是直接写入在Client类中的，后来我觉得它执行的工作已经不属于Client本身所应该执行的领域之内了，我记得这样一句话：当你觉得类中的方法与类的名称不符的时候，那么就应该考虑重新创建一个类。我觉得用在这里非常恰当。
下面是SendStatus的内容：
// 即时计算发送文件的状态
public class SendStatus {
private FileInfo info;
private long fileBytes;
public SendStatus(string filePath) {
info = new FileInfo(filePath);
fileBytes = info.Length;
}
public void PrintStatus(int sent) {
string percent = GetPercent(sent);
Console.WriteLine("Sending {0} bytes, {1}% ...", sent, percent);
}
// 获得文件发送的百分比
public string GetPercent(int sent){
decimal allBytes = Convert.ToDecimal(fileBytes);
decimal currentSent = Convert.ToDecimal(sent);
decimal percent = (currentSent / allBytes) * 100;
percent = Math.Round(percent, 1); //保留一位小数
if (percent.ToString() == "100.0")
return "100";
else
return percent.ToString();
}
}
3.3程序测试
接下里我们运行一下程序，来检查一下输出，首先看下服务端：
接着是客户端，我们能够看到发送的字节数和进度，可以想到如果是图形界面，那么我们可以通过扩展SendStatus类来创建一个进度条：
最后我们看下服务端的Bin\Debug目录，应该可以看到接收到的图片：
本来我想这篇文章就可以完成发送和接收，不过现在看来没法实现了，因为如果继续下去这篇文章就太长了，我正尝试着尽量将文章控制在15页以内。那么我们将在下篇文章中再完成接收文件这一部分。
