Socket 程式設計實戰 (三)：TcpClient/TcpListener 完整範例

文章導讀

本文提供基於 System.Net.Sockets.Socket 類別的完整客戶端/伺服器端程式碼範例，展示同步阻塞式 TCP 通訊基礎模式。適合網路程式設計入門者參考。

核心知識點

• Socket 建立、連線、傳送、關閉完整流程
• 伺服器端多執行緒監聽與非同步 UI 更新
• IPAddress、IPEndPoint、Encoding 關鍵類別運用
• 委派跨執行緒更新 WinForms 控制項

一、客戶端完整程式碼

using System.Windows.Forms;
using System.Net;
using System.Threading;
using System.Net.Sockets;
using System.Text; // Encoding 命名空間

namespace QQ
{
    public partial class Socketclient : Form
    {
        public Socketclient() { InitializeComponent(); }

        private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            string str = this.textBox1.Text.ToString();
            BeginSend(str);
        }

        private void BeginSend(string str)
        {
            IPAddress serverIp = IPAddress.Parse("127.0.0.1");
            IPEndPoint iep = new IPEndPoint(serverIp, 8000);
            byte[] byteMessage;
            
            // 建立 TCP Socket
            Socket socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
            socket.Connect(iep); // 同步阻塞連線
            
            byteMessage = Encoding.ASCII.GetBytes(str); // 字串轉位元組陣列
            socket.Send(byteMessage); // 同步阻塞傳送
            
            socket.Shutdown(SocketShutdown.Both); // 關閉雙向傳輸
            socket.Close(); // 釋放資源
        }
    }
}

二、伺服器端完整程式碼

using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Threading;
using System.Windows.Forms;

namespace QQ
{
    public partial class SocketServer : Form
    {
        Thread myThread;
        Socket socket;
        private delegate void listbox_show(string str);
        listbox_show listboxshow;

        public SocketServer()
        {
            InitializeComponent();
            listboxshow = new listbox_show(show);
        }

        private IPAddress GetServerIp()
        {
            IPHostEntry ieh = Dns.GetHostEntry(Dns.GetHostName()); // 取得本機 IP
            return ieh.AddressList[0];
        }

        private void BeginListen()
        {
            IPAddress ip1 = GetServerIp();
            IPEndPoint iep = new IPEndPoint(ip1, 8000);
            socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
            socket.Bind(iep); // 綁定本機端點
            byte[] byteMessage = new byte[1000];

            while (true)
            {
                try
                {
                    socket.Listen(5); // 開始監聽，佇列長度 5
                    Socket clientSocket = socket.Accept(); // 同步阻塞等待連線
                    clientSocket.Receive(byteMessage); // 同步阻塞接收資料
                    
                    string sTime = DateTime.Now.ToShortDateString();
                    string msg = sTime + ": " + "Message from: ";
                    msg += clientSocket.RemoteEndPoint.ToString() + Encoding.Default.GetString(byteMessage);
                    
                    // 跨執行緒更新 UI：Invoke 委派
                    this.listBox1.Invoke(listboxshow, msg);
                }
                catch (System.Exception ex)
                {
                    MessageBox.Show(ex.Message.ToString());
                }
            }
        }

        private void show(string str)
        {
            this.listBox1.Items.Add(str);
        }

        private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            try
            {
                myThread = new Thread(new ThreadStart(BeginListen));
                myThread.Start(); // 背景執行緒啟動監聽
                this.button1.Enabled = false;
            }
            catch (System.Exception er)
            {
                MessageBox.Show(er.Message, "完成", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Stop);
            }
        }
    }
}

三、關鍵技術點解析

1. Socket 三要素

2. 同步阻塞模式特徵

• Connect()、Send()、Accept()、Receive() 皆為同步阻塞呼叫
• 執行緒在操作完成前被佔用，無法處理其他工作
• 簡單直觀，適合低併發、教學示範

3. 伺服器端多執行緒架構

• 主執行緒：UI 回應、啟動監聽執行緒
• 監聽執行緒：while(true) 迴圈 Accept() → Receive() → Invoke() 更新 UI
• 缺陷：單一監聽執行緒只能循序處理一個客戶端，高併發下會阻塞

4. 跨執行緒 UI 更新

// 定義委派
private delegate void listbox_show(string str);
listbox_show listboxshow = new listbox_show(show);

// 背景執行緒中呼叫
this.listBox1.Invoke(listboxshow, msg);

// UI 執行緒實際執行
private void show(string str) { this.listBox1.Items.Add(str); }

原則：Windows Forms 控制項只能在建立它們的執行緒 (UI 執行緒) 存取，跨執行緒必須用 Control.Invoke/BeginInvoke。

5. 編碼一致性

• 客戶端：Encoding.ASCII.GetBytes
• 伺服器端：Encoding.Default.GetString (系統預設編碼，通常為 ANSI)
• 建議：雙端統一使用 Encoding.UTF8 避免中文亂碼

四、改進方向 (進階主題)

1. 非同步 Socket：BeginConnect/EndConnect, BeginSend/EndSend, BeginAccept/EndAccept, BeginReceive/EndReceive — 不阻塞執行緒，支援高併發
2. SocketAsyncEventArgs：.NET 3.5+ 高效能非同步模式，避免物件分配
3. TcpClient/TcpListener：更高層封裝，簡化 NetworkStream 讀寫
4. 長度前綴/訊息框架：解決 TCP 黏包/拆包問題
5. 心跳/重連/優雅關閉：生產級健壯性保障

總結

本範例展示最基礎的同步阻塞 Socket 程式設計模式。實務開發中，請根據併發需求選擇非同步模式或成熟網路框架 (如 DotNetty, SignalR, gRPC)。