CSocket 編程之阻塞和非阻塞模式

有時，花上幾個小時閱讀、調試、跟蹤優秀的源碼程式，能夠更快地掌握某些技術關鍵點和精髓。當然，前提是對這些技術大致上有一個瞭解。

　　我通過幾個採用 CSocket 類編寫並基於 Client/Server （用戶端 / 服務端）的網路聊天和傳輸檔案的程式 ( 詳見： 原始碼參考 ) ，在調試這些程式的過程中，追蹤深入至 CSocket 類核心源碼 Sockcore.cpp ， 對於CSocket 類的運行機制可謂是一覽無遺，並且對於阻塞和非阻塞方式下的 socket 程式的編寫也是稍有體會。

閱讀本文請先注意：

　　這裡的阻塞和非阻塞的概念僅適用於 Server 端 socket 程式。socket 意為通訊端，它與 Socket 不同，請注意首字母的大小寫。

　　用戶端與服務端的通訊簡單來講：服務端 socket 負責監聽，應答，接收和發送訊息，而用戶端 socket 只是串連，應答，接收，發送訊息。此外，如果你對於採用 CSocket 類編寫 Client/Server 網路程式的原理不是很瞭解，請先查詢一下（ 詳見：參考書籍和線上協助 ）。
在此之前，有必要先講述一下： 網路傳輸服務提供者， ws2_32.dll ， socket 事件 和 socket window 。

1、網路傳輸服務提供者（網路傳輸服務進程）， Socket 事件， Socket Window

　　網路傳輸服務提供者 （ transport service provider ）是以 DLL 的形式存在的，在 windows 作業系統啟動時由服務進程 svchost.exe 載入。當 socket 被建立時，調用 API 函數 Socket （在 ws2_32.dll 中）， Socket 函數會傳遞三個參數 : 地址族，通訊端類型 ( 注 2 ) 和協議，這三個參數決定了是由哪一個類型的 網路傳輸服務提供者 來啟動網路傳輸服務功能。所有的網路通訊正是由網路傳輸服務提供者完成 , 這裡將 網路傳輸服務提供者 稱為 網路傳輸服務進程 更有助於理解，因為前文已提到 網路傳輸服務提供者 是由 svchost.exe 服務進程所載入的。
　　描述了網路應用程式、 CSocket （ WSock32.dll ）、 Socket API(ws2_32.dll) 和 網路傳輸服務進程 之間的介面層次關係：

　　當 Client 端 socket 與 Server 端 socket 相互連信時，兩端均會觸發 socket 事件。這裡僅簡要說明兩個 socket 事件：

　　FD_CONNECT: 串連事件 , 通常 Client 端 socket 調用 socket API 函數 Connect 時所觸發，這個事件發生在 Client 端。

　　FD_ACCEPT ：正在引入的串連事件，通常 Server 端 socket 正在接收來自 Client 端 socket 串連時觸發，這個事件發生在 Server 端。

　　網路傳輸服務進程 將 socket 事件 儲存至 socket 的事件隊列中。此外， 網路傳輸服務進程 還會向 socket window 發送訊息 WM_SOCKET_NOTIFY , 通知有 socket 事件 產生，見下文對 socket window 的詳細說明。

　　調用 CSocket::Create 函數後，socket 被建立。 socket 建立過程中調用 CAsyncSocket::AttachHandle(SOCKET hSocket, CAsyncSocket* pSocket, BOOL bDead) 。該函數的作用是： 將 socket 執行個體控制代碼和 socket 指標添加至 當前模組狀態 （ 注 1 ）的一個映射表變數 m_pmapSocketHandle 中。

　　在 AttachHandle 過程中，會 new 一個 CSocketWnd 執行個體 ( 基於 CWnd 派生 ) ，這裡將這個執行個體稱之為 socket window ，進一步理解為它是存放所有 sockets 的訊息池 （ window 訊息），請仔細查看，這裡 socket 後多加了一個 s ，表示建立的多個 socket 將共用一個 訊息池 。

　　當 Client 端 socket 與 Server 端相互連信時 , 此時 網路傳輸服務進程 向 socket window 發送訊息 WM_SOCKET_NOTIFY ，需要說明的是 CSocketWnd 視窗控制代碼儲存在 當前模組狀態 的 m_hSocketWindow 變數中。

2、阻塞模式

　　阻塞模式下 Server 端與 Client 端之間的通訊處於同步狀態下。在 Server 端直接執行個體化 CSocket 類，調用 Create 方法建立 socket ，然後調用方法 Listen 開始偵聽，最後用一個 while 迴圈阻塞調用 Accept 函數用於等待來自 Client 端的串連，如果這個 socket 在主線程（主程式）中運行，這將導致主線程的阻塞。因此，需要建立一個新的線程以運行 socket 服務。
調試跟蹤至 CSocket::Accept 函數源碼：

while(!Accept(...))
{
　　　　　// The socket is marked as nonblocking and no connections are present to be accepted.
if (GetLastError() == WSAEWOULDBLOCK) 　PumpMessage(FD_ACCEPT);
else
return FALSE;
}

