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Socket API,CAsyncSocket,CSocket内幕及其用法 (转)

原创 Linux操作系统 作者:蝈蝈天地 时间:2009-03-19 09:14:20 0 删除 编辑
Socket API,CAsyncSocket,CSocket内幕及其用法 (转)

  Socket有同步阻塞方式和异步非阻塞方式两种使用,事实上同步和异步在我们编程的生涯中可能遇到了很多,而Socket也没什么特别。虽然同步好用,不费劲,但不能满足一些应用场合,其效率也很低。
  也许初涉编程的人不能理解“同步(或阻塞)”和“异步(或非阻塞)”,其实简单两句话就能讲清楚,同步和异步往往都是针对一个函数来说的,“同步”就是函数直到其要执行的功能全部完成时才返回,而“异步”则是,函数仅仅做一些简单的工作,然后马上返回,而它所要实现的功能留给别的线程或者函数去完成。例如,SendMessage就是“同步”函数,它不但发送消息到消息队列,还需要等待消息被执行完才返回;相反PostMessage就是个异步函数,它只管发送一个消息,而不管这个消息是否被处理,就马上返回。

一、Socket api
  首先应该知道,有Socket1.1提供的原始API函数,和Socket2.0提供的一组扩展函数,两套函数。这两套函数有重复,但是2.0提供的函数功能更强大,函数数量也更多。这两套函数可以灵活混用,分别包含在头文件Winsock.h,Winsock2.h,分别需要引入库wsock32.lib、Ws2_32.lib。

1、默认用作同步阻塞方式,那就是当你从不调用WSAIoctl()和ioctlsocket()来改变Socket IO模式,也从不调用WSAAsyncselect()和WSAEventSelect()来选择需要处理的Socket事件。正是由于函数accept(),WSAAccept(),connect(),WSAConnect(),send(),WSASend(),recv(),WSARecv()等函数被用作阻塞方式,所以可能你需要放在专门的线程里,这样以不影响主程序的运行和主窗口的刷新。
2、如果作为异步用,那么程序主要就是要处理事件。它有两种处理事件的办法:
  第一种,它常关联一个窗口,也就是异步Socket的事件将作为消息发往该窗口,这是由WinSock扩展规范里的一个函数WSAAsyncSelect()来实现和窗口关联。最终你只需要处理窗口消息,来收发数据。
 第二种,用到了扩展规范里另一个关于事件的函数WSAEventSelect(),它是用事件对象的方式来处理Socket事件,也就是,你必须首先用WSACreateEvent()来创建一个事件对象,然后调用WSAEventSelect()来使得Socket的事件和这个事件对象关联。最终你将要在一个线程里用WSAWaitForMultipleEvents()来等待这个事件对象被触发。这个过程也稍显复杂。
二、CAsyncSocket
  看类名就知道,它是一个异步非阻塞Socket封装类,CAsyncSocket::Create()有一个参数指明了你想要处理哪些Socket事件,你关心的事件被指定以后,这个Socket默认就被用作了异步方式。那么CAsyncSocket内部到底是如何将事件交给你的呢?
  CAsyncSocket的Create()函数,除了创建了一个SOCKET以外,还创建了个CSocketWnd窗口对象,并使用WSAAsyncSelect()将这个SOCKET与该窗口对象关联,以让该窗口对象处理来自Socket的事件(消息),然而CSocketWnd收到Socket事件之后,只是简单地回调CAsyncSocket::OnReceive(),CAsyncSocket::OnSend(),CAsyncSocket::OnAccept(),CAsyncSocket::OnConnect()等虚函数。所以CAsyncSocket的派生类,只需要在这些虚函数里添加发送和接收的代码。
 
 简化后,大致的代码为:
 bool CAsyncSocket::Create( long lEvent ) file://参数lEvent是指定你所关心的Socket事件
 {
 m_hSocket = socket( PF_.NET, SOCK_STREAM, 0 ); file://创建Socket本身

 CSocketWnd* pSockWnd = new CSocketWnd; file://创建响应事件的窗口,实际的这个窗口在AfxSockInit()调用时就被创建了。
 pSockWnd->Create(...);

 WSAAsyncSelect( m_hSocket, pSockWnd->m_hWnd, WM_SOCKET_NOTIFY, lEvent ); file://Socket事件和窗口关联
 }
 
 static void PASCAL CAsyncSocket::DoCallBack(WPARAM wParam, LPARAM lParam)
 {
 CAsyncSocket Socket;
 Socket.Attach( (SOCKET)wParam ); file://wParam就是触发这个事件的Socket的句柄
 int nErrorCode = WSAGETSELECTERROR(lParam); file://lParam是错误码与事件码的合成
 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类大致为:

 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 ); file://收到Socket事件消息,回调CAsyncSocket的DoCallBack()函数
 return 0L;
 }

