yehao's Blog

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1.Winsock同步阻塞方式的問題

在異步非阻塞模式下，像accept（WSAAccept），recv（recv，WSARecv，WSARecvFrom）等這樣的winsock函數(shù)調(diào)用后馬上返回，而不是等待可用的連接和數(shù)據(jù)。在阻塞模式下，server往往這樣等待client的連接：

while(TRUE)
{
    //wait for a connection
     ClientSocket = accept(ListenSocket,NULL,NULL);
    if(ClientSocket == INVALID_SOCKET)
     {
         ERRORHANDLE
     }
     else
         DoSomething
}

上述代碼簡單易用，但是缺點在于如果沒有client連接的話，accept一直不會返回，而且即使accept成功創(chuàng)建會話套接字，在阻塞方式下，C/S間傳輸數(shù)據(jù)依然要將recv，send這類函數(shù)放到一個循環(huán)中，反復(fù)等待數(shù)據(jù)的到來，這種輪詢的方式效率很低。為此，Winsock提供了異步模式的5種I/O模型，這些模型會在有網(wǎng)絡(luò)事件（如socket收到連接請求，讀取收到的數(shù)據(jù)請求等等）時通過監(jiān)視集合(select)，事件對象(WSAEventSelect,重疊I/O)，窗口消息(WSAAsyncSelect)，回調(diào)函數(shù)(重疊I/O),完成端口的方式通知程序，告訴我們可以“干活了”，這樣的話大大的提高了執(zhí)行效率，程序只需枕戈待旦，兵來將擋水來土掩，通知我們來什么網(wǎng)絡(luò)事件，就做相應(yīng)的處理即可。

2.WSAEventSelect模型的使用

WSAEventSelect模型其實很簡單，就是將一個事件對象同一個socket綁定并設(shè)置要監(jiān)視的網(wǎng)絡(luò)事件，當這個socket有我們感興趣的網(wǎng)絡(luò)事件到達時，ws2_32.dll就將這個事件對象置為受信狀態(tài)(signaled)，在程序中等待這個事件對象受信后，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)事件類型做不同的處理。如果對線程同步機制有些了解的話，這個模型很容易理解，其實就是CreateEvent系列的winsock版。

無代碼無真相，具體API的參數(shù)含義可以參考MSDN，MSDN上對這個模型解釋的非常詳盡。
// 使用WSAEventSelect的代碼片段，百度貼吧字數(shù)限制，略去錯誤處理及界面操作
    // 為了能和多個客戶端通信，使用兩個數(shù)組分別記錄所有通信的會話套接字
    // 以及和這些套接字綁定的事件對象
    // WSA_MAXIMUM_WAIT_EVENTS是系統(tǒng)內(nèi)部定義的宏，值為64

     SOCKET g_sockArray[WSA_MAXIMUM_WAIT_EVENTS];
     WSAEVENT g_eventArray[WSA_MAXIMUM_WAIT_EVENTS];

    // 事件對象計數(shù)器
    int nEventTotal = 0;

    // 創(chuàng)建監(jiān)聽套接字sListenSocket，并對其綁定端口和本機ip 代碼省去
     ........

    // 設(shè)置sListenSocket為監(jiān)聽狀態(tài)
     listen(sListenSocket, 5);

    // 創(chuàng)建事件對象，同CreateEvent一樣，event創(chuàng)建后被置為非受信狀態(tài)
     WSAEVENT acceptEvent = WSACreateEvent();

    // 將sListenSocket和acceptEvent關(guān)聯(lián)起來
    // 并注冊程序感興趣的網(wǎng)絡(luò)事件FD_ACCEPT 和 FD_CLOSE
    // 這里由于是在等待客戶端connect，所以FD_ACCEPT和FD_CLOSE是我們關(guān)心的
     WSAEventSelect(sListenSocket, acceptEvent, FD_ACCEPT|FD_CLOSE);

    // 添加到數(shù)組中
     g_eventArray[nEventTotal] = acceptEvent;
     g_sockArray[nEventTotal] = sListenSocket;    
     nEventTotal++;

    // 處理網(wǎng)絡(luò)事件
    while(TRUE)
     {
        // 由于第三個參數(shù)是 FALSE，所以 g_eventArray 數(shù)組中有一個元素受信 WSAWaitForMultipleEvents 就返回
        // 注意 返回值 nIndex 減去 WSA_WAIT_EVENT_0 的值才是受信事件在數(shù)組中的索引。
        // 如果有多個事件同時受信，函數(shù)返回索引值最小的那個。
        // 由于第四個參數(shù)指定 WSA_INFINITE ，所以沒有對象受信時會無限等待。
        int nIndex = WSAWaitForMultipleEvents(nEventTotal, g_eventArray, FALSE, WSA_INFINITE, FALSE);

        // 取得受信事件在數(shù)組中的位置。
         nIndex = nIndex - WSA_WAIT_EVENT_0;

