重疊I/O，Overlapped I/O。

一、 重疊I/O的優點
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1. 可以運行在支持Winsock2的所有Windows平臺 ,而不像完成端口只是支持NT系統。
2. 比起阻塞、select、WSAAsyncSelect以及WSAEventSelect等模型，重疊I/O使應用程序能達到更佳的系統性能。因為它和這4種模型不同的是，使用重疊I/O的應用程序通知緩沖區收發系統直接使用數據，也就是說，如果應用程序投遞了一個10KB大小的緩沖區來接收數據，且數據已經到達套接字，則該數據將直接被拷貝到投遞的緩沖區。而這4種模型種，數據到達并拷貝到單套接字接收緩沖區中，此時應用程序會被告知可以讀入的容量。當應用程序調用接收函數之后，數據才從單套接字緩沖區拷貝到應用程序的緩沖區，差別就體現出來了。
3. 從《windows網絡編程》中提供的試驗結果中可以看到，在使用了P4 1.7G Xero處理器(CPU很強啊)以及768MB的回應服務器中，最大可以處理4萬多個SOCKET連接，在處理1萬2千個連接的時候CPU占用率才40% 左右 ―― 非常好的性能，已經直逼完成端口了。

二、重疊I/O的基本原理
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概括一點說，重疊I/O是讓應用程序使用重疊數據結構（WSAOVERLAPPED），一次投遞一個或多個Winsock I/O請求。針對這些提交的請求，在它們完成之后，應用程序會收到通知，于是就可以通過自己另外的代碼來處理這些數據了。
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需要注意的是，有兩個方法可以用來管理重疊I/O請求的完成情況（就是說接到重疊操作完成的通知）：
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1. 事件對象通知(Event Object Notification) 。
2. 完成例程（Completion Routines）（注意，這里并不是完成端口）
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本文只是講述如何來使用事件通知的的方法實現重疊I/O，如沒有特殊說明，本文的重疊I/O默認就是指基于事件通知的重疊I/O。
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既然是基于事件通知，就要求將Windows事件對象與WSAOVERLAPPED結構關聯在一起（WSAOVERLAPPED結構中專門有對應的參數），既然要使用重疊結構，我們常用的send, sendto, recv, recvfrom也都要被WSASend，WSASendto, WSARecv, WSARecvFrom替換掉了，它們的用法我后面會講到，這里只需要注意一點，它們的參數中都有一個Overlapped參數，我們可以假設是把我們的WSARecv這樣的操作操作“綁定”到這個重疊結構上，提交一個請求，其他的事情就交給重疊結構去操心，而其中重疊結構又要與Windows的事件對象“綁定”在一起，這樣我們調用完WSARecv以后就可以“坐享其成”，等到重疊操作完成以后，自然會有與之對應的事件來通知我們操作完成，然后我們就可以來根據重疊操作的結果取得我們想要德數據了。
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三、關于重疊I/O的基礎知識
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下面來介紹并舉例說明一下編寫重疊I/O的程序中將會使用到的幾個關鍵數據結構和函數。
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1. WSAOVERLAPPED結構
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這個結構自然是重疊I/O里的核心，它是這么定義的：
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typedef struct _WSAOVERLAPPED

{
DWORD Internal;
DWORD InternalHigh;
DWORD Offset;
DWORD OffsetHigh;
WSAEVENT hEvent; //?唯一需要關注的參數，用來關聯WSAEvent對象
} WSAOVERLAPPED, *LPWSAOVERLAPPED;
我們需要把WSARecv等操作投遞到一個重疊結構上，而我們又需要一個與重疊結構“綁定”在一起的事件對象來通知我們操作的完成，看到了和hEvent參數，不用我說你們也該知道如何來來把事件對象綁定到重疊結構上吧？大致如下：
WSAEVENT event; // 定義事件
WSAOVERLAPPED AcceptOverlapped ; // 定義重疊結構
event = WSACreateEvent(); // 建立一個事件對象句柄
ZeroMemory(&AcceptOverlapped, sizeof(WSAOVERLAPPED)); // 初始化重疊結構
AcceptOverlapped.hEvent = event;
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2. WSARecv系列函數
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在重疊I/O中，接收數據就要靠它了，它的參數也比recv要多，因為要用刀重疊結構嘛，它是這樣定義的：
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int WSARecv

