C# TCP 服务器和客户端
C# TCP 服务器开发代码解析笔记
本笔记围绕 Windows Forms 环境下的 TCP 服务器代码展开，从核心组件、关键功能实现、技术细节到潜在优化点，系统梳理 TCP 服务器开发的核心逻辑与实践要点，帮助理解网络编程中套接字使用、异步任务控制及客户端管理的核心流程。
一、核心成员变量解析
代码中定义了 3 个关键成员变量，是服务器运行的基础载体，其作用与关联如下：
| 变量名 | 类型 | 核心作用 | 注意事项 |
|---|---|---|---|
socketServer | Socket | 服务器 “主套接字”，负责初始化服务器、绑定 IP 端口、监听客户端连接请求，是整个服务器的网络入口 | 未启动时为null，需判断非空后再执行Bind/Listen等操作 |
cts | CancellationTokenSource | 异步任务 “取消令牌源”，用于控制后台接收连接、接收消息的任务启停，避免线程泄漏 | 每个独立任务需对应独立令牌源，代码中存在复用问题（后续优化点） |
clients | Dictionary | 存储已连接的客户端集合，键 = 客户端端点（IP + 端口），值 = 客户端专属套接字，实现客户端身份标识与通讯对象绑定 | 线程安全问题：多线程（UI 线程 + 后台任务）操作字典需加锁 |
二、核心功能模块实现
1. 服务器启动（StartServer()方法）
功能定位
完成服务器套接字的创建、IP 端口绑定及监听启动，是服务器进入 “可连接” 状态的核心步骤。
实现流程（3 步）
// 步骤1：创建TCP类型的服务器套接字 socketServer = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp); // 参数说明： // - AddressFamily.InterNetwork：使用IPv4地址族（区别于IPv6的InterNetworkV6） // - SocketType.Stream：字节流套接字（TCP协议专属，保证数据有序、可靠传输） // - ProtocolType.Tcp：明确使用TCP协议 // 步骤2：绑定IP与端口（从界面控件获取配置） IPAddress iPAddress = IPAddress.Parse(txtIP.Text); // 解析界面输入的IP（如127.0.0.1） EndPoint endPoint = new IPEndPoint(iPAddress, int.Parse(txtPort.Text)); // 构建“IP+端口”端点 socketServer.Bind(endPoint); // 将套接字与端点绑定（一台机器上端口不能重复绑定） // 步骤3：启动监听（允许排队的最大连接数） socketServer.Listen(100); // 参数100=等待连接的客户端队列长度（超过则新连接被拒绝） button1.Text = "关闭服务器"; // 更新界面按钮状态，提示服务器已启动
关键细节
-
代码中注释了 “获取本机 IP” 的逻辑（通过
Dns.GetHostName()+ 筛选 IPv4），实际开发中可用于自动填充txtIP，减少手动输入错误。 -
异常风险：
IPAddress.Parse()（无效 IP 格式）、int.Parse(txtPort.Text)（非数字输入）、Bind()（端口已被占用）均可能抛异常，需在调用处（如button1_Click）捕获。
2. 服务器关闭（CloseServer()方法）
功能定位
优雅关闭服务器，释放网络资源，通知所有客户端断开，避免资源泄漏。
实现流程
if (socketServer != null) // 先判断服务器套接字是否存在
{
// 步骤1：通知所有已连接客户端“服务器即将关闭”
foreach (var client in clients)
{
Socket socket = client.Value;
socket.Send(Encoding.UTF8.GetBytes("服务器即将关闭！")); // 发送关闭通知
socket.Disconnect(false); // 断开客户端连接（false=不允许后续重用该套接字）
}
// 步骤2：关闭服务器主套接字，释放端口
socketServer.Close();
// 步骤3：重置状态，便于下次启动
socketServer = null;
button1.Text = "启动服务器";
}
潜在问题
-
未处理
Send()异常：若客户端已断开但未从clients中移除，socket.Send()会抛异常，需加try-catch。 -
未清空
clients字典：关闭服务器后字典仍保留旧客户端数据，下次启动可能出现逻辑错误，需添加clients.Clear()。
3. 接收客户端连接（Accept()方法）
功能定位
在后台异步循环接收客户端连接请求，将新客户端加入管理字典，并为每个客户端启动独立的 “消息接收任务”。
核心逻辑（异步任务嵌套）
