Sockets(套接字)

套接字為通信的端點。通過網絡通信的每對進程需要使用一對套接字。

套接字組成: IP地址 + 端口號

套接字采用客戶機——服務器架構。

服務器通過監聽指定端口，來等待客戶請求。

實現特定服務的服務器監聽眾所周知的端口:

• telent服務器端口,23
• ftp服務器監聽端口,21
• web或http服務器,80

所有低于1024的端口都是眾所周知的。

客戶端

發出請求Socket: 客戶端IP + 大于1024且唯一的端口號。 例如: 146.86.5.20:1625 所有連接都必須是唯一的，當另一個進程與同一個服務器建立連接時，應該被分配大于1024且不等于1625的端口。

IP 127.0.0.1為特殊IP，回送(loopback),它引用自己，這一機制允許同一主機的客戶機和服務器可以通過TCP/IP協議進行通信。

BSD Sockts API

伯克利套接字(Berkeley sockets)定義了一組用于進程間Sockets通信的通用API,sockets的實現依賴于不同的操作系統各有所不同，在實現了BSD Sockets接口的操作系統上，就可以很方便地移植采用BSD Sockets API的應用程序。所有現代操作系統都實現了BSD Sockets。

常用API:

• socket() 創建Socket,分配一些系統資源。
• bind() 通常用于服務端，將一個socket和一個socket地址結構關聯，它指定了本地IP地址和端口號,可設定為綁定到本機的任何IP。
• listen() 用在服務端，使得一個被綁定的TCP socket進入監聽狀態。
• connect() 用在客戶端，分配給Socket一個空閑的端口號，對于TCP Socket,還會嘗試建立一個新的TCP連接。
• accept() 用在服務端，它接受來自遠程客戶端的創建TCP連接的請求(connect)，并創建一個新的Socket來表示這次連接兩端的Sockets。
• send(), recv(), sendto(), and recvfrom() 用于發送和接收數據，標準IO函數write()和read()也可以使用。
• close() 使系統釋放一個socket的資源，在TCP下，連接會終止。
• gethostbyname() and gethostbyaddr() 用于獲取host名字和地址。僅在IPv4下可用。
• select() 用于掛起，等待列表中的一個或多個套接字準備好讀取或寫入或出現錯誤。
• poll() 檢查在socket集合中的一個socket的狀態。這個集合可以被測試是否有socket可以被寫入或讀出或出現錯誤。
• getsockopt() 獲取一個socket的的指定socket 選項的當前值。
• setsockopt() 設置一個socket的指定socket選項的值。

UE4 Sockets

UE4針對眾多不同的操作系統的不同的Socket實現提供了同一的Socket編程接口。由于幾乎所有操作系統都實現了BSD socket接口，利用這一點可以方便地統一一些基本的Socket接口。同時，不同的操作系統也提供了一些差異化的操作，這些操作由ISocketSubsystem定義。

class FSocket

這個類定義了類似于BSD socket API 的抽象接口。包括:

Close(),Bind(),Listen(), Connect(),Accept(),Send(),Recv(),等操作。

此外，還有一些便利操作:

WaitForPendingConnection(),HasPendingConnection(),可判斷是否有連接請求。 HasPendingData(),查詢是否有即將到來的數據可以接收。 RecvMulti(),一次讀取多個數據包，

還有許多其它操作...

class FSocketBSD

FSocketBSD繼承自FSocket，它實現了所有FSocket的接口，跨平臺的操作就是在這里實現的。

首先會通過PLATFORM_HAS_BSD_SOCKETS判斷當前平臺是否支持BSD socket接口，以決定是否定義FSocketBSD類。

在BSDSockets/SocketSubsystemBSDPrivate.h文件中，根據不同的平臺包含不同平臺的BSD socket API實現頭文件。并統一原始Socket對象的類型為SOCKET，這一類型在WinSock中有定義:

typedef UINT_PTR SOCKET;

但在其它平臺則沒有，比如在Unix系統下就直接用的int類型表示socket對象指針。所以在其它情況下還會加上一些類型別名：

typedef int32 SOCKET;// ... ...

