網絡編程——C++實現socket通信(TCP)高併發之poll模式

相關鏈接：TCP連接與釋放、網絡編程——C++實現socket通信(TCP)

相關函數：

服務端：
socket()
bind()
listen()
poll()  高併發poll模式
accept()
read() 或 recv()等
write() 或 send()等
close()

客戶端：
socket()
connect()
write() 或 send()等
read() 或 recv()等
close()

着重說明下poll函數用法。

跟select功能類似，可以設置的同時監聽上限會更多,poll效率更高,調用完poll函數之後不會清空監聽的事件集合.
int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);		
	-fds: 是一個struct pollfd結構類型的數組，用於存放需要檢測其狀態的socket描述符。結構體類型定義如下：
	struct pollfd {
		int fd;	//文件描述符
		short events;	//等待的需要監聽的事件類型,常用取值爲POLLIN(監聽讀)/POLLOUT(寫)/POLLERR(異常)。如fds[0].events = POLLIN
		short revents;	//實際發生了的事件，也就是返回結果。值的範圍同events: POLLIN/POLLOUT/POLLERR
	};

	-nfds: nfds_t類型的參數，用於標記數組fds中的結構體元素的總數量；
	-timeout: 是poll函數調用阻塞的時間，單位：毫秒。傳值-1表示阻塞監聽，0表示不阻塞立即返回，>0表示阻塞等待timeout的時間

返回值：>0：數組fds中準備好讀、寫或出錯狀態的那些socket描述符的總數量，fds數組中有狀態的fd的revents被賦值傳出，可以通過跟POLLIN/POLLOUT/POLLERR等標誌通過位與&來判斷，如if(fds[n].revents & POLLIN)
	=0:數組fds中沒有任何socket描述符準備好讀、寫，或出錯，revents會被清空
	=-1：poll函數調用失敗，同時會自動設置全局變量errno.

注意：每當服務端連接斷開後，進入TIME_WAIT狀態，等待2msl時間之後才能重新使用IP和端口，否則在bind時就會報錯。要解決這個問題可以在程序開始時調用端口複用函數setsockopt。原型如下：

//int setsockopt(int sockfd, int level, int optname,const void *optval, socklen_t optlen);
    /*　sockfd：標識一個套接口的描述字。
　　    level：選項定義的層次；支持SOL_SOCKET、IPPROTO_TCP、IPPROTO_IP和IPPROTO_IPV6。
　　    optname：需設置的選項。
　　    optval：指針，指向存放選項值的緩衝區
　　    optlen：optval緩衝區長度。
　　    返回值：  成功返回0，失敗返回 -1.  */
　　    

實際調用：
 setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on));

廢話不多說，上源碼！

實現的功能：客戶端C向服務端S發送一串字符數據，S端會對字符串做轉大寫操作然後回發給C端。直接在咱們Tcp_Server.cpp基礎上修改代碼

服務端Poll_Server.cpp

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <netinet/in.h>
#include <ctype.h>
#include <poll.h>	//poll頭文件

#define MAXSIZE 1024
#define IP_ADDR "127.0.0.1"
#define IP_PORT 8888

int main()
{
	int i_listenfd, i_connfd;
	struct sockaddr_in st_sersock;
	char msg[MAXSIZE];
	int nrecvSize = 0;
	
	int index = 0;	//記錄fd數組中最大fd對應的下標
	struct pollfd pofds[MAXSIZE];	//結構體數組

	for(n : pofds)	//將所有數組中的fd設爲-1，方便以後填充
	{
		n.fd = -1;
	}

	if((i_listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0) ) < 0)	//建立socket套接字
	{
		printf("socket Error: %s (errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
		exit(0);
	}

	memset(&st_sersock, 0, sizeof(st_sersock));
	st_sersock.sin_family = AF_INET;  //IPv4協議
	st_sersock.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);	//INADDR_ANY轉換過來就是0.0.0.0，泛指本機的意思，也就是表示本機的所有IP，因爲有些機子不止一塊網卡，多網卡的情況下，這個就表示所有網卡ip地址的意思。
	st_sersock.sin_port = htons(IP_PORT);

	if(bind(i_listenfd,(struct sockaddr*)&st_sersock, sizeof(st_sersock)) < 0) //將套接字綁定IP和端口用於監聽
	{
		printf("bind Error: %s (errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
		exit(0);
	}

	if(listen(i_listenfd, 20) < 0)	//設定可同時排隊的客戶端最大連接個數
	{
		printf("listen Error: %s (errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
		exit(0);
	}
	printf("listen fd: %d\n", i_listenfd);

	pofds[index].fd = i_listenfd;	//先賦值
	pofds[index].events = POLLIN;
	printf("======waiting for client's request======\n");
	//準備接受客戶端連接
	while(1)
	{
		int nCount = poll(pofds, index+1, -1);	//阻塞監聽
		printf("----------poll監聽到可讀事件計數:%d\n",nCount);