cts = new CancellationTokenSource(); // 创建任务取消令牌源
Task.Run(() => // 启动后台任务（避免阻塞UI线程）
{
// 外层循环：持续接收新客户端连接
while (!cts.IsCancellationRequested)
{
// 步骤1：阻塞等待客户端连接，获取客户端专属套接字
Socket socketClient = socketServer.Accept(); // 阻塞方法，有新连接才返回
// 步骤2：将新客户端加入管理字典（线程安全风险点）
if (!clients.ContainsKey(socketClient.RemoteEndPoint))
{
clients.Add(socketClient.RemoteEndPoint, socketClient);
// 更新UI：将客户端列表绑定到ComboBox（需通过Invoke切换到UI线程）
Invoke(new Action(() =>
{
comboBox1.DataSource = null; // 先清空旧数据源（避免绑定冲突）
comboBox1.DataSource = new BindingSource(clients, null); // 绑定字典
comboBox1.DisplayMember = "Key"; // 界面显示“客户端端点（IP+端口）”
comboBox1.ValueMember = "Value"; // 选中项的值为“客户端套接字”
}));
}
// 步骤3：为当前客户端启动独立的“消息接收任务”
CancellationTokenSource clientCts = new CancellationTokenSource(); // 每个客户端用独立令牌源（修复代码复用问题）
Socket currentClient = socketClient; // 捕获变量，避免闭包陷阱
Task.Run(() =>
{
// 内层循环：持续接收当前客户端的消息
while (!clientCts.IsCancellationRequested && currentClient.Connected)
{
// 读取客户端发送的字节数据
byte[] buffer = new byte[currentClient.Available]; // buffer长度=当前待读取字节数
int len = currentClient.Receive(buffer); // 实际读取的字节数
if (len > 0) // 读取到有效数据
{
string message = Encoding.UTF8.GetString(buffer); // 字节转字符串（UTF8编码）
EndPoint clientEndPoint = currentClient.RemoteEndPoint; // 客户端身份标识
// 更新UI：显示接收的消息
Invoke(new Action(() =>
{
// 特殊处理：客户端主动断开的通知
if (message == "客户端即将断开连接！")
{
clients.Remove(clientEndPoint); // 从字典移除客户端
// 重新绑定ComboBox数据源
comboBox1.DataSource = null;
if (clients.Count > 0)
{
comboBox1.DataSource = new BindingSource(clients, null);
comboBox1.DisplayMember = "Key";
comboBox1.ValueMember = "Value";
}
}
// 追加消息到富文本框（格式：【客户端端点】消息内容）
richTextBox1.Text += $"【{clientEndPoint}】{message}
";
}));
}
}
}, clientCts.Token);
}
}, cts.Token);
关键技术点
-
UI 线程安全：Windows Forms 控件仅允许创建它的线程（UI 线程）修改，因此更新
ComboBox、richTextBox1时必须通过Invoke(new Action(() => { ... }))切换到 UI 线程。 -
闭包陷阱：内层
Task.Run中若直接使用socketClient，会因闭包导致所有任务共享同一个变量，需用currentClient = socketClient捕获当前客户端套接字。 -
Accept()阻塞特性：socketServer.Accept()是阻塞方法，若无新连接会一直等待，因此必须放在后台任务中，避免卡死 UI。 -
socketClient.Available：获取当前套接字接收缓冲区中待读取的字节数，以此定义buffer长度，避免内存浪费（但需注意：若数据分批次到达，可能导致读取不完整，后续优化点）。
4. 发送消息（button2_Click()方法）
功能定位
支持 “群发” 和 “单发” 两种模式，将界面输入的文本发送给指定客户端。
实现逻辑
