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非阻塞模式WinSock编程入门

發布時間：2024/4/11 编程问答 36 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了非阻塞模式WinSock编程入门小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

介紹

WinSock是Windows提供的包含了一系列網絡編程接口的套接字程序庫。在這篇文章中，我們將介紹如何把它的非阻塞模式引入到應用程序中。文章中所討論的通信均為面向連接的通信（TCP），為清晰起見，文章對代碼中的一些細枝末節進行了刪減，大家可以依照文末的鏈接下載完整的工程源碼來獲取這部分內容。

阻塞模式WinSock

?????????下述偽代碼給出了阻塞模式下WinSock的使用方式。

view plaincopy to clipboardprint?

//--------------------------------------- ??

//?服務器 ??

//---------------------------------------- ??

//?WinSock初始化 ??

WSAStartup(); ??

//?創建服務器套接字 ??

SOCKET?server?=?socket(); ??

//?綁定到本機端口 ??

bind(server);? ??

//?開始監聽 ??

listen(server);? ??

//?接收到客戶端連接，分配一個客戶端套接字 ??

SOCKET?client?=?accept(server);? ??

//?使用新分配的客戶端套接字進行消息收發 ??

send(client);? ??

recv(client); ??

//?關閉客戶端套接字 ??

closesocket(client);? ??

//?關閉服務器套接字 ??

closesocket(server); ??

//?卸載WinSock ??

WSACleanup();??

view plaincopy to clipboardprint?

//--------------------------------------- ??

//?客戶端 ??

//--------------------------------------- ??

WSAStartup(); ??

//?創建客戶端套接字 ??

SOCKET?client?=?socket(); ??

//?綁定本機端口 ??

bind(client); ??

//?連接到服務器 ??

ServerAddress?server; ??

connect(client,?server); ??

//?確立連接后收發消息 ??

recv(client); ??

send(client); ??

//?關閉客戶端套接字 ??

closesocket(client); ??

WSACleanup();??

?????????代碼中，服務器端的accept()，客戶端的connect()，以及服務器和客戶端中共同的recv()、send()函數均會產生阻塞。

服務器在調用accept()后不會返回，直到接收到客戶端的連接請求；

客戶端在調用connect()后不會返回，直到對服務器連接成功或者失敗；

服務器和客戶端在調用recv()后不會返回，直到接收到并讀取完一條消息；

服務器和客戶端在調用send()后不會返回，直到發送完待發送的消息。

如果這兩段代碼被放在Windows程序的主線程中，你會發現消息循環被阻塞，程序不再響應用戶輸入及重繪請求。為了解決這個問題，你可能會想到開辟另外一個線程來運行這些代碼。這是可行的，但是考慮到每個SOCKET都不應該被其他SOCKET的操作所阻塞，是不是需要為每個SOCKET開辟一個線程？再考慮到同一SOCKET的一個讀寫操作也不應該被另外一個讀寫操作所阻塞，是不是應該再為每個SOCKET的讀和寫分別開辟一個線程？一般來說，這種自實現的多線程解決方案帶來的諸多線程管理方面的問題，是你絕對不會想要遇到的。

非阻塞模式WinSock

?????????所幸的是，WinSock同時提供了非阻塞模式，并提出了幾種I/O模型。最常見的I/O模型有select模型、WSAAsyncSelect模型及WSAEventSelect模型，下面選擇其中的WSAAsyncSelect模型進行介紹。

?????????使用WSAAsyncSelect模型將非阻塞模式引入到應用程序中的過程看起來很簡單，事實上你只需要多添加一個函數就夠了。

int WSAAsyncSelect(SOCKET s, HWND hWnd, unsigned int wMsg, long lEvent);

該函數會自動將套接字設置為非阻塞模式，并且把發生在該套接字上且是你所感興趣的事件，以Windows消息的形式發送到指定的窗口，你需要做的就是在傳統的消息處理函數中處理這些事件。參數hWnd表示指定接受消息的窗口句柄；參數wMsg表示消息碼值（這意味著你需要自定義一個Windows消息碼）；參數IEvent表示你希望接受的網絡事件的集合，它可以是如下值的任意組合：

FD_READ, FD_WRITE, FD_OOB, FD_ACCEPT, FD_CONNECT, FD_CLOSE

?????????之后，就可以在我們熟知的Windows消息處理函數中處理這些事件。如果在某一套接字s上發生了一個已命名的網絡事件，應用程序窗口hWnd會接收到消息wMsg。參數wParam即為該事件相關的套接字s；參數lParam的低字段指明了發生的網絡事件，lParam的高字段則含有一個錯誤碼，事件和錯誤碼可以通過下面的宏從lParam中取出：

#define WSAGETSELECTEVENT(lParam) LOWORD(lParam)

#define WSAGETSELECTERROR(lParam) HIWORD(lParam)

下面繼續使用偽代碼來幫助闡述如何將上一節的阻塞模式WinSock應用升級到非阻塞模式。

首先自定義一個Windows消息碼，用于標識我們的網絡消息。

view plaincopy to clipboardprint?

