十、基于I/O模型的网络开发
接着上次的博客继续分享：select模型
10.8 异步选择模型WSAAsyncSelect
10.8.1 基本概念
WSAAsyncSelect模型是Windows socket的一个异步I/O 模型，利用这个模型，应用程序 可在一个套接字上接收以Windows 消息为基础的网络事件通知。
Windows sockets应用程序在 创建套接字后，调用WSAAsyncSelect 函数注册感兴趣的网络事件，当该事件发生时Windows 窗口收到消息，应用程序就可以对接收到的网络事件进行处理了。
利用WSAAsyncSelect 函数， 将socket 消息发送到hWnd 窗口上，然后在那里处理相应的FD_READ 、FD_WRITE 等消息。
WSAAsyncSelect 模型与select 模型的相同点是它们都可以对多个套接字进行管理。
但它 们也有不小的区别。首先WSAAsyncSelect 模型是异步的，且通知方式不同。更重要的一点是： WSAAsyncSelect 模型应用在基于消息的Windows 环境下，使用该模型时必须创建窗口，而 select 模型可以广泛应用在UNIX/Linux 系统，使用该模型不需要创建窗口。最后一点区别是：应用程序在调用WSAAsyncSelect 函数后，套接字就被设置为非阻塞状态；而使用select 函数 不改变套接字的工作方式。
由于要关联一个Windows 窗口来接收消息，因此如果处理成千上万的套接字就力不从心 了。这也是该模型的一个缺点。另外，由于调用WSAAsyncSelect 后，套接字被设为非阻塞模 式，那么其他一些函数调用不一定能成功返回，必须要对这些函数的调用返回做处理。对于这 一点，可以从accept() 、receive() 和 send() 等函数的调用中得到验证。
WSAAsyncSelect模型也有其优点，即提供了读写数据能力的异步通知。而且，该模型为 确保接收所有数据提供了很好的机制，通过注册FD_CLOSE网络事件，可以从容关闭服务器与客户端的连接，保证了数据的全部接收。
10.8.2 WSAAsyncSelect函数
WSAAsyncSelect函数会自动将套接字设置为非阻塞模式，并且把发生在该套接字上且是 你所感兴趣的事件以Windows 消息的形式发送到指定的窗口。
WSAAsyncSelect函数声明如下：
int WSAAsyncSelect(
in SOCKET s,
in HWND hWnd,
__in unsigned int wMsg,
__in long lEvent);
s: 标识一个需要事件通知的套接口的描述符。
hWnd: 标识一个在网络事件发生时需要接收消息的窗口句柄。
wMsg: 在网络事件发生时要接收的消息。
IEvent: 位屏蔽码，用于指明应用程序感兴趣的网络事件集合。IEvent 参数可取下列 值：
-
- FD_READ: 欲接收读准备好的通知。发生FD_READ 的条件是：
-
-
- 调 用recv 或 者recvfrom 函数后，仍然有数据可读。
-
-
-
- 调用WSAAsyncSelect 有数据可读。
-
-
- FD_WRITE: 欲接收写准备好的通知。发生FD_WRITE 的条件是：
-
-
- 当调用WSAAsyncSelect 函数时，如果调用能够发送数据。
-
-
-
- 调用connect 或 者accept 函数后，当连接已经建立时。
-
-
-
- 调用send 或 者sendto, 返 回WSAWOULDBLOCK 错误码，再次调用send 或 者sendto 函数可能成功时。
-
-
- FD_OOB: 欲接收带边数据到达的通知。
-
- FD_ACCEPT: 欲接收将要连接的通知。
-
- FD_CONNECT: 欲接收已连接好的通知。
-
- FD_CLOSE: 欲接收套接口关闭的通知。发生FD CLOSE 的条件是：
-
-
- 当调用WSAAsyncSelect 函数时，套接字连接关闭时。
-
-
-
- 对方执行从容关闭后，没有数据可读时，如果数据已经到达并等待读取，FD_CLOSE 事件不会被发送，直到所有数据都被接收。
-
-
-
- 调用shutdown 函数执行从容关闭，对方应答FIN 后，此时无数据可读。
-
-
-
- 对方结束了连接，并且lparam 包 含WSAECONNRESET 错误时。
-
-
- FD_QOS: 欲接收套接字服务质量发生变化的通知。
-
- FD_GROUP_QOS: 欲接收套接字组服务质量发生变化的通知。
-
- FD_ADDRESS_LIST_CHANGE: 欲接收针对套接字的协议簇，本地地址列表发生变化的通知。
-
- FD ROUTING INTERFACE CHANGE: 欲在指定方向上与路由接口发生变化的通知 。
如果函数成功就返回0,如果出错就返回 SOCKET_ERROR,此时可用函数 WSAGetLastError 获取更多信息。
可根据需要同时注册多个网络事件，这时要把网络事件类型执行按位或(OR) 运算，然 后将它们分配给 IEvent 参数。例如，应用程序希望在套接字上接收连接完成、数据可读和套 接字关闭的网络事件，可调用如下函数：
WSAAsyncSelect(s, hwnd, WM_SOCKET, FD_CONNECT | FD_READ | FD_CLOSE);
当该套接字连接完成、有数据可读或者套接字关闭的网络事件发生时，就会有 WM_SOCKET消息发送给窗口句柄为hwnd 的窗口。
值得注意的是，启动一个 WSAAsyncSelect 将使为同一个套接口启动的所有先前的 WSAAsyncSelect 作废。
使用WSAAsyncSelect 函数需要注意的地方：
- (1)调用该函数后，套接字被设置为非阻塞模式，要想恢复为阻塞模式，必须再次调用 该函数，取消掉注册过的事件，再调用ioctlsocket 设为阻塞模式。如果要取消所有的网络事件通知，告知windows sockets实现不再为该套接字发送任何网