// 输入验证：避免发送空消息
if (string.IsNullOrWhiteSpace(textBox1.Text))
{
MessageBox.Show("输入消息，再发送！");
return;
}
// 模式1：群发（勾选checkBox1）
if (checkBox1.Checked)
{
foreach (var client in clients)
{
Socket socket = client.Value;
socket.Send(Encoding.UTF8.GetBytes(textBox1.Text)); // 字符串转UTF8字节数组发送
}
}
// 模式2：单发（未勾选checkBox1，从ComboBox选择客户端）
else
{
Socket client = (Socket)comboBox1.SelectedValue; // 获取选中的客户端套接字
// 验证客户端状态：非空且已连接
if (client != null && client.Connected)
{
client.Send(Encoding.UTF8.GetBytes(textBox1.Text));
}
}
潜在问题
-
未处理
Send()异常：若客户端断开但字典未更新，Send()会抛SocketException，需加try-catch。 -
无 “发送成功 / 失败” 反馈：用户无法知晓消息是否实际发送，可在发送后更新
richTextBox1提示发送状态。
5. 窗体关闭处理（Form1_FormClosing事件）
功能定位
确保窗体关闭时，服务器优雅关闭，避免资源泄漏。
private void Form1_FormClosing(object sender, FormClosingEventArgs e)
{
CloseServer(); // 调用关闭逻辑，释放套接字、通知客户端
}
三、关键技术细节与问题
1. 线程安全问题（高频考点）
代码中存在线程安全风险，主要集中在clients字典的操作：
-
写操作：后台任务（
Accept()）向字典添加客户端、接收消息时移除客户端。 -
读操作：UI 线程（
button2_Click）遍历字典群发消息、ComboBox绑定数据源。 -
解决方案：使用lock
关键字加锁，确保同一时间只有一个线程操作字典：
private readonly object clientLock = new object(); // 定义锁对象 // 添加客户端时加锁 lock (clientLock) { if (!clients.ContainsKey(socketClient.RemoteEndPoint)) { clients.Add(socketClient.RemoteEndPoint, socketClient); } } // 移除客户端时加锁 lock (clientLock) { clients.Remove(clientEndPoint); } // 遍历字典群发时加锁 lock (clientLock) { foreach (var client in clients) { // 发送逻辑 } }
2. 任务取消令牌源复用问题
原代码中，外层Accept()任务和内层 “消息接收任务” 共用同一个cts，导致：
-
取消外层任务时，所有内层 “消息接收任务” 也会被取消，不符合预期。
-
解决方案：为每个 “消息接收任务” 创建独立的
CancellationTokenSource（如上文代码优化中所示），确保取消粒度精准。
3. 数据读取不完整问题
原代码中buffer长度由currentClient.Available决定，若客户端发送的消息较大，数据会分批次到达，Available仅表示当前待读取字节数，会导致读取不完整（如消息 “Hello World” 分两次到达，第一次读取 “Hello”，第二次读取 “World”）。
解决方案：
-
定义固定长度的
buffer（如byte[] buffer = new byte[1024]），循环读取直到获取完整数据。 -
约定 “消息边界”（如末尾加
四、总结
本 TCP 服务器代码实现了 “启动 - 监听 - 接客 - 收发消息 - 关闭” 的核心流程，基于 Windows Forms 提供了可视化交互界面，关键知识点包括：
-
Socket类的核心用法：Bind（绑定）、Listen（监听）、Accept（接客）、Send（发消息）、Receive（收消息）。 -
异步任务与 UI 线程安全：
Task.Run避免 UI 阻塞，Invoke确保控件操作线程安全。 -
客户端管理：通过
Dictionary实现客户端身份与通讯对象的绑定。
C# TCP 客户端开发代码解析笔记
本笔记基于 Windows Forms 环境下的 TCP 客户端代码，从核心组件定义、关键功能实现逻辑、技术细节到优化方向，系统梳理 TCP 客户端与服务器通讯的完整流程，帮助理解客户端侧套接字使用、异步消息接收及连接管理的核心要点。
一、核心成员变量解析
