SocketAPI，CAsyncSocket，CSocket內幕及其用法

SocketAPI，CAsyncSocket，CSocket內幕及其用法2010-04-20 14:46

Socket有同步阻塞方式和非同步非阻塞方式兩種使用，事實上同步和非同步在我們編程的生涯中可能遇到了很多，而Socket也沒什麼特別。雖然同步好用，不費勁，但不能滿足一些應用場合，其效率也很低。     也許初涉編程的人不能理解“同步(或阻塞)”和“非同步(或非阻塞)”，其實簡單兩句話就能講清楚，同步和非同步往往都是針對一個函數來說的，“同步”就是函數直到其要執行的功能全部完成時才返回，而“非同步”則是，函數僅僅做一些簡單的工作，然後馬上返回，而它所要實現的功能留給別的線程或者函數去完成。例如，SendMessage就是“同步”函數，它不但發送訊息到訊息佇列，還需要等待訊息被執行完才返回；相反PostMessage就是個非同步函數，它只管發送一個訊息，而不管這個訊息是否被處理，就馬上返回。 一、Socket API     首先應該知道，有Socket1.1提供的原始API函數，和Socket2.0提供的一組擴充函數，兩套函數。這兩套函數有重複，但是2.0提供的函數功能更強大，函數數量也更多。這兩套函數可以靈活混用，分別包含在標頭檔Winsock.h，Winsock2.h，分別需要引入庫 wsock32.lib、Ws2_32.lib。 1、預設用作同步阻塞方式，那就是當你從不調用WSAIoctl()和ioctlsocket()來改變Socket IO模式，也從不調用WSAAsyncSelect()和WSAEventSelect()來選擇需要處理的Socket事件。正是由於函數accept ()，WSAAccept()，connect()，WSAConnect()，send()，WSASend()，recv()，WSARecv()等函數被用作阻塞方式，所以可能你需要放在專門的線程裡，這樣以不影響主程式的運行和主視窗的重新整理。 2、如果作為非同步用，那麼程式主要就是要處理事件。它有兩種處理事件的辦法：     第一種，它常關聯一個視窗，也就是非同步Socket的事件將作為訊息發往該視窗，這是由WinSock擴充規範裡的一個函數WSAAsyncSelect()來實現和視窗關聯。最終你只需要處理視窗訊息，來收發資料。    第二種，用到了擴充規範裡另一個關於事件的函數WSAEventSelect()，它是用事件對象的方式來處理Socket事件，也就是，你必須首先用 WSACreateEvent()來建立一個事件對象，然後調用WSAEventSelect()來使得Socket的事件和這個事件對象關聯。最終你將要在一個線程裡用WSAWaitForMultipleEvents()來等待這個事件對象被觸發。這個過程也稍顯複雜。 二、CAsyncSocket     看類名就知道，它是一個非同步非阻塞Socket封裝類，CAsyncSocket::Create()有一個參數指明了你想要處理哪些Socket事件，你關心的事件被指定以後，這個Socket預設就被用作了非同步方式。那麼CAsyncSocket內部到底是如何將事件交給你的呢？     CAsyncSocket的Create()函數，除了建立了一個SOCKET以外，還建立了個CSocketWnd視窗對象，並使用 WSAAsyncSelect()將這個SOCKET與該視窗對象關聯，以讓該視窗對象處理來自Socket的事件(訊息)，然而CSocketWnd收到Socket事件之後，只是簡單地回調CAsyncSocket::OnReceive()，CAsyncSocket::OnSend()， CAsyncSocket::OnAccept()，CAsyncSocket::OnConnect()等虛函數。所以CAsyncSocket的衍生類別，只需要在這些虛函數裡添加發送和接收的代碼。 簡化後，大致的代碼為： bool CAsyncSocket::Create( long lEvent ) file://參數lEvent是指定你所關心的Socket事件 {    m_hSocket = socket( PF_INET, SOCK_STREAM, 0 ); //建立Socket本身    CSocketWnd* pSockWnd = new CSocketWnd; //建立響應事件的視窗，實際的這個視窗在AfxSockInit()調用時就被建立了。    pSockWnd->Create(...);    WSAAsyncSelect( m_hSocket, pSockWnd->m_hWnd, WM_SOCKET_NOTIFY, lEvent ); //Socket事件和視窗關聯 } static void PASCAL CAsyncSocket::DoCallBack(WPARAM wParam, LPARAM lParam) {    CAsyncSocket Socket;    Socket.Attach( (SOCKET)wParam ); wParam就是觸發這個事件的Socket的控制代碼    int nErrorCode = WSAGETSELECTERROR(lParam); lParam是錯誤碼與事件碼的合成    switch (WSAGETSELECTEVENT(lParam))    {    case FD_READ:     pSocket->OnReceive(nErrorCode);     break;    case FD_WRITE:     pSocket->OnSend(nErrorCode);     break;    case FD_OOB:     pSocket->OnOutOfBandData(nErrorCode);     break;    case FD_ACCEPT:     pSocket->OnAccept(nErrorCode);     break;    case FD_CONNECT:     pSocket->OnConnect(nErrorCode);     break;    case FD_CLOSE:     pSocket->OnClose(nErrorCode);     break;    } } CSocketWnd類大致為： BEGIN_MESSAGE_MAP(CSocketWnd, CWnd)    ON_MESSAGE(WM_SOCKET_NOTIFY, OnSocketNotify) END_MESSAGE_MAP() LRESULT CSocketWnd::OnSocketNotify(WPARAM wParam, LPARAM lParam) {    CAsyncSocket::DoCallBack( wParam, lParam ); //收到Socket事件訊息，回調CAsyncSocket的DoCallBack()函數    return 0L; } 然而，最不容易被初學Socket編程的人理解的，也是本文最要提醒的一點是，客戶方在使用CAsyncSocket::Connect() 時，往往返回一個WSAEWOULDBLOCK的錯誤(其它的某些函數調用也如此)，實際上這不應該算作一個錯誤，它是Socket提醒我們，由於你使用了非阻塞Socket方式，所以(串連)操作需要時間，不能瞬間建立。既然如此，我們可以等待呀，等它串連成功為止，於是許多程式員就在調用 Connect()之後，Sleep(0)，然後不停地用WSAGetLastError()或者CAsyncSocket::GetLastError ()查看Socket返回的錯誤，直到返回成功為止。這是一種錯誤的做法，斷言，你不能達到預期目的。事實上，我們可以在Connect()調用之後等待 CAsyncSocket::OnConnect()事件被觸發，CAsyncSocket::OnConnect()是要表明Socket要麼串連成功了，要麼串連徹底失敗了。至此，我們在CAsyncSocket::OnConnect()被調用之後就知道是否Socket串連成功了，還是失敗了。 類似的，Send()如果返回WSAEWOULDBLOCK錯誤，我們在OnSend()處等待，Receive()如果返回WSAEWOULDBLOCK錯誤，我們在OnReceive()處等待，以此類推。 還有一點，也許是個痛點，那就是在客戶方調用Connect()串連服務方，那麼服務方如何Accept()，以建立串連的問題。簡單的做法就是在監聽的Socket收到OnAccept()時，用一個新的CAsyncSocket對象去建立串連，例如： void CMySocket::OnAccept( int ErrCode ) {        CMySocket* pSocket = new CMySocket;        Accept( *pSocket ); }     於是，上面的pSocket和客戶方建立了串連，以後的通訊就是這個pSocket對象去和客戶方進行，而監聽的Socket仍然繼續在監聽，一旦又有一個客戶方要串連服務方，則上面的OnAccept()又會被調用一次。當然pSocket是和客戶方通訊的服務方，它不會觸發OnAccept()事件，因為它不是監聽Socket。 三、CSocket    CSocket是MFC在CAsyncSocket基礎上派生的一個同步阻塞Socket的封裝類。它是如何又把CAsyncSocket變成同步的，而且還能響應同樣的Socket事件呢？    其實很簡單，CSocket在Connect()返回WSAEWOULDBLOCK錯誤時，不是在OnConnect()，OnReceive()這些事件終端函數裡去等待。你先必須明白Socket事件是如何到達這些事件函數裡的。這些事件處理函數是靠CSocketWnd視窗對象回調的，而視窗對象收到來自Socket的事件，又是靠線程訊息佇列分發過來的。總之，Socket事件首先是作為一個訊息發給CSocketWnd視窗對象，這個訊息肯定需要經過線程訊息佇列的分發，最終CSocketWnd視窗對象收到這些訊息就調用相應的回呼函數(OnConnect()等)。    所以，CSocket在調用Connect()之後，如果返回一個WSAEWOULDBLOCK錯誤時，它馬上進入一個訊息迴圈，就是從當前線程的訊息佇列裡取關心的訊息，如果取到了WM_PAINT訊息，則重新整理視窗，如果取到的是Socket發來的訊息，則根據Socket是否有操作錯誤碼，調用相應的回呼函數(OnConnect()等)。 