在開發(fā)與遠(yuǎn)程設(shè)備通訊的系統(tǒng)時(shí)，為了提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男剩３x擇UDP這個通訊協(xié)議來作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿浇椤６?.NET framework中所提供的UdpClient對象，可以幫助開發(fā)人員依照系統(tǒng)需求開啟UDP套接字點(diǎn)，快速建立UDP聯(lián)機(jī)來提供與遠(yuǎn)程設(shè)備通訊的功能。
這個系統(tǒng)架構(gòu)下當(dāng)增加一個不同種類的遠(yuǎn)程設(shè)備時(shí)，必須要提供一個不同的UDP套接字點(diǎn)，才能用來提供與不同種類遠(yuǎn)程設(shè)備通訊的功能，在遠(yuǎn)程設(shè)備種類越來越多時(shí)，系統(tǒng)所需要的UDP套接字點(diǎn)就會依照遠(yuǎn)程設(shè)備種類而增加。
在遠(yuǎn)程設(shè)備種類越來越多的情景中，為了網(wǎng)絡(luò)管理考慮會限制系統(tǒng)與遠(yuǎn)程設(shè)備通訊時(shí)，必須統(tǒng)一使用同一個UDP套接字點(diǎn)來與遠(yuǎn)程設(shè)備通訊，再由封包內(nèi)容、或是IP地址去判斷實(shí)際連接的遠(yuǎn)程設(shè)備為何。
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
// Receiver
UdpClient udpClientA = new UdpClient(new IPEndPoint(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 1234));
UdpClient udpClientB = new UdpClient(new IPEndPoint(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 1234));
}
}
依照系統(tǒng)需求開發(fā)人員可能寫出上列的程序代碼，直接建立兩個UdpClient對象來開啟同一個UDP套接字點(diǎn)。這段程序代碼內(nèi)容可以通過編譯程序的檢查，但在按下執(zhí)行之后，就會在Visual Studio之中看到SocketException的例外通知，用來告知開發(fā)人員同一個套接字點(diǎn)只能被開啟一次，使用兩個UdpClient來開啟同一個套接字點(diǎn)是無法執(zhí)行的。
有涉略過Design pattern的開發(fā)人員，在遇到資源對象只能有一個實(shí)體的情景，會想到套用Singleton Pattern來提供資源對象共享的功能。系統(tǒng)中UdpClient對象所開啟的UDP套接字點(diǎn)，就是屬于這種只能由一個對象所開啟的資源，這個情景中在UdpClient對象上套用Singleton Pattern看起來會是個不錯的選擇。
class Program
{
// Singleton
private static UdpClient _udpClientInstance = null;
private static UdpClient UdpClientInstance
{
get
{
if (_udpClientInstance == null)
{
_udpClientInstance = new UdpClient(new IPEndPoint(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 1234));
}
return _udpClientInstance;
}
}
// Main
static void Main(string[] args)
{
// Receiver
UdpClient udpClientA = Program.UdpClientInstance;
UdpClient udpClientB = Program.UdpClientInstance;
// Transmiter
UdpClient transmiter = new UdpClient(new IPEndPoint(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 9999));
// Send
transmiter.Send(new byte[] { 55 }, 1, new IPEndPoint(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 1234));
// Receive
byte[] packet = null;
IPEndPoint remoteEndPoint = new IPEndPoint(IPAddress.Any, IPEndPoint.MinPort);
packet = udpClientA.Receive(ref remoteEndPoint);
Console.WriteLine(string.Format("UdpClientA Receive:{0}", packet[0]));
packet = udpClientB.Receive(ref remoteEndPoint);
Console.WriteLine(string.Format("UdpClientB Receive:{0}", packet[0]));
// End
Console.ReadLine();
// Close
transmiter.Close();
udpClientB.Close();
udpClientA.Close();
}
}
將Singleton Pattern套用在系統(tǒng)內(nèi)所使用的UdpClient物件上，可以寫出上列的程序代碼，系統(tǒng)內(nèi)所使用的UdpClient對象都是取用到系統(tǒng)內(nèi)一個靜態(tài)存放的共享UdpClient對象。這段程序代碼內(nèi)容可以通過編譯程序的檢查，并且在執(zhí)行時(shí)也不會出現(xiàn)SocketException的例外通知，因?yàn)樘子肧ingleton Pattern讓系統(tǒng)內(nèi)只會開啟UDP套接字點(diǎn)一次。
但進(jìn)階一點(diǎn)去思考UdpClient對象的封包接收功能，UdpClient對象中提供Receive方法來等待、接收遠(yuǎn)程設(shè)備傳送的數(shù)據(jù)封包，收到數(shù)據(jù)封包之后再次執(zhí)行Receive方法會繼續(xù)等待、接收下一個數(shù)據(jù)封包。也就是說一個遠(yuǎn)程設(shè)備傳送的數(shù)據(jù)封包，UdpClient只能透過Receive方法取得一次，在系統(tǒng)內(nèi)共享同UdpClient對象，沒有辦法共享Receive方法所取得的數(shù)據(jù)封包。