客户端代码仅定义 2 个关键成员变量，承担连接管理与异步任务控制的核心作用，结构简洁但需关注状态一致性：
| 变量名 | 类型 | 核心作用 | 注意事项 |
|---|---|---|---|
socketClient | Socket | 客户端 “专属套接字”，负责与服务器建立连接、发送消息、接收消息，是客户端与服务器通讯的唯一通道 | 未连接时为null，所有网络操作（Connect/Send/Receive）需先判断非空 + 已连接 |
cts | CancellationTokenSource | 异步消息接收任务的 “取消令牌源”，用于控制后台接收服务器消息的任务启停，避免线程泄漏 | 仅关联 “消息接收任务”，需在断开连接时主动取消，防止任务空跑 |
二、核心功能模块实现
1. 连接服务器（ConnectServer()方法）
功能定位
完成客户端套接字初始化、与服务器建立 TCP 连接，并发送 “连接成功” 通知，是客户端进入通讯状态的第一步。
实现流程（3 步）
// 步骤1：创建TCP类型的客户端套接字 socketClient = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp); // 参数说明： // - AddressFamily.InterNetwork：使用IPv4地址族（需与服务器一致） // - SocketType.Stream：字节流套接字（TCP协议专属，保证数据可靠传输） // - ProtocolType.Tcp：明确使用TCP协议，与服务器通讯协议匹配 // 步骤2：构建服务器端点（IP+端口）并建立连接 IPEndPoint iPEndPoint = new IPEndPoint(IPAddress.Parse(txtIP.Text), int.Parse(txtPort.Text)); // 解析界面输入的服务器IP（如192.168.1.100）和端口（如8888），构建端点对象 socketClient.Connect(iPEndPoint); // 主动向服务器发起连接请求（阻塞方法，直到连接成功或失败） // 步骤3：发送连接成功通知+更新界面状态 socketClient.Send(Encoding.UTF8.GetBytes($"建立连接成功！")); // 向服务器发送连接确认消息 button1.Text = "断开服务器"; // 按钮文本切换，提示当前已连接
关键细节
-
Connect()阻塞特性：socketClient.Connect()是阻塞方法，调用后会等待服务器响应（成功 / 失败），若服务器未启动或网络不通，会抛SocketException，需在调用处（如button1_Click）用try-catch捕获异常（如 “无法连接到远程服务器”）。 -
输入合法性风险：
IPAddress.Parse(txtIP.Text)（无效 IP 格式，如 “256.256.256.256”）、int.Parse(txtPort.Text)（非数字或端口范围超界，0-65535）会抛异常，实际开发中需先做格式校验（如用IPAddress.TryParse、int.TryParse）。
2. 断开服务器连接（DisConnectServer()方法）
功能定位
优雅断开与服务器的 TCP 连接，释放套接字资源，向服务器发送 “断开通知”，确保服务器及时清理客户端记录。
实现流程
if (socketClient != null) // 先判断套接字是否存在，避免空引用异常
{
// 步骤1：向服务器发送“即将断开”通知（让服务器主动移除当前客户端）
socketClient.Send(Encoding.UTF8.GetBytes("客户端即将断开连接！"));
// 步骤2：断开连接+关闭套接字
socketClient.Disconnect(false); // 断开与服务器的连接（false=不允许后续重用该套接字）
socketClient.Close(); // 关闭套接字，释放占用的网络资源
// 步骤3：重置状态，便于下次连接
socketClient = null;
button1.Text = "连接服务器"; // 按钮文本恢复初始状态
}
潜在问题
-
未处理
Send()异常：若客户端与服务器的连接已断开（但socketClient未置空），调用Send()会抛SocketException，需加try-catch包裹发送逻辑。 -
未取消消息接收任务：若后台 “消息接收任务” 仍在运行，断开连接后需调用
cts.Cancel()终止任务，否则任务会因socketClient.Connected为false退出，但建议主动取消以释放资源。
3. 接收服务器消息（Accept()方法）
功能定位
在后台异步循环接收服务器发送的消息，解析后显示到界面，避免阻塞 UI 线程（核心异步逻辑）。
实现流程（异步任务 + 循环接收）
cts = new CancellationTokenSource(); // 初始化任务取消令牌源
Task.Run(() => // 启动后台任务（无返回值），任务执行在非UI线程
