2 - 7 多客户端同时工作 【select非阻塞模型应用于server、client】
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0-前言
【C++百万并发网络通信】系列是跟着【张远东】老师的视频来复现的
希望能通过博客的方式不断坚持学习，也希望偶然间看到这篇博客的你也能一起加油！
笔记目录：【C++百万并发网络通信-笔记目录】
1-非阻塞模型
首先要明白什么是阻塞与非阻塞
- 在之前版本的项目中，server只能服务一个client，这是因为server需要等待client输入指令CMD，在等待client指令过程中，server什么也不能干，这就是阻塞。client输入指令的语句阻塞了server干其他工作，这也是之前版本项目只能接入一个client的根本原因
- 非阻塞就是在client没有指令传过来的时候，自己该干嘛干嘛，等到client指令传过来了，server就处理client指令；在server工作的时间内，允许多个client与之相连。
常见的阻塞函数如：conncet()、accept()、recv()
常见的非阻塞函数：select()
介绍一下select非阻塞模型：进程或线程执行select函数时不必非要等待事件的发生，一旦执行肯定返回，以返回值的不同来反映函数的执行情况。如果事件发生则与阻塞方式相同，若事件没有发生则返回一个代码来告知事件未发生，而进程或线程继续执行。
关于select()函数的解释，可以看一下：socket select（）函数详解 ，在Unix和Windows下的函数参数与用法大体一致
2-Windows下的select()函数
函数声明：
int select(int nfds, fd_set* readfds, fd_set* writefds, fd_set* exceptfds, const struct timeval* timeout);
参数解释：
nfds： 本参数忽略，仅起到兼容作用，设为0即可；
readfds： （可选）指针，指向一组等待可读性检查的socket；
writefds： （可选）指针，指向一组等待可写性检查的socket；
exceptfds：（可选）指针，指向一组等待异常检查的socket；
timeout： 本函数最多等待时间，对阻塞操作则为NULL
对于结构体fd_set，可以理解为一个socket集合，对于这种类型的结构体，有四种操作常用：
清空集合：FD_ZERO(fd_set*)
将一个给定的socket加入集合之中FD_SET(int, fd_set*),第一个参数放要加入集合的socket就行
将一个给定的socket从集合中删除FD_CLR(int, fd_set*),第一个参数放要踢出集合的socket就行
检查集合中指定的文件描述符是否可以读写FD_ISSET(int, fd_set*)
struct timeval* timeout是select的超时时间，这个参数至关重要，它可以使select处于三种状态，他有两个成员，第一个表示秒数，第二个表示毫秒数：
- 若将NULL以形参传入，即不传入时间结构，就是将select置于阻塞状态，一定等到监视socket集合中某个socket发生变化为止；
- 若将时间值设为0秒0毫秒，就变成一个纯粹的非阻塞函数，不管socket是否有变化，都立刻返回继续执行，socket无变化返回0，有变化返回一个正值；
- timeout的值大于0，这就是等待的超时时间，即select在timeout时间内阻塞，超时时间之内有事件到来就返回了，否则在超时后不管怎样一定返回，返回值同上述。
函数返回值
负值：select错误
正值：某些文件可读写或出错
0：等待超时，没有可读写或错误的文件
3 - server代码
#define WIN32_LEAN_AND_MEAN
#define _WINSOCK_DEPRECATED_NO_WARNINGS
#include<windows.h>
#include<WinSock2.h>
#include<stdio.h>
#include <vector>
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")
enum CMD
{
CMD_LOGIN,
CMD_LOGIN_RESULT,
CMD_LOGOUT,
CMD_LOGOUT_RESULT,
CMD_NEW_USER_JOIN,
CMD_ERROR
};
struct DataHeader
{
short dataLength;
short cmd;
};
//DataPackage
struct Login : public DataHeader
{
Login()
{
dataLength = sizeof(Login);
cmd = CMD_LOGIN;
}
char userName[32];
char PassWord[32];
};
struct LoginResult : public DataHeader
{
LoginResult()
{
dataLength = sizeof(LoginResult);
cmd = CMD_LOGIN_RESULT;
result = 0;
}
int result;
};
struct Logout : public DataHeader
{
Logout()
{
dataLength = sizeof(Logout);
cmd = CMD_LOGOUT;
}
char userName[32];
};
struct LogoutResult : public DataHeader
{
LogoutResult()
{
dataLength = sizeof(LogoutResult);
cmd = CMD_LOGOUT_RESULT;
result = 0;
}
int result;
};
struct NewUserJoin : public DataHeader
{
NewUserJoin()
{
dataLength = sizeof(NewUserJoin);
cmd = CMD_NEW_USER_JOIN;
scok = 0;
}
int scok;
};
std::vector<SOCKET> g_clients;//已加入的客户端
int processor(SOCKET _cSock)
{
//缓冲区
char szRecv[4096] = {
};
// 5 接收客户端数据
int nLen = recv(_cSock, szRecv, sizeof(DataHeader), 0);
DataHeader* header = (DataHeader*)szRecv;
if (nLen <= 0)
{
printf("客户端<Socket=%d>已退出，任务结束。\n", _cSock);
return -1;
}
switch (header->cmd)
{
case CMD_LOGIN:
{
recv(_cSock, szRecv + sizeof(DataHeader), header->dataLength - sizeof(DataHeader), 0);
Login* login = (Login*)szRecv;
