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Socket服務(wù)器主要用于提供高效、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)處理、消息轉(zhuǎn)發(fā)等服務(wù)，它直接決定了前臺(tái)應(yīng)用程序的性能。
Socket通信從技術(shù)上分為客戶端和服務(wù)端，目前客戶端主要為無線遠(yuǎn)傳集中器、有線遠(yuǎn)傳集中器、單個(gè)物聯(lián)網(wǎng)終端水表，實(shí)際上客戶端在單微機(jī)上都只有一個(gè)Tcp客戶端在連接。服務(wù)端Tcp連接包含長連接和短連接共存，隨著用戶量以及設(shè)備量的增加，一個(gè)高可用的Socket服務(wù)端技術(shù)的實(shí)現(xiàn)是非常重要的。
直入主題，介紹我們的Socket通信服務(wù)框架，從架構(gòu)上分為：網(wǎng)絡(luò)層、業(yè)務(wù)層、數(shù)據(jù)層，其中在網(wǎng)絡(luò)層增加了消息隊(duì)列，在業(yè)務(wù)層加入業(yè)務(wù)抽象類處理不同的業(yè)務(wù)類型，在數(shù)據(jù)層引入SQL消息隊(duì)列以及緩存數(shù)據(jù)庫。具體如圖：
（一）網(wǎng)絡(luò)層
網(wǎng)絡(luò)層主要實(shí)現(xiàn)Socket連接的創(chuàng)建、消息接收、消息發(fā)送、關(guān)閉連接功能。作為Socket通信服務(wù)端，網(wǎng)絡(luò)層的性能非常重要，所以我們在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)層的時(shí)候，著重的突破以下幾方面：最大連接數(shù)、最大并發(fā)數(shù)、消息處理秒級(jí)別。主要通過如下幾種技術(shù)和技巧解決：
1）使用基于IOCP模型的SAEA方式
在Windows環(huán)境下利用Windows內(nèi)核來進(jìn)行I/O的調(diào)度，是用于Socket通信模式中性能最好的網(wǎng)絡(luò)通信模型。Windows I/O Completion Ports完成端口技術(shù)的提出解決了“one-thread-per-client”即一個(gè)客戶端連接就啟動(dòng)一個(gè)新的線程和客戶端進(jìn)行通信導(dǎo)致CPU在線程之間進(jìn)行上下文切換所帶來了負(fù)擔(dān)的缺點(diǎn)，它充分利用內(nèi)核對象的調(diào)度，僅僅只需要少量的幾個(gè)線程來處理和客戶端的所有通信，消除了無畏的上下文切換，從而最大限度的提升了網(wǎng)絡(luò)通信的性能。
而在.NET環(huán)境下使用SAEA（SocketAsyncEventArgs）方式，重點(diǎn)在于池化，主要目的是避免在異步套接字I/O量非常大的情況下發(fā)生重復(fù)的對象分配和同步，提升性能和減少GC回收壓力。
2）使用雙工通信
雙工通信是提升Socket服務(wù)通信效率的一種有效技術(shù)方法。我們采用啟動(dòng)一個(gè)TcpSend線程調(diào)度器，在SAEA異步接收消息進(jìn)行業(yè)務(wù)處理后，如果需要進(jìn)行發(fā)送消息到客戶端，采用向發(fā)送消息隊(duì)列中Push一條消息，包含SAEA連接對象，通過TcpSend調(diào)度器輪詢進(jìn)行消息發(fā)送，以實(shí)現(xiàn)全雙工通信。
3）消息隊(duì)列及調(diào)度任務(wù)
網(wǎng)絡(luò)層消息隊(duì)列主要為接收消息隊(duì)列以及發(fā)送消息隊(duì)列，主要目的在于提高Socket服務(wù)器的吞吐量。我們定義一個(gè)接收消息隊(duì)列RecQueue和一個(gè)發(fā)送消息隊(duì)列SendQueue，然后啟動(dòng)多個(gè)調(diào)度任務(wù)，不斷的從消息隊(duì)列中拿取消息，接收消息隊(duì)列調(diào)度任務(wù)將消息拿取拋至業(yè)務(wù)層進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯處理，發(fā)送消息隊(duì)列調(diào)度任務(wù)拿取消息調(diào)用網(wǎng)絡(luò)層發(fā)送消息接口，向指定客戶端發(fā)送消息。
