SocketAPI,CAsyncSocket,CSocket比較說明及其用法

要進行網絡編程就要和Socket打交道,Socket有同步阻塞方式和異步非阻塞方式兩種使用,事實上同步和異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。
    或許初涉編程的人不能理解“同步(或阻塞)”和“異步(或非阻塞)”,其實簡單兩句話就能講清楚,同步和異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“異步”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,它不但發送消息到消息隊列,還需要等待消息被執行完才返回;相反PostMessage就是個異步函數,它只管發送一個消息,而不管這個消息是否被處理,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提供的一組擴展函數,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,分別包含在頭文件Winsock.h,Winsock2.h,分別需要引入庫wsock32.lib、Ws2_32.lib。

1、默認用作同步阻塞方式,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裏,這樣以不影響主程序的運行和主窗口的刷新。
2、如果作爲異步用,那麼程序主要就是要處理事件。它有兩種處理事件的辦法:
    第一種,它常關聯一個窗口,也就是異步Socket的事件將作爲消息發往該窗口,這是由WinSock擴展規範裏的一個函數WSAAsyncSelect()來實現和窗口關聯。最終你只需要處理窗口消息,來收發數據。
   第二種,用到了擴展規範裏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()來創建一個事件對象,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裏用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,它是一個異步非阻塞Socket封裝類,CAsyncSocket::Create()有一個參數指明瞭你想要處理哪些Socket事件,你關心的事件被指定以後,這個Socket默認就被用作了異步方式。那麼CAsyncSocket內部到底是如何將事件交給你的呢?
    CAsyncSocket的Create()函數,除了創建了一個SOCKET以外,還創建了個CSocketWnd窗口對象,並使用WSAAsyncSelect()將這個SOCKET與該窗口對象關聯,以讓該窗口對象處理來自Socket的事件(消息),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的派生類,只需要在這些虛函數裏添加發送和接收的代碼。
 
   簡化後,大致的代碼爲:
   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 ); file://創建Socket本身

    CSocketWnd* pSockWnd = new CSocketWnd; file://創建響應事件的窗口,實際的這個窗口在AfxSockInit()調用時就被創建了。
    pSockWnd->Create(...);

    WSAAsyncSelect( m_hSocket, pSockWnd->m_hWnd, WM_SOCKET_NOTIFY, lEvent ); file://Socket事件和窗口關聯

}
 
   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的句柄
    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類大致爲:

   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(連接)操作需要時間,不能瞬間建立。既然如此,我們可以等待呀,等它連接成功爲止,於是許多程序員就在調用Connect()之後,Sleep(0),然後不停地用WSAGetLastError()或者CAsyncSocket::GetLastError()查看Socket返回的錯誤,直到返回成功爲止。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要麼連接成功了,要麼連接徹底失敗了。至此,我們在CAsyncSocket::OnConnect()被調用之後就知道是否Socket連接成功了,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,也許是個難點,那就是在客戶方調用Connect()連接服務方,那麼服務方如何Accept(),以建立連接的問題。簡單的做法就是在監聽的Socket收到OnAccept()時,用一個新的CAsyncSocket對象去建立連接,例如:

void CMySocket::OnAccept( int ErrCode )
{
       CMySocket* pSocket = new CMySocket;
       Accept( *pSocket );
}
    於是,上面的pSocket和客戶方建立了連接,以後的通信就是這個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連接服務方,則上面的OnAccept()又會被調用一次。當然pSocket是和客戶方通信的服務方,它不會觸發OnAccept()事件,因爲它不是監聽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()這些事件終端函數裏去等待。你先必須明白Socket事件是如何到達這些事件函數裏的。這些事件處理函數是靠CSocketWnd窗口對象回調的,而窗口對象收到來自Socket的事件,又是靠線程消息隊列分發過來的。總之,Socket事件首先是作爲一個消息發給CSocketWnd窗口對象,這個消息肯定需要經過線程消息隊列的分發,最終CSocketWnd窗口對象收到這些消息就調用相應的回調函數(OnConnect()等)。
   所以,CSocket在調用Connect()之後,如果返回一個WSAEWOULDBLOCK錯誤時,它馬上進入一個消息循環,就是從當前線程的消息隊列裏取關心的消息,如果取到了WM_PAINT消息,則刷新窗口,如果取到的是Socket發來的消息,則根據Socket是否有操作錯誤碼,調用相應的回調函數(OnConnect()等)。
   大致的簡化代碼爲:

   BOOL CSocket::Connect( ... )
   {
    if( !CAsyncSocket::Connect( ... ) )
    {
     if( WSAGetLastError() == WSAEWOULDBLOCK ) file://由於異步操作需要時間,不能立即完成,所以Socket返回這個錯誤
     {
      file://進入消息循環,以從線程消息隊列裏查看FD_CONNECT消息,直到收到FD_CONNECT消息,認爲連接成功。
      while( PumpMessages( FD_CONNECT ) );
     }
    }
   }
   BOOL CSocket::PumpMessages( UINT uEvent )
   {
      CWinThread* pThread = AfxGetThread();
      while( bBlocking )
file://bBlocking僅僅是一個標誌,看用戶是否取消對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://處理消息隊列裏的其它消息
             pThread->OnIdle(-1);
         }
     }
   }

BOOL CSocket::OnMessagePending()
   {
      MSG msg;
       if( PeekMessage( &msg, NULL, WM_PAINT, WM_PAINT, PM_REMOVE ) )
       { file://這裏僅關心WM_PAINT消息,以處理阻塞期間的主窗口重畫
           ::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()消息循環,這樣一個原本異步的CAsyncSocket,到了派生類CSocket,就變成同步的了。
   明白之後,我們可以對CSocket應用自如了。比如有些程序員將CSocket的操作放入一個線程,以實現多線程的異步Socket(通常,同步+多線程 相似於 異步 )。

四、CSocketFile
   另外,進行Socket編程,還有一個經常要用到的類,那就是CSocketFile類,其實它並不是用來在Socket雙方發送文件的,而是將需要序列化的數據,比如一些結構體數據,傳給對方,這樣,程序的CDocument()的序列化函數就完全可以和CSocketFile聯繫起來。例如你有一個CMyDocument實現了Serialize(),你可以這樣來將你的文檔數據傳給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爲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,而函數裏僅扔出一個例外。那麼也就是說,你不能調用CSocketFile的Open函數來打開一個實實在在的文件,否則會導致例外,如果你需要利用CSocketFile來傳送文件,你必須提供CSocketFile類的這些函數的實現。
   再一點,CArchive不支持在datagram的Socket連接上序列化數,我們要注意。

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