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通用 socket 通讯框架：把"帧边界判定"与"帧内数据编解码"插件化，适用于通过 socket 进行数据互换的场景（设备通讯、物流 WMS 对接等）。把场景间的共性（连接管理、重连、读写、粘包/半包、消息分发）收敛到框架核心，把差异性（framing、codec）抽象成可插拔的驱动。
| 传统手写 | StreamFrame | |
|---|---|---|
| 接一种新设备/协议 | 重写连接、切帧、编解码 | 只写一个 ICodec<T> 驱动 |
| 帧边界（长度前缀 / STX-ETX / 自定义） | 各写各的 | 内置两种 + 可插拔 |
| 粘包/半包 | 手写缓冲拼接 | Pipelines 自动处理 |
| 重连 / 状态机 | 手写 | 内置自动重连 |
| 发送性能 | 多次拷贝 | 可选流式零拷贝 |
dotnet add package StreamFrame
XML 报文驱动（可选）：
dotnet add package StreamFrame.Protocols.Xml
一条连接 = 一个帧定界策略（framing）+ 一个编解码器（codec）+ 地址/端口/模式。framing 与 codec 均连接级固定，一条连接只流通一种消息类型、一种帧格式。
using System.Net;
using System.Xml.Linq;
using StreamFrame;
using StreamFrame.Protocols.Xml;
// 服务端（被动监听）
var server = new StreamConnection<XDocument>(
new LengthPrefixFramer(), // 4 字节大端长度头；也可用 StxEtxFramer
new XmlDocumentCodec(), // 换成自己的 ICodec<T> 即可支持自定义协议
IPAddress.Any, 5100, isActive: false);
server.Start(ct);
await foreach (var doc in server.GetMessages(ct))
{
var id = doc.Root?.Element("Id")?.Value;
await server.SendAsync(XDocument.Parse($"<Reply><Echo>{id}</Echo></Reply>"), ct);
}
// 客户端（主动连接）
var client = new StreamConnection<XDocument>(
new LengthPrefixFramer(),
new XmlDocumentCodec(),
IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 5100, isActive: true);
client.Start(ct);
await client.SendAsync(XDocument.Parse("<Message><Id>1</Id></Message>"), ct);| 实现 | 定界方式 | 适用 |
|---|---|---|
LengthPrefixFramer |
4 字节大端长度头 + 负载 | 通用，二进制安全 |
StxEtxFramer |
STX 0x02 … ETX 0x03 包裹 |
XML / 纯文本等已知安全的负载 |
两种默认实现都支持流式单缓冲编码（可选，消除发送侧 memcpy）。想自定义帧格式时实现 IFramer 即可。
public interface ICodec<TMessage>
{
TMessage Decode(in ReadOnlySequence<byte> frame, CancellationToken ct = default);
void Encode(TMessage message, IBufferWriter<byte> writer, CancellationToken ct = default);
}接新设备 = 写一个驱动：实现 ICodec<TMessage> + 定义业务消息类，选一个帧策略，其余全部复用。官方示例见 StreamFrame.Protocols.Xml。JSON 报文最简驱动（System.Text.Json，span 直写、AOT 安全）：
sealed class SystemTextJsonCodec : ICodec<JsonElement>
{
public static readonly SystemTextJsonCodec Instance = new();
public JsonElement Decode(in ReadOnlySequence<byte> frame, CancellationToken ct = default)
=> JsonDocument.Parse(frame.ToArray()).RootElement;
public void Encode(JsonElement message, IBufferWriter<byte> writer, CancellationToken ct = default)
{
var raw = message.GetRawText(); // 序列化产物（已转义的非 ASCII 安全直写）
var span = writer.GetSpan(Encoding.UTF8.GetMaxByteCount(raw.Length));
writer.Advance(Encoding.UTF8.GetBytes(raw, span));
}
