_C#_串口助手_字符串拼接缺失问题(未知原理)

        最近使用WPF开发串口助手时，遇到一个很奇怪的问题，无论是主线程、异步还是多线程，当串口接收速度达到0.016s一次以上，就会发生字符串缺失问题并且很卡。而0.016s就一切如常，仿佛0.015s与0.016s是天堑之隔。

同一份代码放在多线程（主线程或异步）环境中：

        由于是在测试，尝试过用索引下标的方式遍历数组

        其中allData的定义为

List<string> allData = new List<string>();

                if (allData.Count > 0){RecvBuffer.Clear();StringBuilder sb = new StringBuilder();sb.Append(DateTime.Now);sb.Append(">>");Application.Current.Dispatcher.Invoke(() =>{for (int i = 0; i < allData.Count; i++){RecvBuffer.Append(sb);RecvBuffer.Append(allData[i]);}TextEditor?.AppendText(RecvBuffer.ToString());});}

0.016s一次接收：

        日期可以正常打印下来，而且打印的速度很快，整体显示很流畅

0.015s一次接收：

        虽然串口发送脚本的速度只提高了一点点，但是日期时间几乎不打印，只有零星几个有，而且整个显示非常卡

        按理来说这两个速度差别应该不大，不至于产生这种差别，后来又相继测试了多线程、异步、主线程的全速打印（直接放进while死循环里，拟定的固定字符串） ，但都可以正常显示日期时间。

        于是只能怀疑到字符串本身的问题了，由于此前本人是学C/C++的，对C#的字符串原理还不甚了解，大概知道C#的字符串中的“\0”并非作为字符串的结尾。但此时的打印结果却让我对C#的字符串拼接原理产生了深深的困惑。

        根据前面的全速打印等测试情况，如果把硬编码的字符串或者数字塞进StringBuilder是没有问题的，所以想知道是不是字符串本身的问题，于是我把allData里的数据先转为数字，再直接拼接字符串：

                if (allData.Count > 0){RecvBuffer.Clear();StringBuilder sb = new StringBuilder();sb.Append(DateTime.Now);sb.Append(">>");Application.Current.Dispatcher.Invoke(() =>{for (int i = 0; i < allData.Count; i++){RecvBuffer.Append(sb);var value = float.TryParse(allData[i], out var val);RecvBuffer.Append($"{val}\n");}TextEditor?.AppendText(RecvBuffer.ToString());});}

虽然变得极其卡，但可以正常显示日期时间了

然而把字符串中的'\0'去掉之后并没有达到我的预期，依旧会很卡，且没有日期时间

        查了许多资料，也问了AI很长时间，前前后后花了好几天，最终未能揭开其中的原理

        不知道是队列的原因还是SerialPort中Read与ReadExisting的区别，或是字符串与字节数组的原因，亦或是多次接收的数据变为合并为一个数据，总之经过了下面变换，可用了，而且打印效率肉眼可见地提升，不再卡顿了。

// 原代码：// 在OnDataReceived中private void OnDataReceived(object? sender, SerialDataReceivedEventArgs e){if (sender is SerialPort sp){//ReceiveBytes += sp.BytesToRead;//++ReceiveNum;string data = sp.ReadExisting();_receiveQueue.Enqueue(data); // 将接收到的数据放入接收队列//_queueSemaphore.Release(); // 信号量释放，通知有新数据_resetEvent.Set(); // 通知读取任务开始处理数据}}// 读取任务private void ReadTask(){while (_isRunning){_resetEvent.WaitOne(); // 等待数据接收事件if (!_isRunning)break;List<string> allData = new List<string>();while (true){if (!(_receiveQueue.TryDequeue(out var data)))break;allData.Add(data);if (allData.Count > 10240)break;Thread.Sleep(10); // 适当休眠，避免过度占用CPU}if (allData.Count > 0){Application.Current.Dispatcher.Invoke(() =>{foreach (var item in allData){TextEditor?.AppendText($"[{DateTime.Now:yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff}]>> {item}");}});}}}

