异步套接字编程之select模型

 

█ 选择（select）模型是Winsock中最常见的 I/O模型。核心便是利用 select 函数，实现对 I/O的管理！
利用 select 函数来判断某Socket上是否有数据可读，或者能否向一个套接字写入数据，防止程序在Socket处于阻塞模式中时，
在一次 I/O 调用（如send或recv、accept等）过程中，被迫进入“锁定”状态；同时防止在套接字处于非阻塞模
式中时，产生WSAEWOULDBLOCK错误。


█ select 的函数原型如下：
int select(
  __in          int nfds,
  __in_out      fd_set* readfds,
  __in_out      fd_set* writefds,
  __in_out      fd_set* exceptfds,
  __in          const struct timeval* timeout
);


其中，第一个参数nfds会被忽略。之所以仍然要提供这个参数，只是为了保持与Berkeley套接字兼容。
后面大家看到有三个 fd_set类型的参数：
一个用于检查可读性（readfds），
一个用于检查可写性（writefds），
一个用于例外数据（exceptfds）。


fd_set 结构的定义如下：
typedef struct fd_set { 
 u_int fd_count;
 SOCKET fd_array[FD_SETSIZE];
} fd_set;


#define FD_SETSIZE      64
所以 fd_set 结构中最多只能监视64个套接字。


fdset 代表着一系列特定套接字的集合。其中， readfds 集合包括符合下述任何一个条件的套接字：
● 有数据可以读入。
● 连接已经关闭、重设或中止。
● 假如已调用了listen，而且一个连接正在建立，那么accept函数调用会成功。


writefds 集合包括符合下述任何一个条件的套接字：
● 有数据可以发出。
● 如果已完成了对一个非锁定连接调用的处理，连接就会成功。


exceptfds 集合包括符合下述任何一个条件的套接字：
● 假如已完成了对一个非锁定连接调用的处理，连接尝试就会失败。
● 有带外（Out-of-band，OOB）数据可供读取。


举个例子，假设我们想测试一个套接字是否“可读”，必须将自己的套接字增添到readfds集合中，
然后调用 select 函数并等待其完成。select 完成之后，再次判断自己的套接字是否仍为 readfds 集合的一部分。
若答案是肯定的，则表明该套接字“可读”，可立即着手从它上面读取数据。


在三个参数中（readfds、writefds 和 exceptfds），任何两个都可以是空值（ NULL）；
但是，至少有一个不能为空值！在任何不为空的集合中，必须包含至少一个套接字句柄；
否则， select 函数便没有任何东西可以等待。最后一个参数 timeout 对应的是一个指针，它指向一个timeval 结构，
用于决定select 最多等待 I/O操作完成多久的时间。如 timeout 是一个空指针，那么 select 调用会无限
期地“锁定”或停顿下去，直到至少有一个描述符符合指定的条件后结束。


对 timeval 结构的定义如下：
tv_sec 字段以秒为单位指定等待时间；
tv_usec 字段则以毫秒为单位指定等待时间。
1秒 = 1000毫秒


若将超时值设置为（0 , 0），表明 select 会立即返回，出于对性能方面的考虑，应避免这样的设置。


█ select 函数返回值：
select 成功完成后，会在 fdset 结构中，返回刚好有未完成的 I/O操作的所有套接字句柄的总量。
若超过 timeval 设定的时间，便会返回0。若 select 调用失败，都会返回 SOCKET_ERROR，
应该调用 WSAGetLastError 获取错误码！


用 select 对套接字进行监视之前，必须将套接字句柄分配给一个fdset的结构集合，
之后再来调用 select，便可知道一个套接字上是否正在发生上述的 I/O 活动。
Winsock 提供了下列宏操作，可用来针对 I/O活动，对 fdset 进行处理与检查：
● FD_CLR(s, *set)：从set中删除套接字s。
● FD_ISSET(s, *set)：检查s是否set集合的一名成员；如答案是肯定的是，则返回TRUE。
● FD_SET(s, *set)：将套接字s加入集合set。
● FD_ZERO( * set)：将set初始化成空集合。


