TCP 建立时间通常这么慢（1 秒）吗？

Question

我的情况是我有一百个小文本文件，我想加载、解析和存储在一个 DLL 中。 DLL 的客户端是临时的（命令行程序），我不希望在每次命令行调用时都重新加载数据。

所以，我想我会编写一个 Windows 服务器来存储数据并让客户端使用 TCP 查询服务器。但是，TCP 性能真的很慢。我使用Stopwatch 编写了以下代码来测量套接字设置时间。

    // time the TCP interaction to see where the time goes
    var stopwatch = new Stopwatch();
    stopwatch.Start();

    // create and connect socket to remote host
    client = new TcpClient (hostname, hostport); // auto-connects to server
    Console.WriteLine ("Connected to {0}",hostname);

    // get a stream handle from the connected client
    netstream = client.GetStream();

    // send the command to the far end
    netstream.Write(sendbuf, 0, sendbuf.Length);
    Console.WriteLine ("Sent command to far end: '{0}'",cmd);
    stopwatch.Stop();
    sendTime = stopwatch.ElapsedMilliseconds;

令我惊讶的是，那一小段代码需要 1,037 毫秒（1 秒）来执行。我预计时间会更短。这是在现代 Windows 10 localhost 上运行的客户端和服务器之间的正常套接字设置时间吗？

为了比较，我编写了一个循环，每个循环加载 10 个文件 x 100 行，而这个实验只用了 1 毫秒。因此，从磁盘（SSD）读取数据比使用套接字连接服务器快 1000 倍。

我知道在我的场景中该做什么（在每次调用时使用文件读取），但我想知道是否有人可以确认这些类型的套接字设置时间。或者，本地机器可能有更快的进程间通信机制，可以与文件读取/解析相媲美。我真的不想相信File.ReadAllLines(filepath) 是分布在数百个命令行客户端调用中的最快方式。

编辑 - 使用显式 IPEndPoint 地址避免 DNS 查找

按照下面的 cmets，我将“localhost”替换为 IPEndpoint 方法来建立连接。更改将 1037 毫秒减少到大约 20 毫秒，但是 (1) TcpClient 不会自动连接，以及 (2) 文本发送无法到达服务器。因此，原始方法和 IPEndPoint 方法之间肯定有一些不同。

// new IPEndPoint method
// fast at 20ms, but the server never sees the sent text
string serverIP = "127.0.0.1";
IPAddress address = IPAddress.Parse (serverIP);
IPEndPoint remoteEP = new IPEndPoint(address, hostport);
client = new TcpClient(remoteEP);
client.Connect (remoteEP);  // new; required w IPEndPoint method

// send text command to the far end
netstream = client.GetStream();
netstream.Write(sendbuf, 0, sendbuf.Length);
Console.WriteLine ("Sent command to far end: '{0}'",cmd);
stopwatch.Stop();
sendTime = stopwatch.ElapsedMilliseconds;
Console.WriteLine ($"Milliseconds for sending by TCP:  '{sendTime}'");

// unfortunately, the server never sees the sent text now

我不知道为什么使用 IPEndPoint 作为 TcpClient 的输入参数需要显式连接，而 TcpClient 之前会自动连接。而且我不知道为什么netstream.Write 现在也失败了。网络上的示例总是使用socket.Connect 和socket.Send 与IPEndPoints。

编辑 #2 - 将 IPEndPoint 与套接字一起使用，而不是流

// use sockets, not streams
// This code takes 3 seconds to send text to the server
// But at least this code works. The original code was faster at 1 second.       
string serverIP = "127.0.0.1";
IPAddress address = IPAddress.Parse(serverIP);
IPEndPoint remoteEP = new IPEndPoint(address, hostport);
socket = new Socket (AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream,
                 ProtocolType.Tcp);
socket.Connect (remoteEP);
socket.Send (sendbuf);

编辑 #3 - 基于 Evk cmets 的实验之后：

使用上面Evk提供的信息，我做了如下几个实验。使用了三个客户端和两个服务器。

Client 1: DNS returns only IPv4 using new TcpClient().
Client 2: DNS returns only Ipv6 using new TcpClient(AddressFamily.InternetworkV6)
Client 3: DNS returns IPv4 and IPv6 using new TcpClient(“localhost”,port)
Server 1: IPv4 new TcpListener(IPAddress.Loopback, port)
Server 2: IPv6 new TcpListener(IPAddress.IPv6Loopback, port)