大致的簡化代碼為： BOOL CSocket::Connect( ... ) {    if( !CAsyncSocket::Connect( ... ) )    {     if( WSAGetLastError() == WSAEWOULDBLOCK ) file://由於非同步作業需要時間，不能立即完成，所以Socket返回這個錯誤     {      file://進入訊息迴圈，以從線程訊息佇列裡查看FD_CONNECT訊息，直到收到FD_CONNECT訊息，認為串連成功。      while( PumpMessages( FD_CONNECT ) );     }    } } BOOL CSocket::PumpMessages( UINT uEvent ) {       CWinThread* pThread = AfxGetThread();       while( bBlocking ) file://bBlocking僅僅是一個標誌，看使用者是否取消對Connect()的調用       {           MSG msg;           if( PeekMessage( &msg, WM_SOCKET_NOTIFY ) )           {              if( msg.message == WM_SOCKET_NOTIFY && WSAGETSELECTEVENT(msg.lParam) == uStopFlag )              {                  CAsyncSocket::DoCallBack( msg.wParam, msg.lParam );                  return TRUE;              }              }          else         {              OnMessagePending(); file://處理訊息佇列裡的其它訊息              pThread->OnIdle(-1);         }      } } BOOL CSocket::OnMessagePending() {       MSG msg;        if( PeekMessage( &msg, NULL, WM_PAINT, WM_PAINT, PM_REMOVE ) )        { file://這裡僅關心WM_PAINT訊息，以處理阻塞期間的主視窗重畫            ::DispatchMessage( &msg );            return FALSE;        }        return FALSE; }    其它的CSocket函數，諸如Send()，Receive()，Accept()都在收到WSAEWOULDBLOCK錯誤時，進入 PumpMessages()訊息迴圈，這樣一個原本非同步CAsyncSocket，到了衍生類別CSocket，就變成同步的了。 明白之後，我們可以對CSocket應用自如了。比如有些程式員將CSocket的操作放入一個線程，以實現多線程的非同步Socket(通常，同步+多線程 相似於 非同步 )。 四、CSocketFile 另外，進行Socket編程，不能不提到CSocketFile類，其實它並不是用來在Socket雙方傳送檔案的，而是將需要序列化的資料，比如一些結構體資料，傳給對方，這樣，程式的CDocument()的序列化函數就完全可以和CSocketFile 聯絡起來。例如你有一個CMyDocument實現了Serialize()，你可以這樣來將你的文檔資料傳給Socket的另一方： CSocketFile file( pSocket ); CArchive ar( &file, CArchive::store ); pDocument->Serialize( ar ); ar.Close(); 同樣，接收一方可以只改變上面的代碼為CArchive ar( &file, CArchive::load );即可。    注意到，CSocketFile類雖然從CFile派生，但它屏蔽掉了CFile::Open()等函數，而函數裡僅扔出一個例外。那麼也就是說，你不能調用CSocketFile的Open函數來開啟一個實實在在的檔案，否則會導致例外，如果你需要利用CSocketFile來傳送檔案，你必須提供 CSocketFile類的這些函數的實現。 再一點，CArchive不支援在datagram的Socket串連上序列化資料。 -=-=-=- 找了好些文章，感覺這篇挺容易懂的。原本WinSock API是同步模式，如果網路出了問題或者其它原因他會一直阻塞，原因就是太過簡單的同步模式，它是讓像send()這樣的調用一直處於線程掛起狀態，英特網上的通訊可不像在PC裡CPU跟外設的通訊一樣簡單，比如我們開啟一個網頁，不可能一下就開啟，阻塞是常有的事，很多時候我們都在等，等待你的PC連到外面集線器的那根線上什麼時候有訊號過來，事實是這樣，需要等待，但是我們不能讓線程傻傻地等待，採用多線程的方法，讓另外一個線程等待，設定逾時計時器等等方法，讓原來的線程可以幹別的事，比如寫一行字‘正在串連。。。’，這就是非同步方式，CAsyncSocket就是個比較好的非同步方式封裝。