完成端口中的單句柄數據結構與單IO數據結構的理解與設計
本文作者：sodme
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完成端口模型，針對于WIN平臺的其它異步網絡模型而言，最大的好處，除了性能方面的卓越外，還在于完成端口在傳遞網絡事件的通知時，可以一并傳遞與此事件相關的應用層數據。這個應用層數據，體現在兩個方面：一是單句柄數據，二是單IO數據。
GetQueuedCompletionStatus函數的原型如下：
WINBASEAPI
BOOL
WINAPI
GetQueuedCompletionStatus(
IN HANDLE CompletionPort,
OUT LPDWORD lpNumberOfBytesTransferred,
OUT PULONG_PTR lpCompletionKey,
OUT LPOVERLAPPED *lpOverlapped,
IN DWORD dwMilliseconds
);
其中，我們把第三個參數lpCompletionKey稱為完成鍵，由它傳遞的數據稱為單句柄數據。我們把第四個參數lpOverlapped稱為重疊結構體，由它傳遞的數據稱為單IO數據。
以字面的意思來理解，lpCompletionKey內包容的東西應該是與各個socket一一對應的，而lpOverlapped是與每一次的wsarecv或wsasend操作一一對應的。
在網絡模型的常見設計中，當一個客戶端連接到服務器后，服務器會通過accept或AcceptEx創建一個socket，而應用層為了保存與此socket相關的其它信息（比如：該socket所對應的sockaddr_in結構體數據，該結構體內含客戶端IP等信息，以及為便于客戶端的邏輯包整理而準備的數據整理緩沖區等），往往需要創建一個與該socket一一對應的客戶端底層通信對象，這個對象可以負責保存僅在網絡層需要處理的數據成員和方法，然后我們需要將此客戶端底層通信對象放入一個類似于list或map的容器中，待到需要使用的時候，使用容器的查找算法根據socket值找到它所對應的對象然后進行我們所需要的操作。
讓人非常高興的是，完成端口“體貼入微”，它已經幫我們在每次的完成事件通知時，稍帶著把該socket所對應的底層通信對象的指針送給了我們，這個指針就是lpCompletionKey。也就是說，當我們從GetQueuedCompletionStatus函數取得一個數據接收完成的通知，需要將此次收到的數據放到該socket所對應的通信對象整理緩沖區內對數據進行整理時，我們已經不需要去執行list或map等的查找算法，而是可以直接定位這個對象了，當客戶端連接量很大時，頻繁查表還是很影響效率的。哇哦，太帥了，不是嗎？呵呵。
基于以上的認識，我們的lpCompletionKey對象可以設計如下：
typedef struct PER_HANDLE_DATA
{
SOCKET socket; //本結構體對應的socket值
sockaddr_in addr; //用于存放客戶端IP等信息
char DataBuf[ 2*MAX_BUFFER_SIZE ]; //整理緩沖區,用于存放每次整理時的數據
}
PER_HANDLE_DATA與socket的綁定，通過CreateIOCompletionPort完成，將該結構體地址作為該函數的第三個參數傳入即可。而PER_HANDLE_DATA結構體中addr成員，是在accept執行成功后進行賦值的。DataBuf則可以在每次WSARecv操作完成，需要整理緩沖區數據時使用。
下面我們再來看看完成端口的收、發操作中所使用到的重疊結構體OVERLAPPED。
關于重疊IO的知識，請自行GOOGLE相關資料。簡單地說，OVERLAPPED是應用層與核心層交互共享的數據單元，如果要執行一個重疊IO操作，必須帶有OVERLAPPED結構。在完成端口中，它允許應用層對OVERLAPPED結構進行擴展和自定義，允許應用層根據自己的需要在OVERLAPPED的基礎上形成新的擴展OVERLAPPED結構。一般地，擴展的OVERLAPPED結構中，要求放在第一個的數據成員是原OVERLAPPED結構。我們可以形如以下方式定義自己的擴展OVERLAPPED結構：
typedef struct PER_IO_DATA
{
OVERLAPPED ovl;
WSABUF buf;
char RecvDataBuf[ MAX_BUFFER_SIZE ]; //接收緩沖區
char SendDataBuf[ MAX_BUFFER_SIZE ]; //發送緩沖區
OpType opType; //操作類型：發送、接收或關閉等
}
在執行WSASend和WSARecv操作時，應用層會將擴展OVERLAPPED結構的地址傳給核心，核心完成相應的操作后，仍然通過原有的這個結構傳遞操作結果，比如“接收”操作完成后，RecvDataBuf里存放便是此次接收下來的數據。
根據各自應用的不同，不同的完成端口設計者可能會設計出不同的PER_HANDLE_DATA
和PER_IO_DATA，我這里給出的設計也只是針對自己的應用場合的，不一定就適合你。但我想，最主要的還是要搞明白PER_HANDLE_DATA和PER_IO_DATA兩種結構體的含義、用途，以及調用流程。