IOCP 的SocketAsyncEventArgs实现流程

上述为IOCP执行过程，具体代码参见SocketAsyncEventArgs 类 (System.Net.Sockets) | Microsoft Learn

关于上图以及IOCP实现过程中的注解：

1. 在请求较为频繁或连接时间相对较短时，异步事件需要频繁实例化，会降低并发性能，建议使用异步事件的对象池（SocketAsyncEventArgsPool）和缓存池来分配事件和缓冲区。

2. 缓冲区必须进行显式设置，类型为byte[]或IList<ArraySegment<byte>>，必须有且只有一个，若二者都进行分配，将会报错。官方错误注解如下：

ArgumentException

参数无效。 e 参数的 Buffer 或 BufferList 属性必须引用有效的缓冲区。 可以设置这两个属性中的某一个，但不能同时设置这两个属性。

3. 在Windows系统下，该异步方法采用IOCP来实现，在Linux方法下通过epoll来实现，C#原生Socket仅有Select能够支持简单的“并发”，如果想在Linux平台实现高效率，可以采用此方法以达到epoll的效率。

4. 从上图不难看出：如果极端情况下，Accept后的Socket会一直或较长一段时间内处于同步状态，此时将会占用主线程来执行相关数据处理工作，会影响后续Socket的Accept。因此如果采用上述流程，应当尽可能避免将待收发数据的预处理操作放到完成事件绑定的方法内。通常的解决方法是将接收到的数据传入一个用线程池执行的方法内或创建一个Channel，将数据发往对应数据处理线程。但也可能会有人想要从Accept同步的角度去解决问题，但要注意异步方法的使用位置，一旦使用不当很容易引发错误。看如下官方代码：

public void StartAccept(SocketAsyncEventArgs acceptEventArg)
{
    // loop while the method completes synchronously
    bool willRaiseEvent = false;
    while (!willRaiseEvent)
    {
        m_maxNumberAcceptedClients.WaitOne();
        // socket must be cleared since the context object is being reused
        acceptEventArg.AcceptSocket = null;       //标记代码行 2     
        willRaiseEvent = listenSocket.AcceptAsync(acceptEventArg);
        if (!willRaiseEvent)
        {
            ProcessAccept(acceptEventArg);        //标记代码行 1
        }
     }
}

private void ProcessAccept(SocketAsyncEventArgs e)
{
    Interlocked.Increment(ref m_numConnectedSockets);
    Console.WriteLine("Client connection accepted. There are {0} clients connected to the server",m_numConnectedSockets);
    // Get the socket for the accepted client connection and put it into the
    //ReadEventArg object user token
    SocketAsyncEventArgs readEventArgs = m_readWritePool.Pop();
    readEventArgs.UserToken = e.AcceptSocket;    //标记代码行 3
    // As soon as the client is connected, post a receive to the connection
    bool willRaiseEvent = e.AcceptSocket.ReceiveAsync(readEventArgs);
    if (!willRaiseEvent)
    {
        ProcessReceive(readEventArgs);        //标记代码行 4
    }
}

        如果要从Accept方面解决同步问题，需要在 “标记代码行 1” 或 “标记代码行 4” 处采用异步（await、ThreadPool、Thread、Task），在 “1” 处采用异步，是将接收到的Socket异步事件初始分配及后续步骤作为异步操作，但如果观察一下 “2” 和 “3” 不难发现，如果采用异步，当前Socket异步执行ProcessAccept的过程和主线程执行StartAccept的过程是并行的，无法确定 “2” 和 “3” 的先后顺序，这样很可能会造成先将acceptEventArg.AcceptSocket指定为null，后将e.AcceptSocket赋给readEventArgs.UserToken（此处e和acceptEventArg指向同一对象）。因此在ProcessAccept处使用异步会产生空引用错误；如果在 “4” 处采用异步，则初始化后将同步接收代码交由异步处理，后续操作则不会引发错误。

5. 上图中的执行流程很好地演示了SocketAsyncEventArgs类的异步收发数据以及初始化配置过程，但并不应当直接用于生产。因为该演示流程存在一个重大问题：异步接收和异步发送之间是同步关系。换句话说就是虽然是异步收发，但收和发两个动作是相互调用对方的异步函数，二者之间的顺序实则是同步的环状结构。相对来说，异步发送并不会占用太多时间（相对），因此接收函数能够很快地被调用并进行监听，但问题在于传统的Socket是收发并行的，服务端与客户端可以双向通信，并不依赖于某一方的主动操作，而上述流程如果出现发送方迟迟不发送的情况，即ReceiveAsync的完成事件迟迟不触发，则会一直“异步阻塞”下去，导致永远不会调用SendAsync。因此通常情况下需要分别调用发送和接收的异步函数并对自身异步递归调用。但需要注意的是，二者同时触发时，不可共用同一个异步事件，需要分别进行注册，官方提供错误注解如下：

InvalidOperationException

已经在使用 e 参数中指定的 SocketAsyncEventArgs 对象执行套接字操作。