(
SOCKET s, //?當然是投遞這個操作的套接字
LPWSABUF lpBuffers, //?接收緩沖區，與Recv函數不同這里需要一個由WSABUF結構構成的數組
DWORD dwBufferCount, // 數組中WSABUF結構的數量
LPDWORD lpNumberOfBytesRecvd, // 如果接收操作立即完成，這里會返回所接收到的字節數
LPDWORD lpFlags, // 說來話長了，我們這里設置為0 即可
LPWSAOVERLAPPED lpOverlapped, // “綁定”的重疊結構
LPWSAOVERLAPPED_COMPLETION_ROUTINE lpCompletionRoutine // 完成例程中將會用到的參數，我們這里設置為 NULL
);

返回值：
WSA_IO_PENDING?： 最常見的返回值，這是說明我們的WSARecv操作成功了。
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舉個例子：(變量的定義順序和上面的說明的順序是對應的，下同)
SOCKET s;
WSABUF DataBuf; // 定義WSABUF結構的緩沖區
// 初始化一下DataBuf
#define DATA_BUFSIZE 5096
char buffer[DATA_BUFSIZE];
ZeroMemory(buffer, DATA_BUFSIZE);
DataBuf.len = DATA_BUFSIZE;
DataBuf.buf = buffer;
DWORD dwBufferCount = 1, dwRecvBytes = 0, Flags = 0;
// 重疊結構，如果要處理多個操作，這里當然需要一個WSAOVERLAPPED數組。
WSAOVERLAPPED AcceptOverlapped ;

//?事件，如果要多個事件，這里當然也需要一個WSAEVENT數組。需要注意的是，可能一個SOCKET同時會有一個以上的重疊請求，也就會對應一個以上的WSAEVENT。
WSAEVENT event;?

Event = WSACreateEvent();
ZeroMemory(&AcceptOverlapped, sizeof(WSAOVERLAPPED));
AcceptOverlapped.hEvent = event; // 關鍵的一步，把事件句柄“綁定”到重疊結構上。

作了這么多工作，終于可以使用WSARecv來把我們的請求投遞到重疊結構上了，呼…
WSARecv(s, &DataBuf, dwBufferCount, &dwRecvBytes, &Flags, &AcceptOverlapped, NULL);
其他的函數我這里就不一一介紹了，因為我們畢竟還有MSDN這么個好幫手，而且在講后面的完成例程和完成端口的時候我還會講到一些 ^_^
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3. WSAWaitForMultipleEvents函數
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熟悉WSAEventSelect模型的朋友對這個函數肯定不會陌生，不對，其實大家都不應該陌生，這個函數與線程中常用的WaitForMultipleObjects函數有些地方還是比較像的，因為都是在等待某個事件的觸發嘛。
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因為我們需要事件來通知我們重疊操作的完成，所以自然需要這個等待事件的函數與之配套。
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DWORD WSAWaitForMultipleEvents(
DWORD cEvents, // 等候事件的總數量
const WSAEVENT* lphEvents, // 事件數組的指針
BOOL fWaitAll, // 這個要多說兩句：如果設置為 TRUE，則事件數組中所有事件被傳信的時候函數才會返回；FALSE則任何一個事件被傳信函數都要返回。我們這里肯定是要設置為FALSE的。
DWORD dwTimeout, // 超時時間，如果超時，函數會返回。
WSA_WAIT_TIMEOUT? // 如果設置為0，函數會立即返回；如果設置為 WSA_INFINITE只有在某一個事件被傳信后才會返回。在這里不建議設置為WSA_INFINITE，因為…后面再講吧。
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BOOL fAlertable // 在完成例程中會用到這個參數，這里我們先設置為FALSE。
);