        // 判斷受信事件 g_eventArray[nIndex] 所關(guān)聯(lián)的套接字 g_sockArray[nIndex] 的網(wǎng)絡(luò)事件類型
        // MSDN中說如果事件對象不是NULL, WSAEnumNetworkEvents 會幫咱重置該事件對象為非受信，方便等待新的網(wǎng)絡(luò)事件
        // 也就是說這里的 g_eventArray[nIndex] 變?yōu)榉鞘苄帕?，所以程序中不用再調(diào)用 WSAResetEvent了
        // WSANETWORKEVENTS 這個結(jié)構(gòu)中 記錄了關(guān)于g_sockArray[nIndex] 的網(wǎng)絡(luò)事件和錯誤碼
         WSANETWORKEVENTS event;
         WSAEnumNetworkEvents(g_sockArray[nIndex], g_eventArray[nIndex], &event);

        // 這里處理 FD_ACCEPT 這個網(wǎng)絡(luò)事件
        // event.lNetWorkEvents中記錄的是網(wǎng)絡(luò)事件類型
        if(event.lNetworkEvents & FD_ACCEPT)
         {
            // event.iErrorCode是錯誤代碼數(shù)組，event.iErrorCode[FD_ACCEPT_BIT] 為0表示正常
            if(event.iErrorCode[FD_ACCEPT_BIT] == 0)
             {
                // 連接數(shù)超過系統(tǒng)約定的范圍
                if(nEventTotal > WSA_MAXIMUM_WAIT_EVENTS)
                 {    
                     ErrorHandle...
                    continue;
                 }
                // 沒有問題就可以accept了
                 SOCKET sAcceptSocket = accept(g_sockArray[nIndex], NULL, NULL);

                // 新建的會話套接字用于C/S間的數(shù)據(jù)傳輸，所以這里關(guān)心FD_READ,FD_CLOSE,FD_WRITE三個事件
                 WSAEVENT event = WSACreateEvent();
                 WSAEventSelect(sAcceptSocket, event, FD_READ|FD_CLOSE|FD_WRITE);

                // 將新建的會話套接字及與該套接字關(guān)聯(lián)的事件對象添加到數(shù)組中
                 g_eventArray[nEventTotal] = event;
                 g_sockArray[nEventTotal] = sAcceptSocket;    
                 nEventTotal++;
             }

            //event.iErrorCode[FD_ACCEPT_BIT] != 0 出錯了
             else
             {
                 ErrorHandle...
                break;
             }
         }


        // 這里處理FD_READ通知消息，當會話套接字上有數(shù)據(jù)到來時，ws2_32.dll會記錄該事件
         else if(event.lNetworkEvents & FD_READ)    
         {
            if(event.iErrorCode[FD_READ_BIT] == 0)
             {
                int nRecv = recv(g_sockArray[nIndex], buffer, nbuffersize, 0);
                if(nRecv == SOCKET_ERROR)                
                 {
                    // 為了程序更魯棒，這里要特別處理一下WSAEWOULDBLOCK這個錯誤
                    // MSDN中說在異步模式下有時recv(WSARecv)讀取時winsock的緩沖區(qū)中沒有數(shù)據(jù)，導(dǎo)致recv立即返回
                    // 錯誤碼就是 WSAEWOULDBLOCK,但這時程序并沒有出問題，在有新的數(shù)據(jù)到來時recv還是可以讀到數(shù)據(jù)的
                    // 所以不能僅僅根據(jù)recv返回值是SOCKET_ERROR就認為出錯從而執(zhí)行退出操作。
                    //如果錯誤碼不是WSAEWOULDBLOCK 則表示真的出錯了
                    if(WSAGetLastError() != WSAEWOULDBLOCK)
                     {    
                         ErrorHandle...
                        break;
                     }
                 }
                // 沒出任何錯誤
                 else
                     DoSomeThing...
             }

            // event.iErrorCode[FD_READ_BIT] != 0
             else
             {
                 ErrorHandle...
                break;
             }
         }


        // 這里處理FD_CLOSE通知消息
        // 當連接被關(guān)閉時，ws2_32.dll會記錄FD_CLOSE事件
         else if(event.lNetworkEvents & FD_CLOSE)
         {
            if(event.iErrorCode[FD_CLOSE_BIT] == 0)
             {
                 closesocket(g_sockArray[nIndex]);
                                 // 將g_sockArray[nIndex]從g_sockArray數(shù)組中刪除
                for(int j=nIndex; j<nEventTotal-1; j++)
                     g_sockArray[j] = g_sockArray[j+1];    
                 nEventTotal--;
             }

            // event.iErrorCode[FD_CLOSE_BIT] != 0
             else
             {
                 ErrorHandle...
                break;
             }
         }


        // 處理FD_WRITE通知消息
        // FD_WRITE事件其實就是ws2_32.dll告訴我們winsock的緩沖區(qū)已經(jīng)ok，可以發(fā)送數(shù)據(jù)了
        // 同recv一樣，send(WSASend)的返回值也要對SOCKET_ERROR特殊判斷一下 WSAEWOULDBLOCK
         else if(event.lNetworkEvents & FD_WRITE)        
         {
            //關(guān)于FD_WRITE的討論在下面。
         }
     }

