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• 前言
• Quic API
• 小試牛刀

前言

隨著今年6月份的 HTTP/3 協(xié)議的正式發(fā)布，它背后的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議 QUIC，憑借其高效的傳輸效率和多路并發(fā)的能力，也大概率會(huì)取代我們熟悉的使用了幾十年的 TCP，成為互聯(lián)網(wǎng)的下一代標(biāo)準(zhǔn)傳輸協(xié)議。

在去年 .NET 6 發(fā)布的時(shí)候，已經(jīng)可以看到 HTTP/3 和 Quic 支持的相關(guān)內(nèi)容了，但是當(dāng)時(shí) HTTP/3 的 RFC 還沒有定稿，所以也只是預(yù)覽功能，而 Quic 的 API 也沒有在 .NET 6 中公開。

在最新的 .NET 7 中，.NET 團(tuán)隊(duì)公開了 Quic API，它是基于 MSQuic 庫來實(shí)現(xiàn)的 ， 提供了開箱即用的支持，命名空間為 System.Net.Quic。

Quic API

下面的內(nèi)容中，我會(huì)介紹如何在 .NET 中使用 Quic。

下面是 System.Net.Quic 命名空間下，比較重要的幾個(gè)類。

QuicConnection

表示一個(gè) QUIC 連接，本身不發(fā)送也不接收數(shù)據(jù)，它可以打開或者接收多個(gè)QUIC 流。

QuicListener

用來監(jiān)聽入站的 Quic 連接，一個(gè) QuicListener 可以接收多個(gè) Quic 連接。

QuicStream

表示 Quic 流，它可以是單向的 （QuicStreamType.Unidirectional），只允許創(chuàng)建方寫入數(shù)據(jù)，也可以是雙向的（QuicStreamType.Bidirectional），它允許兩邊都可以寫入數(shù)據(jù)。

小試牛刀

下面是一個(gè)客戶端和服務(wù)端應(yīng)用使用 Quic 通信的示例。

1.分別創(chuàng)建了 QuicClient 和 QuicServer 兩個(gè)控制臺(tái)程序。

項(xiàng)目的版本為 .NET 7， 并且設(shè)置 EnablePreviewFeatures = true。

下面創(chuàng)建了一個(gè) QuicListener，監(jiān)聽了本地端口 9999，指定了 ALPN 協(xié)議版本。

Console.WriteLine("Quic Server Running...");// 創(chuàng)建 QuicListenervar listener = await QuicListener.ListenAsync(new QuicListenerOptions{     ApplicationProtocols = new List<SslApplicationProtocol> { SslApplicationProtocol.Http3  },    ListenEndPoint = new IPEndPoint(IPAddress.Loopback,9999),     ConnectionOptionsCallback = (connection,ssl, token) => ValueTask.FromResult(new QuicServerConnectionOptions()    {DefaultStreamErrorCode = 0,DefaultCloseErrorCode = 0,ServerAuthenticationOptions = new SslServerAuthenticationOptions(){    ApplicationProtocols = new List<SslApplicationProtocol>() { SslApplicationProtocol.Http3 },    ServerCertificate = GenerateManualCertificate()}    }) });  

因?yàn)?Quic 需要 TLS 加密，所以要指定一個(gè)證書，GenerateManualCertificate 方法可以方便地創(chuàng)建一個(gè)本地的測(cè)試證書。