{
// 循环条件：任务未取消 且 客户端与服务器保持连接
// 【注意】原代码逻辑错误：用“||”导致任务取消后仍可能继续运行，需改为“&&”
while (!cts.IsCancellationRequested && socketClient.Connected)
{
// 步骤1：创建缓冲区（1MB大小，足够接收大部分场景的消息）
byte[] buffer = new byte[1024 * 1024]; // 1024*1024=1048576字节=1MB
// 步骤2：接收服务器发送的字节数据（阻塞方法，直到有数据或连接断开）
int len = socketClient.Receive(buffer); // 返回实际读取的字节数
if (len > 0) // 读取到有效数据（避免空数据处理）
{
// 步骤3：截取有效数据（避免缓冲区多余的空字节）
byte[] data = new byte[len]; // 新建与实际数据长度一致的数组
Array.Copy(buffer, 0, data, 0, len); // 从缓冲区复制有效数据到新数组
// 步骤4：更新UI显示消息（需切换到UI线程）
Invoke(new Action(() =>
{
// 格式：【服务器端点（IP+端口）】消息内容，追加到富文本框
richTextBox1.Text += $"【{socketClient.RemoteEndPoint}】{Encoding.UTF8.GetString(data)}
";
}));
}
}
}, cts.Token); // 传入取消令牌，关联任务与令牌源
关键技术点
-
UI 线程安全：Windows Forms 控件（如
richTextBox1）仅允许创建它的线程（UI 线程）修改，因此必须通过Invoke(new Action(() => { ... }))将 UI 更新逻辑 “委托” 到 UI 线程执行，否则会抛 “跨线程操作无效” 异常。 -
缓冲区设计：使用
1024*1024字节（1MB）的固定缓冲区，避免因消息过大导致读取不完整（相比 “动态获取Available字节数”，固定缓冲区更稳定，适合大部分场景）。 -
有效数据截取：
Receive(buffer)会将数据写入缓冲区，但缓冲区长度可能大于实际数据长度，因此需用Array.Copy截取前len个字节（len为实际读取长度），避免解析时包含空字符。 -
原代码逻辑错误修复：循环条件
!cts.IsCancellationRequested || !socketClient.Connected错误，“||” 表示 “任务未取消 或 未连接” 时都循环，会导致任务取消后仍继续运行；需改为 “&&”，表示 “任务未取消 且 已连接” 时才循环，符合预期逻辑。
4. 发送消息到服务器（button2_Click()方法）
功能定位
将界面输入的文本消息转换为字节数组，通过套接字发送给服务器，是客户端主动通讯的核心操作。
实现流程
// 校验客户端状态：仅当套接字非空时才执行发送（未校验“已连接”，需优化）
if (socketClient != null)
{
// 步骤1：文本转字节数组（UTF8编码，需与服务器解码方式一致）
byte[] messageBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(textBox1.Text);
// 步骤2：发送字节数组到服务器
socketClient.Send(messageBytes);
// 【优化点】发送后可清空输入框+更新UI显示“自己发送的消息”，提升用户体验
// Invoke(new Action(() => { textBox1.Clear(); richTextBox1.Text += $"【我】{textBox1.Text}
"; }));
}
关键问题
-
状态校验不完整：仅判断socketClient != null，未判断socketClient.Connected（若套接字存在但连接已断开，Send()会抛异常），需补充校验：
if (socketClient != null && socketClient.Connected) { // 发送逻辑 } else { MessageBox.Show("未连接到服务器，无法发送消息！"); } -
无发送反馈：用户点击 “发送” 后，无法知晓消息是否成功发送（如网络中断导致发送失败），需加
try-catch捕获SocketException，并提示用户发送结果。
5. 窗体关闭处理（Form1_FormClosing事件）
功能定位
确保窗体关闭时，客户端优雅断开与服务器的连接，释放资源，避免 “僵尸连接”（服务器以为客户端仍在线）。
private void Form1_FormClosing(object sender, FormClosingEventArgs e)
{
DisConnectServer(); // 调用断开连接逻辑，发送断开通知+关闭套接字