络事件相关的消息，要以参数IEvent 值为0调用函数，即
WSAAsyncSelect(s, hwnd,0,0)
尽管应用程序调用上述函数取消了网络事件通知，但是在应用程序消息队列中，可能还有 网络消息在排队。所以调用上述函数取消网络事件消息后，应用程序还应该继续准备接收网络 事 件 。
- (2)消息函数的wParam 参数为事件发生的套接字，LParam 对应错误消息和相应的事件， 可以调用宏WSAGETSELECTERROR(IParam) 、WSAGETSELECTEVENT(IParam) 来获取具体 的 信 息 。
- (3)多次调用WSAAsyncSelect 函数在同一个套接字上注册不同的事件(多次调用采用 同样或者不同样的消息),最后一次调用将取消前面注册的事件。比如前后两次调用：
WSAAsyncSelect(s, hwnd, WM_SOCKET, FD_READ);
WSAAsyncSelect(s, hwnd, WM_SOCKET, FD_WRITE);
此时虽然消息相同，都是WM_SOCKET, 但是应用程序只能接收到FD_WRITE 网络事件。
还有一种情况是消息不同、网络事件也不同，比如：
WSAAsyncSelect(s, hwnd, wMsg1, FD_READ);
WSAAsyncSelect(s, hwnd, wMsg2, FD_WRITE);
第二次函数调用依旧将会取消第一次函数调用的作用，只有 FD_WRITE 网络事件通过wMsg2 通知到窗口。
这也是很多初学者发现接收不到网络事件的原因。因为最后一次调用将取消前面注册的事 件。
- (4)使用accept 函数建立的套接字与监听套接字具有同样的属性，也就是说，在监听套 接字上注册的事件同样会对建立连接的套接字起作用，如果一个监听套接字请求 FD_READ 和 FD_WRITE 网络事件，那么在该监听套接字上接受的任何套接字也会请求 FD_READ 和 FD_WRITE 网络事件，以及发送同样的消息。
我们一般会在监听套接字建立连接后重新为其注册事件。
(5)为一个FD_READ网络事件不要多次调用recv(函数，如果应用程序为一个FD_READ 网络事件调用多个recv()函数，就会使得该应用程序收到多个FD_READ 网络事件。如果在一 次接收FD_READ 网络事件时需要调用多次 recv()函数，应用程序就应该在调用recv()函数之 前关闭FD_READ消息。
(6)使用FD_CLOSE 事件来判断套接字是否已经关闭，错误代码指示套接字是从容关闭 还是硬关闭：错误码为0,代表从容关闭；错误码为WSAECONNERESET, 则为硬关闭。如 果套接字从容关闭，数据全部接收，应用程序就会收到FD_CLOSE。
(7)发送数据出现失败。一个应用程序当接收到第一个FD_WRITE 网络事件后，便认为 在该套接字上可以发送数据。当调用输出函数发送数据时，会收到 WSAEWOULDBLOCKE 错误。经过这样的失败后，要在下一次接收到FD_WRITE网络事件后再次发送数据，才能够 将数据成功发送。
10.8.3 实战WSAAsyncSelect 模型
WSAAsyncSelect 传参需要窗口句柄。为了简化代码，这里直接创建了一个mfc 对话框程 序，用m_hwnd 给 WSAAsyncSelect 传参。对话框类名为WSAAsyncSelecDlg。
服务端
#define _WINSOCK_DEPRECATED_NO_WARNINGS
#include <winsock2.h>
#include <windows.h>
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")
#define WM_SOCKET (WM_USER + 101)
//-------------------窗口过程----------------------
LRESULT CALLBACK WindowProc(HWND hwnd, UINT uMsg, WPARAM wParam, LPARAM lParam)
{
switch (uMsg)
{
case WM_SOCKET:
{
SOCKET ss = wParam; // wParam 参数标志了网络事件发生的套接口
long event = WSAGETSELECTEVENT(lParam); // 事件
int error = WSAGETSELECTERROR(lParam); // 错误码
if (error)
{
closesocket(ss);
return 0;
}
switch (event)
{
case FD_ACCEPT: //-----①连接请求到来
{
sockaddr_in Cadd;
int Cadd_len = sizeof(Cadd);
SOCKET sNew = accept(ss, (sockaddr*)&Cadd, &Cadd_len);
if (sNew == INVALID_SOCKET)
{
MessageBox(hwnd, L"调用accept()失败！", L"标题栏提示", MB_OK);
}
else
{
WSAAsyncSelect(sNew, hwnd, WM_SOCKET, FD_READ | FD_CLOSE);
}
} break;
case FD_READ: //-----②数据发送来
{
char cbuf[256];
memset(cbuf, 0, sizeof(cbuf));
int cRecv = recv(ss, cbuf, sizeof(cbuf), 0);
if ((cRecv == SOCKET_ERROR && WSAGetLastError() == WSAECONNRESET) || cRecv == 0)
{
MessageBox(hwnd, L"调用recv()失败！", L"标题栏提示", MB_OK);