		for(int i = 0; i < MAXSIZE; i++)
		{
			if(nCount == 0)
			{
				break;
			}
			if(!(pofds[i].revents & POLLIN))
			{
				continue;	//不在監聽事件中則跳過
			}
			printf("----------即將處理監聽到的 pofds[%d]: %d\n", i, pofds[i].fd);
			nCount--;	//每處理一次就自減1
			if(pofds[i].fd == i_listenfd)	//監聽到有客戶端連接
			{
				if((i_connfd = accept(i_listenfd, (struct sockaddr*)NULL, NULL)) < 0)	//阻塞等待客戶端連接
				{
					printf("accept Error: %s (errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
				//	continue;
				}	
				else
				{
					printf("Client[%d], welcome!\n", i_connfd);
				}

				for(int n = 0; n < MAXSIZE; n++)
				{
					if(pofds[n].fd == -1)	//將新客戶端fd加入數組中
					{
						pofds[n].fd = i_connfd;
						pofds[n].events = POLLIN;
						index < n ? index = n : true ;
						printf("將新客戶端fd加入數組中. fd:%d, index:%d\n", pofds[n].fd, index);
						break; 
					}
				}
			
			}
			else	//監聽到已連接的客戶端發來的數據
			{
				//接受客戶端發來的消息並作處理(小寫轉大寫)後回寫給客戶端
				memset(msg, 0 ,sizeof(msg));
				if((nrecvSize = read(pofds[i].fd, msg, MAXSIZE)) < 0)
				{
					printf("accept Error: %s (errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
					continue;
				}
				else if( nrecvSize == 0)	//read返回0代表對方已close斷開連接。
				{
					printf("client has disconnected!\n");
					if(index == i)	//如果是最大的下標的客戶端退出，則index-1
					{
						index--;
					}
					pofds[i].fd = -1;	//清除數組中相應位置
					close(pofds[i].fd);  
					
					continue;
				}
				else
				{
					printf("recvMsg:%s", msg);
					for(int i=0; msg[i] != '\0'; i++)
					{
						msg[i] = toupper(msg[i]);
					}
					if(write(pofds[i].fd, msg, strlen(msg)+1) < 0)
					{
						printf("accept Error: %s (errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
					}

				}
			}
		}
	}//while
	close(i_listenfd);

	return 0;
}

客戶端Poll_Client.cpp (直接用咱們Tcp_Client.cpp就可以)

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <netinet/in.h>
#include <signal.h>
#include <arpa/inet.h>

#define MAXSIZE 1024
#define IP_ADDR "127.0.0.1"
#define IP_PORT 8888

int i_sockfd = -1;

void SigCatch(int sigNum)	//信號捕捉函數(捕獲Ctrl+C)
{
	if(i_sockfd != -1)
	{
		close(i_sockfd);
	}
	printf("Bye~! Will Exit...\n");
	exit(0);
}

int main()
{
	struct sockaddr_in st_clnsock;
	char msg[1024];
	int nrecvSize = 0;

	signal(SIGINT, SigCatch);	//註冊信號捕獲函數

	if((i_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0) ) < 0)	//建立套接字
	{
		printf("socket Error: %s (errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
		exit(0);
	}

	memset(&st_clnsock, 0, sizeof(st_clnsock));
	st_clnsock.sin_family = AF_INET;  //IPv4協議
	//IP地址轉換(直接可以從物理字節序的點分十進制 轉換成網絡字節序)
	if(inet_pton(AF_INET, IP_ADDR, &st_clnsock.sin_addr) <= 0)
	{
		printf("inet_pton Error: %s (errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
		exit(0);
	}
	st_clnsock.sin_port = htons(IP_PORT);	//端口轉換(物理字節序到網絡字節序)

	if(connect(i_sockfd, (struct sockaddr*)&st_clnsock, sizeof(st_clnsock)) < 0)	//主動向設置的IP和端口號的服務端發出連接
	{
		printf("connect Error: %s (errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
		exit(0);
	}

	printf("======connect to server, sent data======\n");

	while(1)	//循環輸入，向服務端發送數據並接受服務端返回的數據
	{
		fgets(msg, MAXSIZE, stdin);
		printf("will send: %s", msg);
		if(write(i_sockfd, msg, MAXSIZE) < 0)	//發送數據
		{
			printf("write Error: %s (errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
			exit(0);
		}

		memset(msg, 0, sizeof(msg));
		if((nrecvSize = read(i_sockfd, msg, MAXSIZE)) < 0)	//接受數據
		{
			printf("read Error: %s (errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
		}
		else if(nrecvSize == 0)
		{
			printf("Service Close!\n");
		}
		else
		{
			printf("Server return: %s\n", msg);
		}

	}
	return 0;
}