// 改进后：private void OnDataReceived(object? sender, SerialDataReceivedEventArgs e){if (sender is SerialPort sp){//ReceiveBytes += sp.BytesToRead;//++ReceiveNum;//string data = sp.ReadExisting();//_receiveQueue.Enqueue(data); // 将接收到的数据放入接收队列//_queueSemaphore.Release(); // 信号量释放，通知有新数据_resetEvent.Set(); // 通知读取任务开始处理数据}}public async void ReadTask(){const int MaxDataSize = 512;const int BatchSize = 1024; // 批量读取大小var allData = new List<byte>();while (true){_resetEvent.WaitOne(); // 等待数据接收事件try{while (allData.Count < MaxDataSize && _serialPort.BytesToRead > 0){var bytesToRead = Math.Min(_serialPort.BytesToRead, BatchSize);var buffer = new byte[bytesToRead];_serialPort.Read(buffer, 0, bytesToRead);allData.AddRange(buffer);if (allData.Count >= MaxDataSize) break;await Task.Delay(10); // 防止CPU占用过高，使用异步延迟}}catch{// 处理异常allData.Clear();continue;}if (allData.Count > 0){await LogMessageAsync(_serialPort.Encoding.GetString(allData.ToArray()), DateTime.Now.ToString());allData.Clear(); // 清空数据列表}}}private async Task LogMessageAsync(string inputData, string timestamp){// 使用StringBuilder提高效率var sb = new StringBuilder();sb.Append($"[{timestamp}] ");// 使用正则表达式替换换行符，并添加时间戳var logEntry = Regex.Replace(inputData, @"(\r\n|\r|\n)", $"\r\n{timestamp}>> ");sb.Append(logEntry);// 异步更新UIawait Application.Current.Dispatcher.InvokeAsync(() =>{TextEditor?.AppendText(sb.ToString());});}

        出于时间考量不再深究，于此留下痕迹。

2024.11.28： 

        淦！用这个可以流畅打印的函数试了之后发现一个不对劲的地方，那就是接收字节数过大，测了一下，发现Python脚本发送数据的真实速度是16359.5次/s，即0.00006s发送一次数据

        千算万算没想到是python脚本的问题，不过这倒也解决了“0.015s”与0.016s一次差距悬殊的原因，并且也找到了能高性能显示的方案。真淦

        下面是罪魁祸首

import asyncio
import math
import randomimport serial
import serial_asyncioclass VirtualSerialServer(asyncio.Protocol):def __init__(self, baudrate=115200, interval=0.1, frequency=1.0, amplitude=1.0, offset=0.0):self.transport = Noneself.baudrate = baudrateself.interval = intervalself.frequency = frequency  # 正弦波频率（Hz）self.amplitude = amplitude  # 正弦波振幅self.offset = offset  # 正弦波偏移量self.time = 0.0  # 当前时间def connection_made(self, transport):self.transport = transportprint(f'Virtual Serial Port connected with baudrate {self.baudrate}')asyncio.create_task(self.send_data_periodically())# def data_received(self, data):#     print(f'Received: {data.decode()}')#     # 回显接收到的数据#     self.transport.write(data)async def send_data_periodically(self):value = 0while True:# 生成100以内的随机整数# value = random.randint(0, 100)# 将整数转换为字符串格式value += 1data_to_send = f'{value}\n'.encode('utf-8')self.transport.write(data_to_send)# 打印数据# print(f'Sent: {value}')await asyncio.sleep(self.interval)async def main():# 固定波特率和时间间隔baudrate = 115200interval = 0.015  # 发送间隔（秒）# 使用实际的虚拟串口号，例如 'COM15'port = 'COM15'loop = asyncio.get_running_loop()try:server = await serial_asyncio.create_serial_connection(loop, lambda: VirtualSerialServer(baudrate, interval), url=port, baudrate=baudrate)except serial.serialutil.SerialException as e:print(f"Error opening serial port {port}: {e}")returnawait asyncio.Event().wait()  # 保持程序运行if __name__ == '__main__':try:asyncio.run(main())except KeyboardInterrupt:print('程序已终止。')

        经过一些测试，发现在异步情况下，Python的定时执行容易出现很奇葩的问题，在我的例子中0.015s就是那个极限，0.016s及其以上却是正常的。

        下面是经过改正且可以正常使用的代码

import time
import serialclass VirtualSerialServer:def __init__(self, interval=0.015):self.interval = intervalself.last_send_time = None  # 记录上次发送时间self.value = 0  # 初始化发送的数据值def start(self, port, baudrate):try:with serial.Serial(port, baudrate) as ser:print(f'Virtual Serial Port connected with interval {self.interval}')while True:current_time = time.perf_counter()if self.last_send_time is not None:actual_interval = current_time - self.last_send_timeprint(f'Sent: {self.value}, Actual interval: {actual_interval:.6f} seconds')  # 打印实际间隔# 发送数据self.value += 1data_to_send = f'{self.value}\n'.encode('utf-8')ser.write(data_to_send)# 更新最后一次发送时间self.last_send_time = current_time# 等待直到下一个发送时间点next_send_time = self.last_send_time + self.intervalwhile time.perf_counter() < next_send_time:pass  # 空循环等待直到达到下一个发送时间点except serial.SerialException as e:print(f"Error opening serial port {port}: {e}")if __name__ == '__main__':interval = 0.012  # 发送间隔（秒）port = 'COM15'  # 使用实际的虚拟串口号baudrate = 115200  # 固定波特率server = VirtualSerialServer(interval=interval)try:server.start(port, baudrate)except KeyboardInterrupt:print('程序已终止。')