返回值：
WSA_WAIT_TIMEOUT ：最常見的返回值，我們需要做的就是繼續等待。
WSA_WAIT_FAILED ： 出現了錯誤，請檢查cEvents和lphEvents兩個參數是否有效如果事件數組中有某一個事件被傳信了，函數會返回這個事件的索引值，但是這個索引值需要減去預定義值 WSA_WAIT_EVENT_0才是這個事件在事件數組中的位置。具體的例子就先不在這里舉了，后面還會講到。
注意：WSAWaitForMultipleEvents函數只能支持由WSA_MAXIMUM_WAIT_EVENTS對象定義的一個最大值，是 64，就是說WSAWaitForMultipleEvents只能等待64個事件，如果想同時等待多于64個事件，就要創建額外的工作者線程，就不得不去管理一個線程池，這一點就不如下一篇要講到的完成例程模型了。
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4. WSAGetOverlappedResult函數
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既然我們可以通過WSAWaitForMultipleEvents函數來得到重疊操作完成的通知，那么我們自然也需要一個函數來查詢一下重疊操作的結果，定義如下：
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BOOL WSAGetOverlappedResult(
SOCKET s, // 套接字，不用說了
LPWSAOVERLAPPED lpOverlapped, // 要查詢的那個重疊結構的指針
LPDWORD lpcbTransfer, // 本次重疊操作的實際接收(或發送)的字節數
… //其他參數暫略，以后補充。
);
如果WSAGetOverlappedResult完成以后，第三個參數返回是 0 ，則說明通信對方已經關閉連接，我們這邊的SOCKET, Event之類的也就可以關閉了。
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四、實現重疊I/O的步驟
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下面我們配合代碼，來一步步的講解如何親手完成一個重疊I/O。
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第一步：定義變量
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#define DATA_BUFSIZE 4096 // 接收緩沖區大小
SOCKET ListenSocket, // 監聽套接字
SOCKET AcceptSocket; // 與客戶端通信的套接字
WSAOVERLAPPED AcceptOverlapped; // 重疊結構一個
WSAEVENT EventArray[WSA_MAXIMUM_WAIT_EVENTS]; // 用來通知重疊操作完成的事件句柄數組
WSABUF DataBuf[DATA_BUFSIZE] ;?
DWORD dwEventTotal = 0, // 程序中事件的總數
dwRecvBytes = 0, // 接收到的字符長度
Flags = 0; // WSARecv的參數
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第二步：創建一個套接字，開始在指定的端口上監聽連接請求。
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和其他SOCKET初始化一樣，直接照搬即可。
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WSADATA wsaData;
WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsaData);
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ListenSocket = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP); //創建TCP套接字
SOCKADDR_IN ServerAddr; //分配端口及協議族并綁定
ServerAddr.sin_family=AF_INET;?
ServerAddr.sin_addr.S_un.S_addr =htonl(INADDR_ANY);?
ServerAddr.sin_port=htons(11111);
bind(ListenSocket,(LPSOCKADDR)&ServerAddr, sizeof(ServerAddr)); // 綁定套接字
listen(ListenSocket, 5); //開始監聽
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第三步：接受一個入站的連接請求
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AcceptSocket = accept (ListenSocket, NULL,NULL) ;?
當然，這里是偷懶，如果想要獲得連入客戶端的信息（記得論壇上也常有人問到），accept的后兩個參數就不要用NULL，而是這樣：
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SOCKADDR_IN ClientAddr; // 定義一個客戶端得地址結構作為參數
int addr_length=sizeof(ClientAddr);
AcceptSocket = accept(ListenSocket,(SOCKADDR*)&ClientAddr, &addr_length);
// 于是乎，我們就可以輕松得知連入客戶端的信息了
LPCTSTR lpIP = inet_ntoa(ClientAddr.sin_addr); // IP
UINT nPort = ClientAddr.sin_port; // Port
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第四步：建立并初始化重疊結構
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為連入的這個套接字新建立一個WSAOVERLAPPED重疊結構，并且象前面講到的那樣，為這個重疊結構從事件句柄數組里挑出一個空閑的對象句柄“綁定”上去。
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// 創建一個事件，dwEventTotal可以暫時先作為Event數組的索引。
EventArray[dwEventTotal] = WSACreateEvent();?
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ZeroMemory(&AcceptOverlapped, sizeof(WSAOVERLAPPED)); // 置零
AcceptOverlapped.hEvent = EventArray[dwEventTotal]; // 關聯事件
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char buffer[DATA_BUFSIZE];
ZeroMemory(buffer, DATA_BUFSIZE);
DataBuf.len = DATA_BUFSIZE;
DataBuf.buf = buffer; // 初始化一個WSABUF結構
dwEventTotal ++; // 總數加一
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第五步：以WSAOVERLAPPED結構為參數，在套接字上投遞WSARecv請求。
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各個變量都已經初始化OK以后，我們就可以開始Socket操作了，然后讓WSAOVERLAPPED結構來替我們管理I/O 請求，我們只須等待事件的觸發就可以了。
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if(SOCKET_ERROR==WSARecv(AcceptSocket ,&DataBuf,1,&dwRecvBytes,&Flags,&AcceptOverlapped, NULL))
{?
// 返回WSA_IO_PENDING是正常情況，表示IO操作正在進行，不能立即完成。如果不是WSA_IO_PENDING錯誤，就大事不好了！
if(WSAGetLastError() != WSA_IO_PENDING)?
{
// 那就只能關閉大吉了
closesocket(AcceptSocket);
WSACloseEvent(EventArray[dwEventTotal]);
}
}
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第六步：用WSAWaitForMultipleEvents函數等待重疊操作返回的結果
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因為前面已經把事件和Overlapped綁定在一起，重疊操作完成后我們會接到事件通知。
DWORD dwIndex;