从最差到最好，6 个可能的配对返回以下结果：

c4xs6 - 客户端 1 ip4 与服务器 2 ip6 - 连接被主动拒绝。

c6xs4 - 客户端 2 ip6 与服务器 1 ip4 - 连接被主动拒绝。

c46xs4 - 带有服务器 1 ip4 的客户端 3（两者）总是延迟 1000 毫秒，因为客户端在超时之前尝试使用 IPv6 并尝试使用 ip4，这始终有效。这是这篇文章的原始代码。

C46xs6 - 带有服务器 2 ip6 的客户端 3（两者）在重新启动两者后，在第一次尝试（21 毫秒）和随后的密集尝试中很快。但在等待一三分钟后，下一次尝试是 3000 毫秒，然后在间隔很近的后续尝试中快速 20 毫秒。

C4xs4 – 与上述相同的行为。重新启动后的第一次尝试很快，随后的密集尝试也是如此。但在等待一两分钟后，下一次尝试是 3000 毫秒，然后是快速（20 毫秒）间隔很近的后续尝试。

C6xS6 – 与上述相同的行为。重新启动服务器后速度很快，但在一两分钟后，延迟尝试（3000 毫秒），然后快速（20 毫秒）响应紧密间隔的尝试。

我的实验表明，随着时间的推移并没有始终如一的快速响应。当连接空闲时，必须有某种延迟或超时或睡眠行为。我每次尝试都使用netstream.Close; client.Close(); 关闭每个连接。 （对吗？）我不知道是什么原因导致在一两分钟的空闲 no-active-connection 时间后响应延迟。

知道一两分钟空闲收听时间后可能导致延迟的原因是什么吗？客户端应该是系统内存不足，退出了控制台程序。服务器应该没有做任何新的事情，只是在监听另一个连接。

Answer 1

不，与 localhost 建立连接需要 1 秒的时间，这不是预期的性能。您的问题不是 DNS 查找本身。本地主机的 DNS 查找不需要时间（可能需要几毫秒），当然也不会花费 1 秒。下面我假设你的 TCP 服务器只绑定到 IpV4 环回 (127.0.0.1)，例如这样：

var server = new TcpListener(IPAddress.Loopback, port);

当你像这样初始化客户端时：

new TcpClient("localhost", port)

它查询 DNS（不需要时间）并且 DNS 返回 2 个 IP 地址：::1（IpV6 localhost）和127.0.0.1（IpV4 localhost）。它不知道是否需要使用 IpV4 或 IpV6 地址。所以它会尝试两者（首选 IpV6）。您观察到的 1 秒延迟是它需要意识到与 ::1（IpV6 本地主机）的连接失败的时间。

如果你这样初始化客户端：

var client = new TcpClient();

同理：

// InterNetwork means IpV4
var client = new TcpClient(AddressFamily.InterNetwork);

这两个版本都将客户端绑定到本地 IpV4 套接字。这意味着当你以后这样做时：

client.Connect("localhost", port);

客户端不需要尝试IpV6 localhost地址，因为本地套接字是IpV4。这两个版本都将消除您观察到的 1 秒延迟。消除延迟的另一个选择是将您的 服务器 绑定到 ipv6 环回（到 IPAddress.IPv6Loopback）。

请注意：

IPEndPoint remoteEP = new IPEndPoint(address, hostport);
client = new TcpClient(remoteEP);

错了。 TcpClient 构造函数的重载需要 local 端点，而不是远程端点。在您的示例中，应该只在客户端或服务器上抛出异常（端口已在使用中），因为您试图在服务器和客户端上绑定到相同的 ip 和端口。如果您想直接连接而无需 DNS 查找（无论如何，这需要 0 时间的 localhost，但在连接到真实服务器时可能很重要），请执行以下操作：

IPEndPoint remoteEP = new IPEndPoint(address, hostport);
client = new TcpClient();
client.Connect(remoteEP);