cts?.Cancel(); // 【补充优化】主动取消消息接收任务，释放线程资源
}
关键补充
原代码未在窗体关闭时取消cts任务，需补充cts?.Cancel()（?.表示若cts非空则执行Cancel()），避免消息接收任务在窗体关闭后仍后台运行，造成线程泄漏。
三、核心技术细节与优化方向
1. 异步任务与取消机制
-
问题：
Accept()方法中创建的cts未在断开连接时主动取消，导致即使客户端断开，任务仍可能因循环条件判断延迟而继续运行。 -
优化：在DisConnectServer()中补充取消逻辑：
private void DisConnectServer() { if (socketClient != null) { try { socketClient.Send(Encoding.UTF8.GetBytes("客户端即将断开连接！")); } catch (Exception ex) { MessageBox.Show($"发送断开通知失败：{ex.Message}"); } socketClient.Disconnect(false); socketClient.Close(); socketClient = null; button1.Text = "连接服务器"; cts?.Cancel(); // 取消消息接收任务 } }
2. 异常处理完善
客户端所有网络操作（Connect/Send/Receive）均可能抛SocketException（如网络中断、服务器关闭），原代码仅在button1_Click加了异常捕获，需补充其他场景的异常处理：
-
ConnectServer()异常：捕获 “无效 IP”“端口超界”“无法连接服务器” 等错误：private void button1_Click(object sender, EventArgs e) { try { if (button1.Text == "连接服务器") { // 先校验IP和端口格式 if (!IPAddress.TryParse(txtIP.Text, out IPAddress ip)) { MessageBox.Show("请输入有效的IP地址！"); return; } if (!int.TryParse(txtPort.Text, out int port) || port < 0 || port > 65535) { MessageBox.Show("请输入有效的端口号（0-65535）！"); return; } ConnectServer(); Accept(); } else { DisConnectServer(); } } catch (SocketException ex) { MessageBox.Show($"网络错误：{ex.Message}"); } catch (Exception ex) { MessageBox.Show($"未知错误：{ex.Message}"); } }
3. 用户体验优化
-
发送消息后清空输入框：在
button2_Click发送成功后，调用textBox1.Clear()，避免重复发送。 -
显示自己发送的消息
：发送消息时，同步在richTextBox1追加 “【我】消息内容”，让用户清晰看到通讯记录：
private void button2_Click(object sender, EventArgs e) { if (string.IsNullOrWhiteSpace(textBox1.Text)) { MessageBox.Show("请输入消息内容！"); return; } if (socketClient != null && socketClient.Connected) { try { string message = textBox1.Text; socketClient.Send(Encoding.UTF8.GetBytes(message)); // 显示自己发送的消息 Invoke(new Action(() => { richTextBox1.Text += $"【我】{message} "; textBox1.Clear(); })); } catch (SocketException ex) { MessageBox.Show($"发送失败：{ex.Message}"); } } else { MessageBox.Show("未连接到服务器，无法发送消息！"); } }
四、总结
本 TCP 客户端代码实现了 “连接 - 收发消息 - 断开” 的核心功能，基于 Windows Forms 提供了可视化交互界面，关键知识点包括：
-
Socket类的客户端用法：Connect（主动连接）、Send（发送）、Receive（接收）。 -
异步任务控制：用
Task.Run+CancellationTokenSource实现后台消息接收，避免 UI 阻塞。 -
UI 线程安全：用
Invoke委托更新界面控件，解决跨线程操作问题。
实际开发中，需重点完善异常处理、状态校验和用户体验优化，确保客户端通讯稳定、交互友好。