X509Certificate2 GenerateManualCertificate(){    X509Certificate2 cert = null;    var store = new X509Store("KestrelWebTransportCertificates", StoreLocation.CurrentUser);    store.Open(OpenFlags.ReadWrite);    if (store.Certificates.Count > 0)    {cert = store.Certificates[^1];// rotate key after it expiresif (DateTime.Parse(cert.GetExpirationDateString(), null) < DateTimeOffset.UtcNow){    cert = null;}    }    if (cert == null)    {// generate a new certvar now = DateTimeOffset.UtcNow;SubjectAlternativeNameBuilder sanBuilder = new();sanBuilder.AddDnsName("localhost");using var ec = ECDsa.Create(ECCurve.NamedCurves.nistP256);CertificateRequest req = new("CN=localhost", ec, HashAlgorithmName.SHA256);// Adds purposereq.CertificateExtensions.Add(new X509EnhancedKeyUsageExtension(new OidCollection{    new("1.3.6.1.5.5.7.3.1") // serverAuth}, false));// Adds usagereq.CertificateExtensions.Add(new X509KeyUsageExtension(X509KeyUsageFlags.DigitalSignature, false));// Adds subject alternate namesreq.CertificateExtensions.Add(sanBuilder.Build());// Signusing var crt = req.CreateSelfSigned(now, now.AddDays(14)); // 14 days is the max duration of a certificate for thiscert = new(crt.Export(X509ContentType.Pfx));// Savestore.Add(cert);    }    store.Close();    var hash = SHA256.HashData(cert.RawData);    var certStr = Convert.ToBase64String(hash);    //Console.WriteLine($"\n\n\n\n\nCertificate: {certStr}\n\n\n\n"); // <-- you will need to put this output into the JS API call to allow the connection    return cert;}

阻塞線程，直到接收到一個(gè) Quic 連接，一個(gè) QuicListener 可以接收多個(gè) 連接。

var connection = await listener.AcceptConnectionAsync();Console.WriteLine($"Client [{connection.RemoteEndPoint}]: connected");

接收一個(gè)入站的 Quic 流, 一個(gè) QuicConnection 可以支持多個(gè)流。

var stream = await connection.AcceptInboundStreamAsync();Console.WriteLine($"Stream [{stream.Id}]: created");

接下來，使用 System.IO.Pipeline 處理流數(shù)據(jù)，讀取行數(shù)據(jù)，并回復(fù)一個(gè) ack 消息。

Console.WriteLine();await ProcessLinesAsync(stream);Console.ReadKey();      // 處理流數(shù)據(jù)async Task ProcessLinesAsync(QuicStream stream){    var reader = PipeReader.Create(stream);      var writer = PipeWriter.Create(stream);    while (true)    {ReadResult result = await reader.ReadAsync();ReadOnlySequence<byte> buffer = result.Buffer;while (TryReadLine(ref buffer, out ReadOnlySequence<byte> line)){    // 讀取行數(shù)據(jù)    ProcessLine(line);    // 寫入 ACK 消息    await writer.WriteAsync(Encoding.UTF8.GetBytes($"Ack: {DateTime.Now.ToString("HH:mm:ss")} \n"));}       reader.AdvanceTo(buffer.Start, buffer.End); if (result.IsCompleted){    break;}     }    Console.WriteLine($"Stream [{stream.Id}]: completed");    await reader.CompleteAsync();      await writer.CompleteAsync();    } bool TryReadLine(ref ReadOnlySequence<byte> buffer, out ReadOnlySequence<byte> line){     SequencePosition? position = buffer.PositionOf((byte)"\n");    if (position == null)    {line = default;return false;    }         line = buffer.Slice(0, position.Value);    buffer = buffer.Slice(buffer.GetPosition(1, position.Value));    return true;} void ProcessLine(in ReadOnlySequence<byte> buffer){    foreach (var segment in buffer)    {Console.WriteLine("Recevied -> " + System.Text.Encoding.UTF8.GetString(segment.Span));    }    Console.WriteLine();} 

以上就是服務(wù)端的完整代碼了。

接下來我們看一下客戶端 QuicClient 的代碼。

直接使用 QuicConnection.ConnectAsync 連接到服務(wù)端。

Console.WriteLine("Quic Client Running...");await Task.Delay(3000);// 連接到服務(wù)端var connection = await QuicConnection.ConnectAsync(new QuicClientConnectionOptions{    DefaultCloseErrorCode = 0,    DefaultStreamErrorCode = 0,    RemoteEndPoint = new IPEndPoint(IPAddress.Loopback, 9999),    ClientAuthenticationOptions = new SslClientAuthenticationOptions    {ApplicationProtocols = new List<SslApplicationProtocol> { SslApplicationProtocol.Http3 },RemoteCertificateValidationCallback = (sender, certificate, chain, errors) =>{    return true;}    }});  

創(chuàng)建一個(gè)出站的雙向流。

// 打開一個(gè)出站的雙向流var stream = await connection.OpenOutboundStreamAsync(QuicStreamType.Bidirectional); var reader = PipeReader.Create(stream);var writer = PipeWriter.Create(stream);  