例如，假定我们想知道是否可从一个套接字中安全地读取数据，同时不会陷于无休止的
“锁定”状态，便可使用 FDSET 宏，将自己的套接字分配给 fdread 集合，再来调用 select。要
想检测自己的套接字是否仍属 fdread 集合的一部分，可使用 FD_ISSET 宏。采用下述步骤，便
可完成用 select 操作一个或多个套接字句柄的全过程：
1) 使用FDZERO宏，初始化一个fdset对象；
2) 使用FDSET宏，将套接字句柄加入到fdset集合中；
3) 调用 select 函数，等待其返回……select 完成后，会返回在所有 fdset 集合中设置的套接字句柄总数，
并对每个集合进行相应的更新。
4) 根据 select的返回值和 FDISSET宏，对 fdset 集合进行检查。
5) 知道了每个集合中“待决”的 I/O操作之后，对 I/O进行处理，
然后返回步骤1 )，继续进行 select 处理。


select 函数返回后，会修改 fdset 结构，删除那些不存在待决 I/O 操作的套接字句柄。
这正是我们在上述的步骤 ( 4 ) 中，为何要使用 FDISSET 宏来判断一个特定的套接字是否仍在集合中的原因。 

<span style="font-size:14px;">客户端代码：

void CClientDlg::OnBnClickedLink()
{
    // TODO: 在此添加控件通知处理程序代码
    AfxBeginThread(ThreadPro,this); //开启一个线程
}

BOOL CClientDlg::InitSock() //初始化套接字库，建msdn
{
    WORD wVersionRequested;
    WSADATA wsaData;
    int err;
    wVersionRequested = MAKEWORD( 2, 2 );
    err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData );
    if ( err != 0 ) {
        return FALSE;
    }

    if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 2 ||
        HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 2 ) {
            WSACleanup( );
            return FALSE;
    }
    return TRUE;
}


BOOL CClientDlg::SelectFun(SOCKET sock,BOOL ret) //ret为true表示要读取数据，ret为false表示要发送数据
{
    //1.用FD_ZEOR初始化fd_set，timeval
    //2.用FD_SET将SOCKET加入集合
    //3.调用select函数
    //4.调用FD_ISSET判断

        fd_set fd;
    FD_ZERO(&fd);
    timeval tval;
    tval.tv_sec=0;
    tval.tv_usec=1000;

    FD_SET(sock,&fd);
    int num;
    if (ret) //ret只是用来区分读写
    {
       num=select(0,&fd,NULL,NULL,&tval);
    }
    else
    {
        num=select(0,NULL,&fd,NULL,&tval);
    }

    if(num<=0)
        return FALSE;
    else if( num>0 && FD_ISSET(sock,&fd))
        return TRUE;
    return FALSE;
}


UINT CClientDlg::ThreadPro( LPVOID pParam )
{
    ASSERT(pParam);
    CClientDlg* pDlg=(CClientDlg*)pParam; //将线程函数定义为类的静态成员函数，只能通过对象去操作类里的数据
    if (!pDlg->InitSock())
    {
        AfxMessageBox(_T("初始化套接字库失败"));
        return 0;
    }

    SOCKADDR_IN serAddr;
    serAddr.sin_addr.s_addr=inet_addr("127.0.0.1"); //VS2008里用的是小写的s_addr  inet_addr将字符串转换为网络字节顺序，inet_addr将网络地址转换为字符串
    serAddr.sin_family=AF_INET;
        serAddr.sin_port=htons(5000);

    pDlg->m_sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP); //这里不能直接使用m_sock非静态成员，最后一个参数是可选的
    if (pDlg->m_sock==INVALID_SOCKET)
    {
        AfxMessageBox(_T("创建套接字失败"));
        return 0;
    }

    if (connect(pDlg->m_sock,(SOCKADDR*)&serAddr,sizeof(SOCKADDR_IN))==SOCKET_ERROR)
    {
        AfxMessageBox(_T("连接服务器失败"));
        return 0;
    }

