網絡編程——C++實現socket通信(TCP)高併發之select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()
FD_ZERO()等輔助函數
select() 高併發select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select函數及輔助函數用法說明。

調用select()函數之後，select()函數會清空它所檢測的socket描述符集合，所以每次調用select()之前都必須把socket描述符重新加入到待檢測的集合中。
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
	-nfds: 監聽的最大文件描述符值+1
	-readfds: 監聽socket可讀事件的集合的指針 (經常用到的)
	-writefds: 監聽socket可寫事件的集合的指針
	-execptfds:監聽socket異常事件的集合的指針
	-timeout: 設置select監聽的超時時間，NULL表示阻塞監聽，0表示不阻塞立即返回，>0表示阻塞等待timeout時長

	
處理三個集合fd_set(實質是位圖)的輔助函數：
       void FD_CLR(int fd, fd_set *set);	//清除集合set中指定fd的位
       int  FD_ISSET(int fd, fd_set *set);	//判斷set中指定fd的位是否爲真(也就是fd是否在集合set中)
       void FD_SET(int fd, fd_set *set);	//設置集合set中指定fd的位
       void FD_ZERO(fd_set *set);		//清空集合set

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Select_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 <sys/select.h>	//select() 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 maxfd = -1;	//記錄最大fd
	fd_set readfds;
	int allfds[MAXSIZE];	//存放當前所有可用的fd的數組
	int index = 0;	//記錄fd數組中最大fd對應的下標

	for(i : allfds)
	{
		i = -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);
	}

	allfds[index] = maxfd = i_listenfd;	//先賦值
	printf("======waiting for client's request======\n");
	//準備接受客戶端連接
	while(1)
	{
		FD_ZERO(&readfds);
		for(int i = 0; i<= index; i++)	
		{
			FD_SET(allfds[i], &readfds);	//加入可讀事件集合中
			printf("----------allfds中的元素allfds[%d]:%d\n", i, allfds[i]);
		}	

		int nCount = select(maxfd+1, &readfds, NULL, NULL, NULL);	//select,返回共監聽到有多少個fd上有事件
		printf("----------select監聽到可讀事件計數:%d\n",nCount);

		for(int i = 0; i < MAXSIZE; i++)
		{
			if(nCount == 0)
			{
				break;
			}
			if(!FD_ISSET(allfds[i], &readfds))
			{
				continue;	//不在監聽事件中則跳過
			}
			printf("----------即將處理監聽到的 allfds[%d]: %d\n", i, allfds[i]);
			if(allfds[i] == i_listenfd)	//監聽到有客戶端連接
			{
				nCount--;
				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(allfds[n] == -1)	//將新客戶端fd加入數組中
					{
						allfds[n] = i_connfd;
						maxfd < i_connfd ? maxfd = i_connfd : true ;
						index < n ? index = n : true ;
						printf("將新客戶端fd加入數組中. fd:%d, maxfd:%d, index:%d\n", allfds[n], maxfd, index);
						break; 
					}
				}
			
			}
			else	//監聽到已連接的客戶端發來的數據
			{
				nCount--;
				//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(allfds[i], 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(maxfd == allfds[i])
					{
						maxfd--;
					}
					if(index == i)
					{
						index--;
					}
					close(allfds[i]);  //
					FD_CLR(allfds[i], &readfds);	//清除readfds中對它的監聽事件
					allfds[i] = -1;	//清除數組中相應位置
					
					continue;
				}
				else
				{
					printf("recvMsg:%s", msg);
					for(int i=0; msg[i] != '\0'; i++)
					{
						msg[i] = toupper(msg[i]);
					}
					if(write(allfds[i], msg, strlen(msg)+1) < 0)
					{
						printf("accept Error: %s (errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
					}

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

	return 0;
}

客戶端Select_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;
}