}- 客户端/服务端双模式：
isActive: true主动连远端，false被动监听；IPv4/IPv6 双栈（监听IPAddress.Any自动按双栈处理，IPv4 客户端地址归一显示为 IPv4） - 自动重连：
Connecting → Connected → Retry状态机；可选指数退避（MaxRetryDelayMs，连续失败倍增封顶 + ±20% 抖动，连接成功自动复位）；GetMessages是跨重连的稳定消息流——断线重连后已收消息不丢、枚举不中断 - 启动与停止：
Start(ct)的ct是连接的生命周期令牌——取消它会停止连接/重连并拆线（状态进入Disconnected终态，GetMessages自然结束，之后需新建连接）；DisposeAsync与之等效。停机后SendAsync抛ChannelClosedException - 等待连接就绪：
await conn.WaitForConnectedAsync(ct)——已连接立即完成，未连接时等到下次连接成功（或取消/Dispose），不用轮询状态、不用Task.Delay盲等 - 健壮性：帧内容解码失败、未完成帧超限/超时、发送失败、接收空闲超时都会判定会话失效并自动重建（不再产生"连接看似存活、消息静默消失"的假活）
- 活性探测（可选）：TCP KeepAlive 与接收空闲超时，兜底半开连接（对端断电/拔线）
- 事件：
ConnectionChanged状态变化、FrameError帧层诊断、RawBytesReceived/Sent原始字节（HEX 调试） - 内置指标：
System.Diagnostics.Metrics（MeterStreamFrame）——帧/字节收发计数、重连次数、会话时长、发送队列水位，详见下文"内置指标" - 发送背压：有界发送队列，队列满时
SendAsync自动等待；接收侧默认无上限缓冲，可用ReceiveQueueCapacity设上限——消费慢时解码暂停、TCP 背压自然传导到对端，防内存无限增长 - 会话感知收发（可选高级）：
CurrentSessionId/SendInSessionAsync（整帧写入 socket 才完成、会话失效即失败、绝不跨会话重放）/GetSessionMessages（消息带会话编号）——为有严格会话边界的协议（如 HSMS）准备，详见下文
对允许消息重放的一般业务，SendAsync（入队即完成、断线后由新会话续发）+ GetMessages（跨重连稳定流）就够了。部分协议有严格的会话边界——重连后必须重新握手、旧会话消息禁止重放、协议计时器要从"整帧实际写出"起算（HSMS 的 Select/T3/T6/T8 即是）。为此提供可选能力接口 ISessionAwareStreamConnection<TMessage>（StreamConnection<TMessage> 已实现；依赖接口抽象的上层用 is 探测）：
if (connection is ISessionAwareStreamConnection<MyMessage> sessionAware)
{
long id = sessionAware.CurrentSessionId; // 每次 TCP 会话建立时分配，单调递增不复用；无会话时为 0
// 整帧全部写入本机 socket 后才完成；会话在写出前终止 → SessionExpiredException，消息绝不重放
await sessionAware.SendInSessionAsync(id, message, ct);
// 接收视图：每条消息携带它所属的会话编号（旧会话解码任务迟到投递的消息带旧编号）
await foreach (var m in sessionAware.GetSessionMessages(ct))
Handle(m.SessionId, m.Message);
}语义要点：
- 编号的线性化：
ConnectionChanged回调与WaitForConnectedAsync完成时读CurrentSessionId必得有效值（分配先于 Connected 对外发布）；状态离开 Connected（Retry/Disconnected）可见时已归零。 - "写完"的定义：整帧字节已交给本机 socket（内核缓冲），不含对端 ACK——应用层可得的最好信号。任务失败时远端处理结果视为未知（可能已收到部分/全部字节），由上层协议的事务关联、幂等或恢复流程兜底。
- 调用方取消的提交点：发送 worker 认领条目之前取消 → 任务取消且消息不再发送；认领之后（帧已开始写出）取消对结果无副作用——取消单条消息不会撕裂帧、不会杀死连接。
- 与
SendAsync的关系：两类发送共享同一条 FIFO（按入队顺序串行化）；普通SendAsync的跨会话续发行为不变。会话绑定发送在任何失败路径下都不转移到新会话。 - 两个接收 API 不是广播：
GetMessages与GetSessionMessages是同一通道的两个竞争消费视图，同时枚举会互相分流——请二选一使用。
对端发来坏数据时，FrameError 事件把出问题的字节和原因直接交给上层，不用再拿 HEX 流人工对齐：
client.FrameError += (_, e) =>
{
// e.Kind: DecodeFailed（帧完整但内容解析失败）
// DiscardedByResync（被定界器当作噪声丢弃的字节）
// IncompleteFrameOverflow（未完成帧缓冲超限）
// IncompleteFrameTimeout（未完成帧超时：半帧迟迟收不齐）
// e.Bytes: 已拷贝，可安全长期留存
// e.Exception: DecodeFailed 时的原始异常