4）心跳掃描
心跳分兩種，一種為長連接客戶端模式時(shí)由客戶端定時(shí)發(fā)送心跳過來，服務(wù)端接收心跳消息，一旦超時(shí)沒有心跳消息則判斷客戶端斷開，服務(wù)端主動(dòng)關(guān)閉該連接。另一種為服務(wù)端啟動(dòng)的定時(shí)心跳掃描，定時(shí)掃描每條連接，不論長連接還是短連接如果超過超時(shí)時(shí)間沒有I/O響應(yīng)，則關(guān)閉它，杜絕了掛掉的客戶端成為落地生根的釘子戶，占用系統(tǒng)資源。
5）粘包處理
針對短連接不存在粘包情況，因?yàn)槊看谓邮障⒍家?jīng)過握手連接，接收消息，關(guān)閉連接。但是針對長連接，服務(wù)端在接收消息包時(shí)，就可能出現(xiàn)兩條或多條消息一起接收了，而出現(xiàn)粘包情況。在這里我們采取了封裝報(bào)文頭和報(bào)文尾，并且加入報(bào)文長度位進(jìn)行處理，來解決粘包的問題。
（二）業(yè)務(wù)層
業(yè)務(wù)層接收到網(wǎng)絡(luò)層調(diào)度任務(wù)拋過來的消息后，解決消息包，根據(jù)獲取到的消息類型TYPE，通過抽象類轉(zhuǎn)到相對對象的業(yè)務(wù)處理流程進(jìn)行處理。
業(yè)務(wù)處理流程通過單機(jī)或集群進(jìn)行業(yè)務(wù)處理后，生成數(shù)據(jù)緩存實(shí)體，存入到Redis緩存數(shù)據(jù)庫，以供Redis調(diào)度任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
同時(shí)業(yè)務(wù)層有發(fā)送消息時(shí)，根據(jù)具體的業(yè)務(wù)應(yīng)用，封裝不同功能的消息包，調(diào)用網(wǎng)絡(luò)層消息發(fā)送接口，往網(wǎng)絡(luò)層消息發(fā)送隊(duì)列插入消息，以供網(wǎng)絡(luò)層發(fā)送消息隊(duì)列調(diào)度任務(wù)進(jìn)行發(fā)送處理。
（三）數(shù)據(jù)層
數(shù)據(jù)層的設(shè)計(jì)是整個(gè)Socket通信服務(wù)架構(gòu)的關(guān)鍵。舉個(gè)例子說明：假設(shè)我們的Socket服務(wù)器每秒均值處理2000條消息，每處理一條消息都會(huì)將數(shù)據(jù)作為歷史記錄存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫，同時(shí)還要關(guān)聯(lián)其他相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和表。那么數(shù)據(jù)層要想跟上網(wǎng)絡(luò)層的處理性能，其執(zhí)行SQL語句的效率也就必須達(dá)到每秒2000*n次，通常情況下我們的SQL語句的執(zhí)行效率要達(dá)到那么高是很困難的。所以在整個(gè)Socket通信服務(wù)端，數(shù)據(jù)庫的執(zhí)行效率是瓶頸！
那么如何提高數(shù)據(jù)庫的執(zhí)行效率，讓數(shù)據(jù)層的處理速度和網(wǎng)絡(luò)層的處理速度達(dá)到一個(gè)平衡？我們的設(shè)計(jì)是分兩步走：首先采用高效內(nèi)存數(shù)據(jù)庫Redis+異步數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理方式，確保通過高效的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫R