printf("收到客户端<Socket=%d>请求：CMD_LOGIN,数据长度：%d,userName=%s PassWord=%s\n", _cSock, login->dataLength, login->userName, login->PassWord);
//忽略判断用户密码是否正确的过程
LoginResult ret;
send(_cSock, (char*)&ret, sizeof(LoginResult), 0);
}
break;
case CMD_LOGOUT:
{
recv(_cSock, szRecv + sizeof(DataHeader), header->dataLength - sizeof(DataHeader), 0);
Logout* logout = (Logout*)szRecv;
printf("收到客户端<Socket=%d>请求：CMD_LOGOUT,数据长度：%d,userName=%s \n", _cSock, logout->dataLength, logout->userName);
//忽略判断用户密码是否正确的过程
LogoutResult ret;
send(_cSock, (char*)&ret, sizeof(ret), 0);
}
break;
default:
{
DataHeader header = {
0,CMD_ERROR };
send(_cSock, (char*)&header, sizeof(header), 0);
}
break;
}
}
int main()
{
//启动Windows socket 2.x环境
WORD ver = MAKEWORD(2, 2);
WSADATA dat;
WSAStartup(ver, &dat);
//------------
//-- 用Socket API建立简易TCP服务端
// 1 建立一个socket 套接字
//服务器自身socket
SOCKET _sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
// 2 bind 绑定用于接受客户端连接的网络端口
sockaddr_in _sin = {
};
_sin.sin_family = AF_INET;
_sin.sin_port = htons(4567);//host to net unsigned short
_sin.sin_addr.S_un.S_addr = INADDR_ANY;//inet_addr("127.0.0.1");
if (SOCKET_ERROR == bind(_sock, (sockaddr*)&_sin, sizeof(_sin)))
{
printf("错误,绑定网络端口失败...\n");
}
else {
printf("绑定网络端口成功...\n");
}
// 3 listen 监听网络端口
if (SOCKET_ERROR == listen(_sock, 5))
{
printf("错误,监听网络端口失败...\n");
}
else {
printf("监听网络端口成功...\n");
}
while (true)
{
//伯克利套接字 BSD socket
fd_set fdRead;//socket 集合
fd_set fdWrite;
fd_set fdExp;
//清理集合
FD_ZERO(&fdRead);
FD_ZERO(&fdWrite);
FD_ZERO(&fdExp);
//将描述符（socket）加入集合
FD_SET(_sock, &fdRead);
FD_SET(_sock, &fdWrite);
FD_SET(_sock, &fdExp);
//将已连接的socket加入集合
for (int n = (int)g_clients.size() - 1; n >= 0; n--)
{
FD_SET(g_clients[n], &fdRead);
}
///nfds 是一个整数值 是指fd_set集合中所有描述符(socket)的范围，而不是数量
///既是所有文件描述符最大值+1 在Windows中这个参数可以写0
timeval t = {
1,0 };
int ret = select(_sock + 1, &fdRead, &fdWrite, &fdExp, &t);
if (ret < 0)
{
printf("select任务结束。\n");
break;
}
//判断描述符（socket）是否在集合中
if (FD_ISSET(_sock, &fdRead))
{
FD_CLR(_sock, &fdRead);
// 4 accept 等待接受客户端连接
sockaddr_in clientAddr = {
};
int nAddrLen = sizeof(sockaddr_in);
//客户端socket
SOCKET _cSock = INVALID_SOCKET;
_cSock = accept(_sock, (sockaddr*)&clientAddr, &nAddrLen);
if (INVALID_SOCKET == _cSock)
{
printf("错误,接受到无效客户端SOCKET...\n");
}
else
{
//新加入客户端之前，通知已加入的客户端
for (int n = (int)g_clients.size() - 1; n >= 0; n--)
{
NewUserJoin userJoin;
send(g_clients[n], (const char*)&userJoin, sizeof(NewUserJoin), 0);
}
g_clients.push_back(_cSock);//加入新客户端
printf("新客户端加入：socket = %d,IP = %s \n", (int)_cSock, inet_ntoa(clientAddr.sin_addr));
}
}
for (size_t n = 0; n < fdRead.fd_count; n++)
{
if (-1 == processor(fdRead.fd_array[n]))
{
auto iter = find(g_clients.begin(), g_clients.end(), fdRead.fd_array[n]);
if (iter != g_clients.end())
{
g_clients.erase(iter);
}
}
}
printf("空闲时间处理其它业务..\n");
}
for (size_t n = g_clients.size() - 1; n >= 0; n--)
{
closesocket(g_clients[n]);
}
// 8 关闭套节字closesocket
closesocket(_sock);
//------------
//清除Windows socket环境
WSACleanup();
printf("已退出。\n");
getchar();
return 0;
}
4 - client代码
#define WIN32_LEAN_AND_MEAN
#define _WINSOCK_DEPRECATED_NO_WARNINGS
#include<windows.h>
#include<WinSock2.h>
#include<stdio.h>