//?等候重疊I/O調用結束
dwIndex=WSAWaitForMultipleEvents(dwEventTotal,EventArray ,FALSE ,WSA_INFINITE,FALSE);
// 注意這里返回的Index并非是事件在數組里的Index，而是需要減去WSA_WAIT_EVENT_0
dwIndex = dwIndex – WSA_WAIT_EVENT_0;
?
第七步：使用WSAResetEvent函數重設當前這個用完的事件對象
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事件已經被觸發了之后，它對于我們來說已經沒有利用價值了，所以要將它重置一下留待下一次使用，很簡單，就一步，連返回值都不用考慮。
WSAResetEvent(EventArray[dwIndex]);
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第八步：使用WSAGetOverlappedResult函數取得重疊調用的返回狀態
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這是我們最關心的事情，費了那么大勁投遞的這個重疊操作究竟是個什么結果呢？其實對于本模型來說，唯一需要檢查一下的就是對方的Socket連接是否已經關閉了。
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DWORD dwBytesTransferred;
WSAGetOverlappedResult( AcceptSocket,AcceptOverlapped,&dwBytesTransferred, FALSE, &Flags);
// 先檢查通信對方是否已經關閉連接，如果dwBytesTransferred等于0則表示連接已經關閉，就關閉套接字。
if(dwBytesTransferred == 0)
{
closesocket(AcceptSocket);
WSACloseEvent(EventArray[dwIndex]); // 關閉事件
return;
}
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第九步：“享受”接收到的數據
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如果程序執行到了這里，那么就說明一切正常，WSABUF結構里面就存有我們WSARecv來的數據了，終于到了盡情享用成果的時候了！喝杯茶，休息一下吧~~~^_^
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DataBuf.buf就是一個char*字符串指針，聽憑你的處理吧，這里就不多說了。
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第十步：同第五步一樣，在套接字上繼續投遞WSARecv請求，然后重復步驟 6 ~ 9。
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這樣一路下來，我們終于可以從客戶端接收到數據了，但是回想起來，呀~~~~~，這豈不是只能收到一次數據，然后程序不就Over了？所以我們接下來不得不重復一遍第五步到第九步的工作，再次在這個套接字上投遞另一個WSARecv請求，并且使整個過程循環起來，are u clear？
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五、多客戶端情況的注意事項
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完成了上面的循環以后，重疊I/O就已經基本上搭建好了80%了，為什么不是100%呢？因為仔細一回想起來，呀~~~~~~~，這樣豈不是只能連接一個客戶端？是的，如果只處理一個客戶端，那重疊I/O就半點優勢也沒有了，我們正是要使用重疊I/O來處理多個客戶端。
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所以我們不得不再對結構作一些改動。
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首先需要一個SOCKET數組 ,分別用來和每一個SOCKET通信。其次，因為重疊I/O中每一個SOCKET操作都是要“綁定”一個重疊結構的，所以需要為每一個SOCKET操作搭配一個WSAOVERLAPPED結構，但是這樣說并不嚴格，因為如果每一個SOCKET同時只有一個操作，比如WSARecv，那么一個SOCKET就可以對應一個WSAOVERLAPPED結構，但是如果一個SOCKET上會有WSARecv 和WSASend兩個操作，那么一個SOCKET肯定就要對應兩個WSAOVERLAPPED結構，所以有多少個SOCKET操作就會有多少個WSAOVERLAPPED結構。
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然后，同樣是為每一個WSAOVERLAPPED結構都要搭配一個WSAEVENT事件，所以說有多少個SOCKET操作就應該有多少個WSAOVERLAPPED結構，有多少個WSAOVERLAPPED結構就應該有多少個WSAEVENT事件，最好把SOCKET、WSAOVERLAPPED 、WSAEVENT三者的關聯起來，到了關鍵時刻才會臨危不亂。
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須要開兩個線程。一個線程用來循環監聽端口，接收請求的連接，然后給在這個套接字上配合一個WSAOVERLAPPED結構投遞第一個WSARecv請求。另一個個線程用來不停的對WSAEVENT數組WSAWaitForMultipleEvents，等待任何一個重疊操作的完成，然后根據返回的索引值進行處理，處理完畢以后再繼續投遞下一個WSARecv請求。
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這里需要注意一點的是，前面是把WSAWaitForMultipleEvents函數的參數設置為WSA_INFINITE的，但是在多客戶端的時候這樣就不好了，需要設定一個超時時間，如果等待超時了再重新WSAWaitForMultipleEvents。因為WSAWaitForMultipleEvents函數在沒有觸發的時候是阻塞在那里的，我們可以設想一下，這時如果監聽線程中接入了新的連接，自然也會為這個連接增加一個Event，但是WSAWaitForMultipleEvents還是阻塞在那里就不會處理這個新連接的Event了。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的重叠I/O之事件对象通知的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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