// e.SessionId: 检测到错误的解码器所属会话编号（与 CurrentSessionId/
// SessionMessage.SessionId 同一编号空间；重连后迟到的
// 旧会话事件仍带旧编号，不会被改写成当前会话）
// e.ObservedByteCount / e.IsTruncated: 原始观测字节数与快照是否截断。
// timeout/overflow 快照有 8KB 上限，Bytes 更长时只是前缀；
// IsTruncated == true 时 ObservedByteCount 才是真实规模
Console.WriteLine($"[session {e.SessionId}] [{e.Kind}] {Convert.ToHexString(e.Bytes.Span)}" +
(e.IsTruncated ? $"（前 {e.Bytes.Length}/{e.ObservedByteCount} 字节）" : "") +
$" {e.Exception?.Message}");
};帧内容解码失败的策略由 StreamConnectionOptions.DecodeErrorPolicy 决定：
| 策略 | 行为 |
|---|---|
Disconnect（默认） |
断线重连——协议内容错乱后流状态通常不可信 |
SkipFrame |
丢弃坏帧继续，适合噪声多的线路 |
socket 层全量输出（含被丢弃的噪声字节），发送侧按实际写出的分片回调（部分发送失败时已上线字节也可见）。内存契约：回调参数是内部缓冲的切片，仅在回调同步执行期间有效，需要留存必须自行拷贝；回调抛异常会被隔离，不影响会话。
对端声明一个超长帧却永远不补齐（或 STX/ETX 流中只有 STX 没有闭合），会无限占用缓冲。两条互补的防线：
MaxIncompleteFrameBufferBytes（默认 = 帧上限 + 4KB）——字节上限：半帧超过即断线，防内存攻击；IncompleteFrameTimeoutMs（默认 0 = 关闭）——时间上限：半帧开始后连续这么久收不到后续字节即断线，FrameError上报IncompleteFrameTimeout并携带受 8KB 上限保护的缓冲快照。
未完成帧超时只计"帧已开头、迟迟收不齐"的时间：缓冲为空的静默连接不计时（收到字节即重置，整帧切尽后归零）。它与 ReceiveIdleTimeoutMs（见下节）互补——后者在完全没流量时也计时，适合有周期报文的协议；对允许长时间空闲、但半帧卡死必须判死的协议（如 HSMS T8），用未完成帧超时。注意其作用域是"等待网络后续字节"期间：若设置了 ReceiveQueueCapacity 且消费端完全停滞，解码循环阻塞在消息通道写入上，此期间不计时（内存防线仍由 MaxIncompleteFrameBufferBytes 兜底）。
连接自带 System.Diagnostics.Metrics 指标（Meter 名 StreamFrame，标签 endpoint），零外部依赖——生产部署用 MeterListener 或 OpenTelemetry 订阅即可观测，不订阅则开销为每次记录纳秒级：
| 指标 | 类型 | 含义 |
|---|---|---|
streamframe.frames_sent / frames_received |
Counter | 业务帧收发计数 |
streamframe.bytes_sent / bytes_received |
Counter | 字节收发计数（含帧定界字节/噪声） |
streamframe.reconnects |
Counter | 进入重连的次数 |
streamframe.session_duration |
Histogram | 单次 TCP 会话存活时长（秒） |
streamframe.send_queue_length |
Histogram | 发送队列水位（每次入队采样） |
// 最简订阅（示例）：OTel 的 MeterProvider.AddMeter("StreamFrame") 一行即可接入完整体系
using var listener = new MeterListener { InstrumentPublished = (i, l) => l.EnableMeasurementEvents(i) };
listener.SetMeasurementEventCallback<long>((instrument, value, _, _) => { /* 上报 */ });
listener.Start();netstandard2.0 目标经
System.Diagnostics.DiagnosticSource包提供同款 API（netfx 运行时可用）。
构造连接时传入 ILogger，内部事件（连接重试、会话故障、用户回调异常等）输出到日志，生产环境不再静默：
var conn = new StreamConnection<XDocument>(..., logger: loggerFactory.CreateLogger("StreamFrame"));不传则无日志输出（零依赖可用）。
生产环境建议开启 TcpKeepAlive = true；应用层心跳配合 ReceiveIdleTimeoutMs（取心跳周期的 3 倍，容忍偶尔丢 1-2 次）是更强的组合——框架不内置心跳（消息形态由协议决定），范式如下，完整可运行示例见 demo 场景 4：
var options = new StreamConnectionOptions { ReceiveIdleTimeoutMs = 1500 };
// 一侧周期发心跳；另一侧收到任何消息回 PONG（双向都有字节即可重置双方空闲计时）