 然而,最不容易被初学Socket编程的人理解的,也是本文最要提醒的一点是,客户方在使用CAsyncSocket::Connect()时,往往返回一个WSAEWOULdbLOCK的错误(其它的某些函数调用也如此),实际上这不应该算作一个错误,它是Socket提醒我们,由于你使用了非阻塞Socket方式,所以(连接)操作需要时间,不能瞬间建立。既然如此,我们可以等待呀,等它连接成功为止,于是许多程序员就在调用Connect()之后,Sleep(0),然后不停地用WSAGetLastError()或者CAsyncSocket::GetLastError()查看Socket返回的错误,直到返回成功为止。这是一种错误的做法,断言,你不能达到预期目的。事实上,我们可以在Connect()调用之后等待CAsyncSocket::OnConnect()事件被触发,CAsyncSocket::OnConnect()是要表明Socket要么连接成功了,要么连接彻底失败了。至此,我们在CAsyncSocket::OnConnect()被调用之后就知道是否Socket连接成功了,还是失败了。
 类似的,Send()如果返回WSAEWOULDBLOCK错误,我们在OnSend()处等待,Receive()如果返回WSAEWOULDBLOCK错误,我们在OnReceive()处等待,以此类推。
 还有一点,也许是个难点,那就是在客户方调用Connect()连接服务方,那么服务方如何Accept(),以建立连接的问题。简单的做法就是在监听的Socket收到OnAccept()时,用一个新的CAsyncSocket对象去建立连接,例如:

 void CMySocket::OnAccept( int ErrCode )
 {
  CMySocket* pSocket = new CMySocket;
  Accept( *pSocket );
 }
  于是,上面的pSocket和客户方建立了连接,以后的通信就是这个pSocket对象去和客户方进行,而监听的Socket仍然继续在监听,一旦又有一个客户方要连接服务方,则上面的OnAccept()又会被调用一次。当然pSocket是和客户方通信的服务方,它不会触发OnAccept()事件,因为它不是监听Socket。

三、CSocket
  CSocket是MFC在CAsyncSocket基础上派生的一个同步阻塞Socket的封装类。它是如何又把CAsyncSocket变成同步的,而且还能响应同样的Socket事件呢?
 其实很简单,CSocket在Connect()返回WSAEWOULDBLOCK错误时,不是在OnConnect(),OnReceive()这些事件终端函数里去等待。你先必须明白Socket事件是如何到达这些事件函数里的。这些事件处理函数是靠CSocketWnd窗口对象回调的,而窗口对象收到来自Socket的事件,又是靠线程消息队列分发过来的。总之,Socket事件首先是作为一个消息发给CSocketWnd窗口对象,这个消息肯定需要经过线程消息队列的分发,最终CSocketWnd窗口对象收到这些消息就调用相应的回调函数(OnConnect()等)。
  所以,CSocket在调用Connect()之后,如果返回一个WSAEWOULDBLOCK错误时,它马上进入一个消息循环,就是从当前线程的消息队列里取关心的消息,如果取到了WM_PAINT消息,则刷新窗口,如果取到的是Socket发来的消息,则根据Socket是否有操作错误码,调用相应的回调函数(OnConnect()等)。
 大致的简化代码为:

 BOOL CSocket::Connect( ... )
 {
 if( !CAsyncSocket::Connect( ... ) )
 {
 if( WSAGetLastError() == WSAEWOULDBLOCK ) file://由于异步操作需要时间,不能立即完成,所以Socket返回这个错误
 {
 file://进入消息循环,以从线程消息队列里查看FD_CONNECT消息,直到收到FD_CONNECT消息,认为连接成功。
 while( PumpMessages( FD_CONNECT ) );
 }
 }
 }
 BOOL CSocket::PumpMessages( UINT uEvent )
 {
  CWinThread* pThread = AfxGetThread();
  while( bBlocking ) file://bBlocking仅仅是一个标志,看用户是否取消对Connect()的调用
  {
  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://处理消息队列里的其它消息
  pThread->OnIdle(-1);
 }
  }
 }
 BOOL CSocket::OnMessagePending()
 {
  MSG msg;
  if( PeekMessage( &msg, NULL, WM_PAINT, WM_PAINT, PM_REMOVE ) )
  { file://这里仅关心WM_PAINT消息,以处理阻塞期间的主窗口重画
    ::DispatchMessage( &msg );
    return FALSE;
  }
  return FALSE;
 }

  其它的CSocket函数,诸如Send(),Receive(),Accept()都在收到WSAEWOULDBLOCK错误时,进入PumpMessages()消息循环,这样一个原本异步的CAsyncSocket,到了派生类CSocket,就变成同步的了。
 明白之后,我们可以对CSocket应用自如了。比如有些程序员将CSocket的操作放入一个线程,以实现多线程的异步Socket(通常,同步+多线程 相似于 异步 )。

四、CSocketFile
 另外,进行Socket编程,不能不提到CSocketFile类,其实它并不是用来在Socket双方发送文件的,而是将需要序列化的数据,比如一些结构体数据,传给对方,这样,程序的CDocument()的序列化函数就完全可以和CSocketFile联系起来。例如你有一个CMyDocument实现了Serialize(),你可以这样来将你的文档数据传给Socket的另一方:

 CSocketFile file( pSocket );
 CArchive ar( &file, CArchive::store );
 pDocument->Serialize( ar );
 ar.Close();

 同样,接收一方可以只改变上面的代码为CArchive ar( &file, CArchive::load );即可。
  注意到,CSocketFile类虽然从CFile派生,但它屏蔽掉了CFile::Open()等函数,而函数里仅扔出一个例外。那么也就是说,你不能调用CSocketFile的Open函数来打开一个实实在在的文件,否则会导致例外,如果你需要利用CSocketFile来传送文件,你必须提供CSocketFile类的这些函数的实现。
 再一点,CArchive不支持在datagram的Socket连接上序列化数据。

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