它的幾個成員變量:

/** Holds the BSD socket object. */SOCKET Socket;/** Last activity time. */double LastActivityTime;/** Pointer to the subsystem that created it. */ISocketSubsystem* SocketSubsystem;

其中SocketSubsystem表示的是創建這個FSocketBSD的子系統，其中定義的是平臺特異的操作。

class ISocketSubsystem

這是抽象平臺特異的sockets API的基本接口。其功能有:

• Get(const FName&) 獲取指定平臺的ISocketSubsystem單例。
• 不同平臺的初始化操作
• 創建和銷毀Sockets。
• Host name 到IP address 的域名解析。包括異步的域名解析。
• 創建恰當的FInternetAddr表示。
• CreateRecvMulti()
• TMap<FString, TSharedPtr<FInternetAddr> > HostNameCache; host Name的緩存

class FSocketSubsystemBSD

此外，它還派生出FSocketSubsystemBSD對應于FSocketBSD。它實現了標準的BSD支持的一些socket 子系統的操作。

也是在這里，實現了CreateSocket(), 其中也是調用了平臺特異的BSD socket API socket()實現的。先通過平臺特異的原始socket()構造函數創建SOCKET，這一步其實將所有支持BSD socket API 的操作系統都考慮了進去，再進一步創建FSocketBSD，最后根據ISocketSubsystem定義的接口，返回FSocket.

Observe

UE 定義的這一Socket模塊，大體上分兩個主要的繼承線路，一個是FSocket是表示通信的一端的socket，定義了BSD 中的常規操作，以及一些額外的便利操作(RecvMulti())。另一條是ISocketSubsystem,這是抽象平臺特異的功能的基本接口，同時也負責FSocket對象的創建，域名解析等其它功能。

通常情況下，下一步就可以是各個平臺的FSocket 和ISocketSubsystem的派生實現了，但是，考慮到幾乎所有操作系統都實現了BSD socket API，所以先加了一層FSocketBSD和FSocketSubsystemBSD，也是在這里,兩者產生了直接引用，FSocketBSD保存了一個ISocketSubsystem指針。這一層其實已經實現了絕大部分的功能。

再往后就是每個平臺的繼承和實現，大多數只是Subsystem部分的Create(),Init()等操作，部分的FSocketBSD有繼承下來改動Multi相關的操作。

ISocketSubsystem::Get()獲取不同平臺的單例ISocketSubsystem實例,在其上進一步調用CreateSocket創建FSocket.

UE4 采用Module來管理不同的平臺ISocketSubsystem的創建和銷毀。FSocketSubsystemWindows調用CreateSocketSubsystem和DestroySocketSubsystem來創建和銷毀子系統。這兩個函數extern 聲明在SocketSubsystem.cpp中，而對應對每個平臺的Subsystem類的cpp文件中都實現了這兩個函數.

因此,Socket模塊總的使用流程是：

ISocketSubsystem::Get(const FName& SubsystemName)獲取一個指定平臺Name的子系統。

ISocketSubsystem::Get中定義了一個靜態結構體變量,它只有一個成員FSocketSubsystemModule，在這個靜態變量初始化的時候，用FModuleManager::LoadModuleChecked<FSocketSubsystemModule>("Sockets")的返回值初始化FSocketSubsystemModule成員變量。最后返回GetSocketSubsystem(SubsystemName)的返回值。

FSocketSubsystemModule在加載時就會初始化一個默認的子系統，通過直接調用CreateSocketSubsystem( *this )構建一個默認子系統,至于調用的是什么平臺的實現版本，是由什么決定的?

在獲取到了一個ISocketSubsystem后，就可以調用ISocketSubsystem::CreateSocket創建一個相關平臺的Socket,這個Socket的動態類型可能是FSocketBSD，也可能是相關平臺定義的子類比如FSocketBSDIOS,這又取決于這個子系統的動態類型，最終又取決于調用ISocketSubsystem的靜態函數Get時的參數SubsystemName通常應該是此時運行的平臺。

Reference:

• UE 4.23 Sockets模塊源碼.

總結

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