closesocket(ss);
}
else if (cRecv > 0)
{
// 转换消息为宽字符
wchar_t wbuf[256];
MultiByteToWideChar(CP_ACP, 0, cbuf, -1, wbuf, sizeof(wbuf) / sizeof(wchar_t));
MessageBox(hwnd, wbuf, L"收到的信息", MB_OK);
char Sbuf[] = "Hello client! I am server";
int isend = send(ss, Sbuf, sizeof(Sbuf), 0);
if (isend == SOCKET_ERROR || isend <= 0)
{
MessageBox(hwnd, L"发送消息失败！", L"标题栏提示", MB_OK);
}
else
{
MessageBox(hwnd, L"已经发信息到客户端！", L"标题栏提示", MB_OK);
}
}
} break;
case FD_CLOSE: //----③关闭连接
{
closesocket(ss);
}
break;
}
}
break;
case WM_CLOSE:
if (IDYES == MessageBox(hwnd, L"是否确定退出？", L"message", MB_YESNO))
DestroyWindow(hwnd);
break;
case WM_DESTROY:
PostQuitMessage(0);
break;
default:
return DefWindowProc(hwnd, uMsg, wParam, lParam);
}
return 0;
}
//----------------WinMain()函数------------------
int WINAPI WinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, LPSTR lpCmdLine, int nShowCmd)
{
WNDCLASS wc;
wc.style = CS_HREDRAW | CS_VREDRAW;
wc.lpfnWndProc = WindowProc;
wc.cbClsExtra = 0;
wc.cbWndExtra = 0;
wc.hInstance = hInstance;
wc.hIcon = LoadIcon(NULL, IDI_APPLICATION);
wc.hCursor = LoadCursor(NULL, IDC_ARROW);
HBRUSH hbrush = CreateSolidBrush(RGB(0, 128, 25));
wc.hbrBackground = hbrush;
wc.lpszMenuName = NULL;
wc.lpszClassName = L"Test";
//---注册窗口类（使用宽字符版本函数）----
RegisterClassW(&wc);
//---创建窗口----
HWND hwnd = CreateWindowW(L"Test", L"WSAAsyncSelect模型-服务端窗口", WS_SYSMENU, 300, 0, 600, 400, NULL, NULL, hInstance, NULL);
if (hwnd == NULL)
{
MessageBoxW(NULL, L"创建窗口出错", L"标题栏提示", MB_OK);
return 1;
}
//---显示窗口----
ShowWindow(hwnd, SW_SHOWNORMAL);
UpdateWindow(hwnd);
//---初始化WSA---
WSADATA wsaData;
WORD wVersionRequested = MAKEWORD(2, 2);
if (WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData) != 0)
{
MessageBoxW(NULL, L"WSAStartup() Failed", L"调用失败", 0);
return 1;
}
SOCKET s = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
if (s == INVALID_SOCKET)
{
MessageBoxW(NULL, L"socket() Failed", L"调用失败", 0);
return 1;
}
sockaddr_in sin;
sin.sin_family = AF_INET;
sin.sin_port = htons(6000);
sin.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");
if (bind(s, (sockaddr*)&sin, sizeof(sin)) == SOCKET_ERROR)
{
MessageBoxW(NULL, L"bind() Failed", L"调用失败", 0);
return 1;
}
if (listen(s, 3) == SOCKET_ERROR)
{
MessageBoxW(NULL, L"listen() Failed", L"调用失败", 0);
return 1;
}
else
MessageBoxW(hwnd, L"进入监听状态！", L"标题栏提示", MB_OK);
WSAAsyncSelect(s, hwnd, WM_SOCKET, FD_ACCEPT | FD_CLOSE);
//---消息循环----
MSG msg;
while (GetMessageW(&msg, 0, 0, 0))
{
TranslateMessage(&msg);
DispatchMessageW(&msg);
}
closesocket(s);
WSACleanup();
return msg.wParam;
}
客户端