    // 如果出錯退出循環(huán) 則將套接字數(shù)組中的套接字與事件對象統(tǒng)統(tǒng)解除關(guān)聯(lián)
    // 給WSAEventSelect的最后一個參數(shù)傳0可以解除g_sockArray[nIndex]和g_eventArray[nIndex]的關(guān)聯(lián)
    // 解除關(guān)聯(lián)后,ws2_32.dll將停止記錄g_sockArray[nIndex]這個套接字的網(wǎng)絡(luò)事件
    // 退出時還要關(guān)閉所有創(chuàng)建的套接字和事件對象

    for(int i = 0; i < nEventTotal; i++)
     {
         WSAEventSelect(g_sockArray[i], g_eventArray[i], 0);    
         closesocket(g_sockArray[i]);
         WSACloseEvent(g_eventArray[i]);
     }

     nEventTotal = 0;

     DoSomethingElse....

3.FD_WRITE 事件的觸發(fā)

常見的網(wǎng)絡(luò)事件中，F(xiàn)D_ACCEPT和FD_READ都比較好理解。一開始我唯一困惑的就是FD_WRITE,搞不清楚到底什么時候才會觸發(fā)這個網(wǎng)絡(luò)事件，后來仔細查了MSDN又看了一些文章并測試了下，終于搞懂了FD_WRITE的觸發(fā)機制。

下面是MSDN中對FD_WRITE觸發(fā)機制的解釋：

The FD_WRITE network event is handled slightly differently. An FD_WRITE network event is recorded when a socket is first connected with connect/WSAConnect or accepted with accept/WSAAccept, and then after a send fails with WSAEWOULDBLOCK and buffer space becomes available. Therefore, an application can assume that sends are possible starting from the first FD_WRITE network event setting and lasting until a send returns WSAEWOULDBLOCK. After such a failure the application will find out that sends are again possible when an FD_WRITE network event is recorded and the associated event object is set

FD_WRITE事件只有在以下三種情況下才會觸發(fā)

①client 通過connect（WSAConnect）首次和server建立連接時，在client端會觸發(fā)FD_WRITE事件

②server通過accept（WSAAccept）接受client連接請求時，在server端會觸發(fā)FD_WRITE事件

③send（WSASend）/sendto（WSASendTo）發(fā)送失敗返回WSAEWOULDBLOCK，并且當緩沖區(qū)有可用空間時，則會觸發(fā)FD_WRITE事件

①②其實是同一種情況，在第一次建立連接時，C/S端都會觸發(fā)一個FD_WRITE事件。

主要是③這種情況：send出去的數(shù)據(jù)其實都先存在winsock的發(fā)送緩沖區(qū)中，然后才發(fā)送出去，如果緩沖區(qū)滿了，那么再調(diào)用send（WSASend,sendto,WSASendTo）的話，就會返回一個 WSAEWOULDBLOCK的錯誤碼，接下來隨著發(fā)送緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)被發(fā)送出去，緩沖區(qū)中出現(xiàn)可用空間時，一個 FD_WRITE 事件才會被觸發(fā)，這里比較容易混淆的是 FD_WRITE 觸發(fā)的前提是 緩沖區(qū)要先被充滿然后隨著數(shù)據(jù)的發(fā)送又出現(xiàn)可用空間，而不是緩沖區(qū)中有可用空間，也就是說像如下的調(diào)用方式可能出現(xiàn)問題

else if(event.lNetworkEvents & FD_WRITE)
{
    if(event.iErrorCode[FD_WRITE_BIT] == 0)
     {
         send(g_sockArray[nIndex], buffer, buffersize);
         ....
     }
     else
     {
     }
}

問題在于建立連接后 FD_WRITE 第一次被觸發(fā)， 如果send發(fā)送的數(shù)據(jù)不足以充滿緩沖區(qū)，雖然緩沖區(qū)中仍有空閑空間，但是 FD_WRITE 不會再被觸發(fā)，程序永遠也等不到可以發(fā)送的網(wǎng)絡(luò)事件。

基于以上原因，在收到FD_WRITE事件時，程序就用循環(huán)或線程不停的send數(shù)據(jù)，直至send返回WSAEWOULDBLOCK，表明緩沖區(qū)已滿，再退出循環(huán)或線程。當緩沖區(qū)中又有新的空閑空間時，F(xiàn)D_WRITE 事件又被觸發(fā)，程序被通知后又可發(fā)送數(shù)據(jù)了。

上面代碼片段中省略的對 FD_WRITE 事件處理

P.S.

1.WSAWaitForMultipleEvents內(nèi)部調(diào)用的還是WaitForMulipleObjectsEx，MSDN中說使用WSAEventSelect模型等待時是不占cpu時間的，這也是效率比阻塞winsock高的原因。

2.WSAAsycSelect的用法和WSAEventSelect類似，不同的是網(wǎng)絡(luò)事件的通知是以windows消息的方式發(fā)送到指定的窗口。