#define?WM_CUSTOM_NETWORK_MSG?(WM_USER?+?100)??

服務器端，在監聽之前，將監聽套接字置為非阻塞模式，并且標明其感興趣的事件為FD_ACCEPT。

view plaincopy to clipboardprint?

… ??

WSAAsyncSelect(server,?wnd,?WM_CUSTOM_NETWORK_MSG,?FD_ACCEPT); ??

//?開始監聽 ??

listen(server);??

客戶端，在連接之前，將套接字置為非阻塞模式，并標明其感興趣的事件為FD_CONNECT。

view plaincopy to clipboardprint?

… ??

WSAAsyncSelect(client,?wnd,?WM_CUSTOM_NETWORK_MSG,?FD_CONNECT); ??

//?連接到服務器 ??

ServerAddress?server; ??

connect(client,?server);??

接著，在Windows消息處理函數中，我們將處理監聽事件、連接事件、及讀寫事件，方便起見，這里將服務器和客戶端的處理代碼放在了一起。

view plaincopy to clipboardprint?

LRESULT?CALLBACK?WndProc(HWND?hWnd,?UINT?message,?WPARAM?wParam,?LPARAM?lParam) ??

{ ??

????switch?(message) ??

????{ ??

????… ??

????case?WM_CUSTOM_NETWORK_MSG:?//?自定義的網絡消息碼 ??

????????{ ??

????????????SOCKET?socket?=?(SOCKET)wParam;?//?發生網絡事件的套接字 ??

????????????long?event?=?WSAGETSELECTEVENT(lParam);?//?事件 ??

????????????int?error?=?WSAGETSELECTERROR(lParam);?//?錯誤碼 ??

????????????switch?(event) ??

????????????{ ??

????????????case?FD_ACCEPT:?//?服務器收到新客戶端的連接請求 ??

????????????????{ ??

????????????????????//?接收到客戶端連接，分配一個客戶端套接字 ??

????????????????????SOCKET?client?=?accept(socket);? ??

????????????????????//?將新分配的客戶端套接字置為非阻塞模式，并標明其感興趣的事件為讀、寫及關閉 ??

????????????????????WSAAsyncSelect(client,?hWnd,?message,?FD_READ?|?FD_WRITE?|?FD_CLOSE); ??

????????????????} ??

????????????????break; ??

????????????case?FD_CONNECT:?//?客戶端連接到服務器的操作返回結果 ??

????????????????{ ??

????????????????????//?成功連接到服務器，將客戶端套接字置為非阻塞模式，并標明其感興趣的事件為讀、寫及關閉 ??

????????????????????WSAAsyncSelect(socket,?hWnd,?message,?FD_READ?|?FD_WRITE?|?FD_CLOSE); ??

????????????????} ??

????????????????break; ??

????????????case?FD_READ:?//?收到網絡包，需要讀取 ??

????????????????{ ??

????????????????????//?使用套接字讀取網絡包 ??

????????????????????recv(socket); ??

????????????????} ??

????????????????break; ??

????????????case?FD_WRITE: ??

????????????????{ ??

????????????????????//?FD_WRITE的處理后面會具體討論 ??

????????????????} ??

????????????????break; ??

????????????case?FD_CLOSE:?//?套接字的連接方(而非本地socket)關閉消息 ??

????????????????{ ??

????????????????} ??

????????????????break; ??

????????????default: ??

????????????????break; ??

????????????} ??

????????} ??

????????break; ??

????… ??

????} ??

????… ??

}??