#define _WINSOCK_DEPRECATED_NO_WARNINGS
#include<stdlib.h>
#include<WINSOCK2.H>
#include <windows.h>
#include <process.h>
#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
#define BUF_SIZE 64
#pragma comment(lib,"wS2_32.lib")
void recv(PVOID pt)
{
SOCKET sHost = *((SOCKET*)pt);
while (true)
{
char buf[BUF_SIZE];//清空接收数据的缓冲区
memset(buf, 0, BUF_SIZE);
int retVal = recv(sHost, buf, sizeof(buf), 0);
if (SOCKET_ERROR == retVal)
{
int err = WSAGetLastError();
//无法立即完成非阻塞Socket上的操作
if (err == WSAEWOULDBLOCK)
{
Sleep(1000);
//printf("\nwaiting reply!");
continue;
}
else if (err == WSAETIMEDOUT || err == WSAENETDOWN || err == WSAECONNRESET)//已建立连接
{
printf("recv failed!");
closesocket(sHost);
WSACleanup();
return;
}
}
Sleep(100);
printf("\n%s", buf);
//break;
}
}
int main()
{
WSADATA wsd;
SOCKET sHost;
SOCKADDR_IN servAddr;//服务器地址
int retVal;//调用Socket函数的返回值
char buf[BUF_SIZE];
//初始化Socket环境
if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsd) != 0)
{
printf("WSAStartup failed!\n");
return -1;
}
sHost = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
//设置服务器Socket地址
servAddr.sin_family = AF_INET;
servAddr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");
//在实际应用中，建议将服务器的IP地址和端口号保存在配置文件中
servAddr.sin_port = htons(6000);
//计算地址的长度
int sServerAddlen = sizeof(servAddr);
//调用ioctlsocket（）将其设置为非阻塞模式
int iMode = 1;
retVal = ioctlsocket(sHost, FIONBIO, (u_long FAR*) & iMode);
if (retVal == SOCKET_ERROR)
{
printf("ioctlsocket failed!");
WSACleanup();
return -1;
}
//循环等待
while (true)
{
//连接到服务器
retVal = connect(sHost, (LPSOCKADDR)&servAddr, sizeof(servAddr));
if (SOCKET_ERROR == retVal)
{
int err = WSAGetLastError();
//无法立即完成非阻塞Socket上的操作
if (err == WSAEWOULDBLOCK || err == WSAEINVAL)
{
Sleep(1);
printf("check connect!\n");
continue;
}
else if (err == WSAEISCONN)//已建立连接
{
break;
}
else
{
printf("connection failed!\n");
closesocket(sHost);
WSACleanup();
return -1;
}
}
}
unsigned long threadId = _beginthread(recv, 0, &sHost);//启动一个线程接收数据的线程
while (true)
{
//向服务器发送字符串，并显示反馈信息
printf("input a string to send:\n");
std::string str;
//接收输入的数据
std::cin >> str;
//将用户输入的数据复制到buf中
ZeroMemory(buf, BUF_SIZE);
strcpy_s(buf, str.c_str());
if (strcmp(buf, "quit") == 0)
{
printf("quit!\n");
break;
}
while (true)
{
retVal = send(sHost, buf, strlen(buf), 0);
if (SOCKET_ERROR == retVal)
{
int err = WSAGetLastError();
if (err == WSAEWOULDBLOCK)
{
//无法立即完成非阻塞Socket上的操作
Sleep(5);
continue;
}
else
{
printf("send failed!\n");
closesocket(sHost);
WSACleanup();
return -1;
}
}
break;
}
}
return 0;
}
监听状态：
收到客户端消息：
参考书籍：《Visual C++2017 网络编程实战》