觀察上列范例的執(zhí)行結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)在范例中由transmiter所傳送的資料封包，在被UdpClientA透過Receive方法接收之后，UdpClientB無法接收到這個遠(yuǎn)程傳送的數(shù)據(jù)封包，這也就驗(yàn)證范例中將Singleton Pattern套用在系統(tǒng)內(nèi)所使用UdpClient上的方式，會發(fā)生了無法共享數(shù)據(jù)封包的問題。
為了提供系統(tǒng)使用同一個UDP套接字點(diǎn)來與遠(yuǎn)程設(shè)備通訊，再由封包內(nèi)容、或是IP地址去判斷實(shí)際連接的遠(yuǎn)程設(shè)備為何的功能。筆者設(shè)計(jì)一個名為MutualUdpClient的解決方案，用來在系統(tǒng)內(nèi)共享UDP通訊聯(lián)機(jī)并且共享遠(yuǎn)程設(shè)備傳送的數(shù)據(jù)封包。
在MutualUdpClient這個解決方案中，套用先前部落格中所發(fā)表的Singleton Pool模式，套用這個模式讓系統(tǒng)能夠共享UdpClient聯(lián)機(jī)，并且在有系統(tǒng)對象使用UdpClient聯(lián)機(jī)時(shí)就開啟共享UDP通訊聯(lián)機(jī)，而在所有系統(tǒng)對象都不需要使用UdpClient聯(lián)機(jī)才真正去關(guān)閉這個共享的UDP通訊聯(lián)機(jī)。
。
套用Singleton Pool模式解決了共享UdpClient聯(lián)機(jī)的功能，接著在MutualUdpClient這個解決方案中，為了共享遠(yuǎn)程設(shè)備傳送的數(shù)據(jù)封包，在UdpClient與MutualUdpClient之間加入了一個RouteUdpClient對象。
RouteUdpClient對象是一個主動式的對象，在被建立之后會開啟一條獨(dú)立的線程，不斷的接收UdpClient所接收到的數(shù)據(jù)封包，并且將接收到數(shù)據(jù)封包透過事件的方式通知每個MutualUdpClient，經(jīng)由這樣的流程就可以將遠(yuǎn)程設(shè)備所傳送的數(shù)據(jù)封包，在每個MutualUdpClient之間共享。
而MutualUdpClient對象在收到RouteUdpClient所提供的數(shù)據(jù)封包時(shí)，會先將數(shù)據(jù)封包暫存在一個隊(duì)列里，并且在MutualUdpClient對象的Receive方法被呼叫時(shí)，再從隊(duì)列取出數(shù)據(jù)封包并且回傳給呼叫端，用以將遠(yuǎn)程設(shè)備傳送的數(shù)據(jù)封包提供給呼叫端做后續(xù)的處理。經(jīng)由這樣的方式，每個系統(tǒng)中所建立的MutualUdpClient對象就可以透過Receive方法取得，每個遠(yuǎn)程設(shè)備傳送的數(shù)據(jù)封包。
*這邊要特別一提的是，MutualUdpClient對象不選擇事件方式來提供數(shù)據(jù)封包而采用Receive方法來提供，是為了讓使用MutualUdpClient對象的開發(fā)人員，在使用對象的時(shí)候，能夠得到與使用UdpClient一樣的開發(fā)體驗(yàn)，用以減少開發(fā)時(shí)的學(xué)習(xí)時(shí)間。
處理完共享UdpClient聯(lián)機(jī)、共享遠(yuǎn)程設(shè)備傳送的資料封包之后，還要處理一下傳送數(shù)據(jù)封包到遠(yuǎn)程設(shè)備的功能。在MutualUdpClient之中，對于傳送數(shù)據(jù)封包到遠(yuǎn)程設(shè)備并沒有特殊需求，所以直接使用UdpClient的Send功能就可以完成將數(shù)據(jù)封包傳送到遠(yuǎn)程設(shè)備的功能。
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
// Receiver
MutualUdpClient udpClientA = new MutualUdpClient(new IPEndPoint(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 1234));
MutualUdpClient udpClientB = new MutualUdpClient(new IPEndPoint(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 1234));
// Transmiter
UdpClient transmiter = new UdpClient(new IPEndPoint(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 9999));
// Send
transmiter.Send(new byte[] { 55 }, 1, new IPEndPoint(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 1234));
// Receive
byte[] packet = null;
IPEndPoint remoteEndPoint = new IPEndPoint(IPAddress.Any, IPEndPoint.MinPort);
packet = udpClientA.Receive(ref remoteEndPoint);
Console.WriteLine(string.Format("UdpClientA Receive:{0}", packet[0]));
packet = udpClientB.Receive(ref remoteEndPoint);
Console.WriteLine(string.Format("UdpClientB Receive:{0}", packet[0]));
// End
Console.ReadLine();
// Close
transmiter.Close();
udpClientB.Close();
udpClientA.Close();
}
}
上列程序代碼示范如何在系統(tǒng)中使用MutualUdpClient對象，在范例中可以看到程序代碼中直接建立了兩個相同UDP端點(diǎn)的MutualUdpClient對象，并且可以正常的執(zhí)行不會出現(xiàn)SocketException的例外通知。而遠(yuǎn)程設(shè)備transmiter所傳送的數(shù)據(jù)封包，在被UdpClientA透過Receive方法接收之后，UdpClientB依然可以透過Receive方法接收同一個資料，這也就驗(yàn)證了MutualUdpClient對象提供了共享通訊聯(lián)機(jī)、共享數(shù)據(jù)封包的功能。