_ = Task.Run(async () =>
{
while (!cts.IsCancellationRequested)
{
await client.SendAsync("PING", cts.Token);
await Task.Delay(TimeSpan.FromMilliseconds(500), cts.Token); // 周期 ≈ 超时的 1/3
}
});对端"猝死"（断电/拔线，无 FIN/RST）时静默超限 → 会话判定死亡 → 自动重连；对端不可达时重连持续失败，状态停留在 Connecting/Retry。
两种接收超时的取舍：ReceiveIdleTimeoutMs 要求连接必须有周期流量——协议有心跳/周期上报时用它（还能兜底半开连接）；协议允许长时间静默（只在有帧进行中才该有流量）时改用 IncompleteFrameTimeoutMs，静默不算故障、半帧卡死才判死。
BenchmarkDotNet 实测（详见 bench/README.md，可本地复现）：
- 流式编码：每帧堆分配减半（单缓冲 vs 双缓冲），小负载耗时快 25–35%，大负载持平；
- 切帧吞吐：
LengthPrefixFramer≈8.3 ns/帧，StxEtxFramer≈50 ns/帧（net8+ SearchValues 向量化后较逐字节版提速约 22 倍）——两者均可达每秒千万帧级； - 端到端（真实 TCP 回环，2026-08-29 两轮区间，含内置指标）：单向吞吐 1KB ≈13–13.5 万条/秒、64B ≈21–24 万条/秒（LengthPrefix）；往返延迟 ≈66–74 µs；XML codec 每条报文 2–16 µs（400B–4KB）——序列化开销远大于定界层。框架税分尺寸：小消息下队列流水线反而快于裸 NetworkStream 逐条 Write 的对照（13–52%），64KB 大消息约 3–4×（编码缓冲分配主导，优化方向已记录）；
- 新特性成本实测：内置指标无监听时 0.5–1.0 ns/次、零分配（可常开）；
SendInSessionAsync约为SendAsync的 2 倍耗时、+≈470 B/条分配（会话语义的代价，不需要时用SendAsync）；接收视图与未完成帧超时（关闭态）均无可测差异。绝对值随机器浮动，完整数据与噪声披露见 bench/README.md。
64KB 级消息下，开销大头在 codec 写法与消息类型而非框架（归因数据见 bench/README.md）。三条建议：
-
codec 用 span 直写重载——
Encoding.GetBytes(ReadOnlySpan<char>, IBufferWriter<byte>)不产生中间数组（旧写法每条多一次全尺寸分配 + 拷贝）：// 推荐：零中间数组 public void Encode(string message, IBufferWriter<byte> writer, CancellationToken ct) => Encoding.UTF8.GetBytes(message.AsSpan(), writer); // 不推荐：writer.Write(Encoding.UTF8.GetBytes(message)); // 每条一次全尺寸 byte[]
-
消息类型选 byte[] / ReadOnlyMemory：string 消息每条固有 ≈2× 报文大小的 UTF-16 物化分配；字节负载 + 透传 codec 时框架距裸 TCP 仅 ≈20–30%；
-
保持默认的流式编码开启（
UseStreamingEncode），发送缓冲会按上一帧大小自适应起租（封顶 1MB）。
| 包目标 | 运行环境 |
|---|---|
net10.0（推荐，LTS 至 2028-11） |
.NET 10 |
net8.0（LTS 至 2026-11） |
.NET 8 |
netstandard2.0 |
.NET Framework 4.6.2+、Unity、Mono 等 |
netstandard2.0 资产经 net48 全量测试套件（真实 TCP 回环）验证；TCP KeepAlive 参数在 .NET Framework 上通过 SIO_KEEPALIVE_VALS 设置。CI 在 Ubuntu（net8/net10）与 Windows（net48）双平台运行全部测试。
- System.IO.Pipelines
- System.Threading.Channels
- Microsoft.Extensions.Logging.Abstractions（仅日志抽象，不引入具体日志框架）
dotnet build StreamFrame.slnx
dotnet test
dotnet run --project samples/StreamFrame.Demo # 五场景端到端 demo
dotnet run -c Release --project bench/StreamFrame.Benchmarks # 性能基准（约 5-10 分钟）
dotnet test -f net8.0 --collect:"XPlat Code Coverage" # 覆盖率（CI 亦自动收集并写入运行摘要）src/StreamFrame/ # 核心库（无业务依赖）
src/StreamFrame.Protocols.Xml/ # XML 报文驱动（示例 codec）
test/StreamFrame.Tests/ # xUnit 单测
samples/StreamFrame.Demo/ # 控制台端到端 demo
bench/StreamFrame.Benchmarks/ # 性能基准
MIT