　　它不斷調用 CAsyncSocket::Accept （ CSocket 派生自 CAsyncSocket 類）判斷 Server 端 socket 的事件隊列中是否存在正在引入的串連事件 - FD_ACCEPT （見 1 ），換句話說，就是判斷是否有來自 Client 端 socket 的串連請求。

　　如果當前 Server 端 socket 的事件隊列中存在正在引入的串連事件， Accept 返回一個非 0 值。否則， Accept 返回 0，此時調用 GetLastError 將返回錯誤碼 WSAEWOULDBLOCK ，表示隊列中無任何串連請求。注意到在迴圈體內有一句代碼： PumpMessage(FD_ACCEPT);

　　PumpMessage 作為一個訊息泵使得 socket window 中的訊息能夠維持在活動狀態。實際跟蹤進入 PumpMessage 中，發現這個訊息泵與 Accept 函數的調用並不相關，它只是使很少的 socket window 訊息（典型的是 WM_PAINT 視窗重繪訊息）處於活動狀態，而絕大部分的 socket window 訊息被阻塞，被阻塞的訊息中含有 WM_SOCKET_NOTIFY。

　　很顯然，如果沒有來自 Client 端 socket 的串連請求， CSocket 就會不斷調用 Accept 產生迴圈阻塞，直到有來自 Client 端 socket 的串連請求而解除阻塞。

　　阻塞解除後，表示 Server 端 socket 和 Client 端 socket 已成功串連， Server 端與 Client 端彼此相互調用 Send 和 Receive 方法開始通訊。

3、非阻塞模式

　　在非阻塞模式下 利用 socket 事件 的訊息機制， Server 端與 Client 端之間的通訊處於非同步狀態下。

　　通常需要從 CSocket 類派生一個新類，派生新類的目的是重載 socket 事件 的訊息函數，然後在 socket 事件 的訊息函數中添入合適的代碼以完成 Client 端與 Server 端之間的通訊，與阻塞模式相比，非阻塞模式無需建立一個新線程。

　　這裡將討論當 Server 端 socket 事件 － FD_ACCEPT 被觸發後，該事件的處理函數 OnAccept 是如何進一步被觸發的。其它事件的處理函數如 OnConnect, OnReceive 等的觸發方式與此類似。

　　在 1 中已提到 Client/Server 端通訊時， Server 端 socket 正在接收來自 Client 端 socket 串連請求，這將會觸發 FD_ACCEPT 事件，同時 Server 端的 網路傳輸服務進程 向 Server 端的 socket window (CSocketWnd ）發送事件通知訊息 WM_SOCKET_NOTIFY , 通知有 FD_ACCEPT 事件產生 , CsocketWnd 在收到事件通知訊息後，調用訊息處理函數 OnSocketNotify:

LRESULT CSocketWnd::OnSocketNotify(WPARAM wParam, LPARAM lParam)
{
CSocket::AuxQueueAdd(WM_SOCKET_NOTIFY, wParam, lParam);
CSocket::ProcessAuxQueue();
return 0L ;
}

　　訊息參數 wParam 是 socket 的控制代碼， lParam 是 socket 事件 。這裡稍作解釋一下，CSocketWnd 類是作為 CSocket 類的 友元類 ，這意味著它可以訪問 CSocket 類中的保護和私人成員函數和變數， AuxQueueAdd 和 ProcessAuxQueue 是 CSocket 類的靜態成員函數，如果你對友元不熟悉，請迅速找本有關 C++ 書看一下友元的使用方法吧！

　　ProcessAuxQueue 是實質處理 socket 事件的函數，在該函數中有這樣一句代碼： CAsyncSocket* pSocket = CAsyncSocket::LookupHandle((SOCKET)wParam, TRUE);

　　其實也就是由 socket 控制代碼得到發送事件通知訊息的 socket 指標 pSocket：從 m_pmapSocketHandle 中尋找！

　　最後， WSAGETSELECTEVENT(lParam) 會取出事件類型，在一個簡單的 switch 語句中判斷事件類型並呼叫事件處理函數。在這裡，事件類型是 FD_ACCEPT ，當然就調用 pSocket->OnAccept ！

結束語

　　Server 端 socket 處於阻塞調用模式下，它必須在一個新建立的線程中工作，防止主線程被阻塞。

　　當有多個 Client 端 socket 與 Server 端 socket 串連及通訊時， Server 端採用阻塞模式就顯得不適合了，應該採用非阻塞模式 , 利用 socket 事件 的訊息機制來接受多個 Client 端 socket 的串連請求並進行通訊。

　　在非阻塞模式下，利用 CSocketWnd 作為所有 sockets 的訊息池，是實現 socket 事件 的訊息機制的關鍵技術。文中存在用詞不妥和可能存在的技術問題，請大家原諒，也請批評指正，謝謝！

註：

　　當前模組狀態——用於儲存當前線程和模組狀態的一個結構，可以通過 AfxGetThreadModule() 獲得。AFX_MODULE_THREAD_STATE 在 CSocket 重新定義為 _AFX_SOCK_THREAD_STATE 。

　　socket 類型——在 TCP/IP 協議中， Client/Server 網路程式採用 TCP 協議：即 socket 類型為 SOCK_STREAM ，它是可靠的串連方式。在這裡不採用 UDP 協議：即 socket 類型為 SOCK_DGRAM ，它是不可靠的串連方式。