    while (1)
    {
        if(pDlg->SelectFun(pDlg->m_sock,TRUE)) // 判断，如果select判断为真则读取数据
        {
            int res;
            TCHAR bufData[1024]={0};
            res=recv(pDlg->m_sock,(char*)bufData,1024,0);
            //recv的返回值，>0接收正确(也就是数据的大小)，=0连接断开 <0接收出错
            if(res>0)
           {
            pDlg->ShowMsg(bufData);
                }
            else
            {
                                pDlg->ShowMsg(_T("服务器已经断开！"));
                break;
            }

        }
        else
          Sleep(1000);
    }
    WSACleanup();
}

void CClientDlg::OnBnClickedSend()
{
    // TODO: 在此添加控件通知处理程序代码
    CString strText;
    //ASSERT(m_cliSock != INVALID_SOCKET);
    if (m_sock==INVALID_SOCKET)
    {
        MessageBox(_T("套接字无效"));
        return;
    }
     GetDlgItemText(IDC_SENDDATA, strText);
    if (!strText.IsEmpty() && SelectFun(m_sock,FALSE)) //如果SelectFun返回真则表示可以写入数据
       {
        send(m_sock, (char *)strText.GetBuffer(), strText.GetLength()*sizeof(TCHAR), 0);
        SetDlgItemText(IDC_SENDDATA, _T(""));
    }
    else{
        MessageBox(_T("发送数据出错"));
        return;
    }
    //这里理解有个误区，上面链接后就进入while死循环了那不是不能发送数据了？
    //其实不是，链接是用一个新的线程启动了，所以有两个线程在执行，while始终有一个线程维护着
    //只是while里也可以做别的事，不用一直阻塞
}

服务器与客户端基本类似：


UINT CServerDlg::ThreadPro(LPVOID aparam)
{
    ASSERT(aparam);
    CServerDlg* pDlg=(CServerDlg*)aparam;
    if (!pDlg->InitSock())
    {
        AfxMessageBox(_T("初始化套接字库失败"));
        return 0;
    }

    SOCKADDR_IN serAdd;
    serAdd.sin_family=AF_INET;
    serAdd.sin_port=htons(5000);
    serAdd.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY; //INADDR_ANY表示可以接受任何连接

    pDlg->m_sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP);

    if (bind(pDlg->m_sock,(SOCKADDR*)&serAdd,sizeof(SOCKADDR_IN))==SOCKET_ERROR)
    {
        AfxMessageBox(_T("绑定套接字失败"));
        return 0;
    }

    if (listen(pDlg->m_sock,SOMAXCONN)==SOCKET_ERROR)
    {
        AfxMessageBox(_T("监听套接字失败"));
        return 0;
    }

    SOCKADDR_IN cliAdd;
    int len=sizeof(SOCKADDR_IN);
    if ((pDlg->m_cliSock=accept(pDlg->m_sock,(SOCKADDR*)&cliAdd,&len))==INVALID_SOCKET) //记住，服务器有两个SOCKET，一个listen，一个与客户端通信
    //注意优先级别，找了好久的错误 ==号的优先级别要大于=
    {
        AfxMessageBox(_T("接受连接失败"));
        return 0;
    }

    while (1)
    {
        if (pDlg->SelectFun(pDlg->m_cliSock,TRUE))
        {
            char bufData[1024]={0};
            int ret;
            ret=recv(pDlg->m_cliSock,(char*)bufData,1024,0);
            if (ret==0)
            {
                AfxMessageBox(_T("客户端已经断开"));
                break;
            }
            else
            {
                //这里为什么不能用以下的方法，一直困扰了很久
                //很简单，对话框属于一个类，不能随便新建一个类的对象就取操作对话框的界面！
                //pDlg->m_strRec=bufData;
                //pDlg->UpdateData(FALSE);
                pDlg->ShowMsg(bufData);
            }
        }
        else
            Sleep(1000);
    }
}</span>