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")
enum CMD
{
CMD_LOGIN,
CMD_LOGIN_RESULT,
CMD_LOGOUT,
CMD_LOGOUT_RESULT,
CMD_NEW_USER_JOIN,
CMD_ERROR
};
struct DataHeader
{
short dataLength;
short cmd;
};
//DataPackage
struct Login : public DataHeader
{
Login()
{
dataLength = sizeof(Login);
cmd = CMD_LOGIN;
}
char userName[32];
char PassWord[32];
};
struct LoginResult : public DataHeader
{
LoginResult()
{
dataLength = sizeof(LoginResult);
cmd = CMD_LOGIN_RESULT;
result = 0;
}
int result;
};
struct Logout : public DataHeader
{
Logout()
{
dataLength = sizeof(Logout);
cmd = CMD_LOGOUT;
}
char userName[32];
};
struct LogoutResult : public DataHeader
{
LogoutResult()
{
dataLength = sizeof(LogoutResult);
cmd = CMD_LOGOUT_RESULT;
result = 0;
}
int result;
};
struct NewUserJoin : public DataHeader
{
NewUserJoin()
{
dataLength = sizeof(NewUserJoin);
cmd = CMD_NEW_USER_JOIN;
scok = 0;
}
int scok;
};
int processor(SOCKET _cSock)
{
//缓冲区
char szRecv[4096] = {
};
// 5 接收由客户端socket传回的数据
int nLen = recv(_cSock, szRecv, sizeof(DataHeader), 0);
DataHeader* header = (DataHeader*)szRecv;
if (nLen <= 0)
{
printf("与服务器断开连接，任务结束。\n", _cSock);
return -1;
}
switch (header->cmd)
{
case CMD_LOGIN_RESULT:
{
recv(_cSock, szRecv + sizeof(DataHeader), header->dataLength - sizeof(DataHeader), 0);
LoginResult* login = (LoginResult*)szRecv;
printf("收到服务端消息：CMD_LOGIN_RESULT,数据长度：%d\n", _cSock, login->dataLength);
}
break;
case CMD_LOGOUT_RESULT:
{
recv(_cSock, szRecv + sizeof(DataHeader), header->dataLength - sizeof(DataHeader), 0);
LogoutResult* logout = (LogoutResult*)szRecv;
printf("收到服务端消息：CMD_LOGOUT_RESULT,数据长度：%d\n", _cSock, logout->dataLength);
}
break;
case CMD_NEW_USER_JOIN:
{
recv(_cSock, szRecv + sizeof(DataHeader), header->dataLength - sizeof(DataHeader), 0);
NewUserJoin* userJoin = (NewUserJoin*)szRecv;
printf("收到服务端消息：CMD_NEW_USER_JOIN,数据长度：%d\n", _cSock, userJoin->dataLength);
}
break;
}
}
int main()
{
//启动Windows socket 2.x环境
WORD ver = MAKEWORD(2, 2);
WSADATA dat;
WSAStartup(ver, &dat);
//------------
//-- 用Socket API建立简易TCP客户端
// 1 建立一个socket
//客户端自身socket
SOCKET _sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (INVALID_SOCKET == _sock)
{
printf("错误，建立Socket失败...\n");
}
else {
printf("建立Socket成功...\n");
}
// 2 连接服务器 connect
sockaddr_in _sin = {
};
_sin.sin_family = AF_INET;
_sin.sin_port = htons(4567);
_sin.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");
int ret = connect(_sock, (sockaddr*)&_sin, sizeof(sockaddr_in));
if (SOCKET_ERROR == ret)
{
printf("错误，连接服务器失败...\n");
}
else {
printf("连接服务器成功...\n");
}
while (true)
{
fd_set fdReads;
FD_ZERO(&fdReads);
FD_SET(_sock, &fdReads);
timeval t = {
3,0 };
int ret = select(_sock, &fdReads, 0, 0, &t);
if (ret < 0)
{
printf("select任务结束1\n");
break;
}
if (FD_ISSET(_sock, &fdReads))
{
FD_CLR(_sock, &fdReads);
if (-1 == processor(_sock))
{
printf("select任务结束2\n");
break;
}
}
printf("空闲时间处理其它业务..\n");
Login login;
strcpy_s(login.userName, "lyd");
strcpy_s(login.PassWord, "lyd");
send(_sock, (const char*)&login, sizeof(Login), 0);
Sleep(1000);
}
// 7 关闭套节字closesocket
closesocket(_sock);
//清除Windows socket环境
WSACleanup();
printf("已退出。\n");
getchar();
return 0;
}