后臺(tái)讀取流數(shù)據(jù)，然后循環(huán)寫入數(shù)據(jù)。

// 后臺(tái)讀取流數(shù)據(jù)_ = ProcessLinesAsync(stream);Console.WriteLine(); // 寫入數(shù)據(jù)for (int i = 0; i < 7; i++){    await Task.Delay(2000);    var message = $"Hello Quic {i} \n";    Console.Write("Send -> " + message);      await writer.WriteAsync(Encoding.UTF8.GetBytes(message)); }await writer.CompleteAsync(); Console.ReadKey(); 

ProcessLinesAsync 和服務(wù)端一樣，使用 System.IO.Pipeline 讀取流數(shù)據(jù)。

async Task ProcessLinesAsync(QuicStream stream){    while (true)    {ReadResult result = await reader.ReadAsync();ReadOnlySequence<byte> buffer = result.Buffer;while (TryReadLine(ref buffer, out ReadOnlySequence<byte> line)){     // 處理行數(shù)據(jù)    ProcessLine(line);}     reader.AdvanceTo(buffer.Start, buffer.End);      if (result.IsCompleted){    break;}    }    await reader.CompleteAsync();    await writer.CompleteAsync();} bool TryReadLine(ref ReadOnlySequence<byte> buffer, out ReadOnlySequence<byte> line){     SequencePosition? position = buffer.PositionOf((byte)"\n");    if (position == null)    {line = default;return false;    }     line = buffer.Slice(0, position.Value);    buffer = buffer.Slice(buffer.GetPosition(1, position.Value));    return true;}void ProcessLine(in ReadOnlySequence<byte> buffer){    foreach (var segment in buffer)    {Console.Write("Recevied -> " + System.Text.Encoding.UTF8.GetString(segment.Span));Console.WriteLine();    }    Console.WriteLine();}

到這里，客戶端和服務(wù)端的代碼都完成了，客戶端使用 Quic 流發(fā)送了一些消息給服務(wù)端，服務(wù)端收到消息后在控制臺(tái)輸出，并回復(fù)一個(gè) Ack 消息，因?yàn)槲覀儎?chuàng)建了一個(gè)雙向流。

程序的運(yùn)行結(jié)果如下

我們上面說到了一個(gè) QuicConnection 可以創(chuàng)建多個(gè)流，并行傳輸數(shù)據(jù)。

改造一下服務(wù)端的代碼，支持接收多個(gè) Quic 流。

var cts = new CancellationTokenSource();while (!cts.IsCancellationRequested){    var stream = await connection.AcceptInboundStreamAsync();    Console.WriteLine($"Stream [{stream.Id}]: created");    Console.WriteLine();    _ = ProcessLinesAsync(stream); } Console.ReadKey();  

對(duì)于客戶端，我們用多個(gè)線程創(chuàng)建多個(gè) Quic 流，并同時(shí)發(fā)送消息。

默認(rèn)情況下，一個(gè) Quic 連接的流的限制是 100，當(dāng)然你可以設(shè)置 QuicConnectionOptions 的 MaxInboundBidirectionalStreams 和 MaxInboundUnidirectionalStreams 參數(shù)。

for (int j = 0; j < 5; j++){    _ = Task.Run(async () => {// 創(chuàng)建一個(gè)出站的雙向流var stream = await connection.OpenOutboundStreamAsync(QuicStreamType.Bidirectional);       var writer = PipeWriter.Create(stream); Console.WriteLine(); await Task.Delay(2000);var message = $"Hello Quic [{stream.Id}] \n";Console.Write("Send -> " + message);await writer.WriteAsync(Encoding.UTF8.GetBytes(message));await writer.CompleteAsync();     });  } 

最終程序的輸出如下

完整的代碼可以在下面的 github 地址找到，希望對(duì)您有用！

到此這篇關(guān)于基于 .NET 7 的 QUIC 實(shí)現(xiàn) Echo 服務(wù)的文章就介紹到這了,更多相關(guān).NET 7 實(shí)現(xiàn) Echo 服務(wù)內(nèi)容請(qǐng)搜索以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持！