以上就是非阻塞模式WinSock的應用框架，WSAAsyncSelect模型將套接字和Windows消息機制很好地粘合在一起，為用戶異步SOCKET應用提供了一種較優雅的解決方案。

擴展討論

???????? WinSock在系統底層為套接字收發網絡數據各提供一個緩沖區，接收到的網絡數據會緩存在這里等待應用程序讀取，待發送的網絡數據也會先寫進這里之后通過網絡發送。

相關的，針對FD_READ和FD_WRITE事件的讀寫處理，因涉及的內容稍微復雜而容易使人困惑，這里需要特別進行討論。

?????????在FD_READ事件中，使用recv()函數讀取網絡包數據時，由于事先并不知道完整網絡包的大小，所以需要多次讀取直到讀完整個緩沖區。這就需要類似如下代碼的調用：

view plaincopy to clipboardprint?

void*?buf?=?0; ??

int?size?=?0; ??

while?(true) ??

{ ??

????char?tmp[128]; ??

????int?bytes?=?recv(socket,?tmp,?128,?0); ??

????if?(bytes?<=?0) ??

????????break; ??

????else??

????{ ??

????????int?new_size?=?size?+?bytes; ??

????????buf?=?realloc(buf,?new_size); ??

????????memcpy((void*)(((char*)buf)?+?size),?tmp,?bytes); ??

????????size?=?new_size; ??

????} ??

} ??

//?此時數據已經從緩沖區全部拷貝到buf中，你可以在這里對buf做一些操作 ??

… ??

free(buf);??

?????????這一切看起來都沒有什么問題，但是如果程序運行起來，你會收到比預期多出許多的FD_READ事件。如MSDN所述，正常的情況下，應用程序應當為每一個FD_READ消息僅調用一次recv()函數。如果一個應用程序需要在一個FD_READ事件處理中調用多次recv()，那么它將會收到多個FD_READ消息，因為每次未讀完緩沖區的recv()調用，都會重新觸發一個FD_READ消息。針對這種情況，我們需要在讀取網絡包前關閉掉FD_READ消息通知，讀取完這后再進行恢復，關閉FD_READ消息的方法很簡單，只需要調用WSAAsyncSelect時參數lEvent中FD_READ字段不予設置即可。

view plaincopy to clipboardprint?

//?關閉FD_READ事件通知 ??

WSAAsyncSelect(socket,?hWnd,?message,?FD_WRITE?|?FD_CLOSE); ??

//?讀取網絡包 ??

… ??

//?再次打開FD_READ事件通知 ??

WSAAsyncSelect(socket,?hWnd,?message,?FD_WRITE?|?FD_CLOSE?|?FD_READ);??

?????????第二個需要討論的是FD_WRITE事件。這個事件指明緩沖區已經準備就緒，有了多出的空位可以讓應用程序寫入數據以供發送。該事件僅在兩種情況下被觸發：

1.?套接字剛建立連接時，表明準備就緒可以立即發送數據。

2.?一次失敗的send()調用后緩沖區再次可用時。如果系統緩沖區已經被填滿，那么此時調用send()發送數據，將返回SOCKET_ERROR，使用WSAGetLastError()會得到錯誤碼WSAEWOULDBLOCK表明被阻塞。這種情況下當緩沖區重新整理出可用空間后，會向應用程序發送FD_WRITE消息，示意其可以繼續發送數據了。

所以說收到FD_WRITE消息并不單純地等同于這是使用send()的唯一時機。一般來說，如果需要發送消息，直接調用send()發送即可。如果該次調用返回值為SOCKET_ERROR且WSAGetLastError()得到錯誤碼WSAEWOULDBLOCK，這意味著緩沖區已滿暫時無法發送，此刻我們需要將待發數據保存起來，等到系統發出FD_WRITE消息后嘗試重新發送。也就是說，你需要針對FD_WRITE構建一套數據重發的機制，文末的工程源碼里包含有這套機制以供大家參考，這里不再贅述。

結語

?????????至此，如何在非阻塞模式下使用WinSock進行編程介紹完畢，這個框架可以滿足大多數網絡游戲客戶端及部分服務器的通信需求。更多應用層面上的問題（如TCP粘包等）這里沒有討論，或許會在以后的文章中給出。

?????????文章相關工程源碼請移步此處下載http://download.csdn.net/source/2852485。該源碼展示了采用非阻塞模式編程的服務器和客戶端，建立連接后，在服務器窗口輸入空格會向所有客戶端發送一條字符串消息。源碼中對網絡通信部分做了簡單封裝，所以代碼結構會和文中的偽代碼稍有不同。

謝謝您的閱讀！

總結

以上是生活随笔為你收集整理的非阻塞模式WinSock编程入门的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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