c++ 通信演进level3 ----多线程同步 非阻塞通信(NIO)

  本篇文章的源码同样来自网络上，自己稍加整理，并做一下源码方面的分析。本例子的作用一方面是为了理解http服务器，另一方面，是作为学习流操作的NIO模型层次。 地址在这里:地址。 

   代码结构如下：

 首先，定义一个结构体，用于存储 接收的socket链表：

//标识客户端的节点 链表
typedef struct _NODE_
{
    SOCKET s;
    sockaddr_in Addr;
    _NODE_* pNext;

}Node,*pNode;

     服务端的开发，还是跟上一篇差不多，但是 采用了 winsock2的api,它是非阻塞的。 

int main()
{
    if (!InitSocket())
    {
        printf("InitSocket Error\n");
        return -1;
    }
    GetCurrentDirectory(512,HtmlDir);
    strcat(HtmlDir,"\\..\\html\\"); // 寻找 html 所在目录
    strcat(HtmlDir,FileName);
    std::cout<<"the path is:"<<HtmlDir<<std::endl;
    //启动一个接收线程
    HANDLE hAcceptThread = CreateThread(NULL,0,AcceptThread,NULL,0,NULL);
    //启动工作者线程
    CreateThread(NULL,0,WorkerThread,NULL,0,NULL);

    WaitForSingleObject(hAcceptThread,INFINITE);
}

     它的作用是，开启了一个线程专门用于接收。同时开启一个工作者线程，它会定时的遍历socket链表。  接收线程的中的关键代码段:

//创建一个监听套接字
    SOCKET sListen = WSASocket(AF_INET,SOCK_STREAM,0,NULL,0,WSA_FLAG_OVERLAPPED); //使用事件重叠的套接字
.....
int Ret = bind(sListen,(sockaddr*)&LocalAddr,sizeof(LocalAddr));
.....
listen(sListen,5);
.....
//我们要为新的连接进行接受并申请内存存入链表中
SOCKET sClient = WSAAccept(sListen, (sockaddr*)&ClientAddr, &nLen, NULL, NULL);
.....
AddClientList(sClient,ClientAddr);//当接收到的soccket放入内存中
.....

    需要注意的是，这里的WSAAccept不是阻塞的，它会立即返回。 当然，这样的话会导致大部分时间做无意义的操作，而它的触发，通过事件机制是一个比较好的方式，这样既兼顾了 效率，也兼顾了 易用性(因为它带来了非阻塞的好处)。我刚刚思考了下，貌似这里accept阻塞并不会对接入程序带来很大的影响，只是说服务端在接入后可以立即做其它操作而已。 

   工作者线程的核心代码如下：

WSAEVENT Event = WSACreateEvent(); //该事件是与通信套接字关联以判断事件的种类
    WSANETWORKEVENTS NetWorkEvent;
    while (1){
        pNode _ptr_tmp = pHead;
        while (_ptr_tmp){
            //将事件 与当前 的套接字 进行关联
            WSAEventSelect(_ptr_tmp->s, Event, FD_READ | FD_WRITE | FD_CLOSE); //关联事件和套接字
            DWORD dwIndex = 0;
            dwIndex = WSAWaitForMultipleEvents(1,&Event,FALSE,100,FALSE);
            dwIndex = dwIndex - WAIT_OBJECT_0;
            if (dwIndex==WSA_WAIT_TIMEOUT||dwIndex==WSA_WAIT_FAILED)
            {
                //向后遍历
                _ptr_tmp =_ptr_tmp->pNext;
            }
            // 分析什么网络事件产生
            WSAEnumNetworkEvents(_ptr_tmp->s,Event,&NetWorkEvent);
            //其他情况
            if(!NetWorkEvent.lNetworkEvents)
            {
                //向后遍历
                _ptr_tmp =_ptr_tmp->pNext;
            }

            if (NetWorkEvent.lNetworkEvents & FD_READ)
            {
                //开辟客户端线程用于通信
                CreateThread(NULL,0,ClientThread,(LPVOID)_ptr_tmp,0, nullptr);
            }
            if(NetWorkEvent.lNetworkEvents & FD_CLOSE)
            {
                //在这里我没有处理，我们要将内存进行释放否则内存泄露
                //todo: 需要释放的内存包括：socket句柄，thread句柄，以及thread句柄中所动态申请的资源
                //向后遍历
                _ptr_tmp =_ptr_tmp->pNext;
            }
        }
    }

  工作者线程遍历当前的socket链表，对链表中的socket进行事件选择，如有读事件，则开启一个客户线程。(注意，当前例子中，对链表的操作尚不是线程安全的。)

   客户线程关键代码如下：

......
Ret = WSARecv(sClient,&Buffers,dwBufferCount,&NumberOfBytesRecvd,&Flags,NULL,NULL);
......
Ret = WSASend(sClient,&Buffers,1,&NumberOfBytesSent,0,0,NULL);
......

  也就是说，它的实际操作仍然是先从客户端读取 消息，然后发送消息给客户端。 注意，此时的客户端是  浏览器，而此时的应用层协议为  http。 整体通信流程跟上一篇是差不多，但是这里采用非阻塞的方式处理信息的接收。  

  另外，与http协议有关的部分处理代码：

char szRequest[1024]={0}; //请求报文
char szResponse[1024]={0}; //响应报文
......
Ret = WSARecv(sClient,&Buffers,dwBufferCount,&NumberOfBytesRecvd,&Flags,NULL,NULL);
memcpy(szRequest,szBuffer,NumberOfBytesRecvd);
......
parseRequest部分
{
    char pResponseHeader[512]={0};
    char szStatusCode[20]={0};
    char szContentType[20]={0};
    strcpy(szStatusCode,"200 OK");
    strcpy(szContentType,"text/html");
    char szDT[128];
    struct tm *newtime;
    time_t ltime;
    time(&ltime);
    newtime = gmtime(&ltime);
    strftime(szDT, 128,"%a, %d %b %Y %H:%M:%S GMT", newtime);
    //读取文件
    //定义一个文件流指针
    FILE* fp = fopen(HtmlDir,"rb");
    ......
            // 返回响应
    sprintf(pResponseHeader, "HTTP/1.0 %s\r\nDate: %s\r\nServer: %s\r\nAccept-Ranges: bytes\r\nContent-Length: %d\r\nConnection: %s\r\nContent-Type: %s\r\n\r\n",
                szStatusCode, szDT, SERVERNAME, length, bKeepAlive ? "Keep-Alive" : "close", szContentType);   //响应报文
}
......
Ret = WSASend(sClient,&Buffers,1,&NumberOfBytesSent,0,0,NULL);
......

   运行结果：

总结：

     1.http协议作为应用层协议的一种，实际上跟端对端通信没什么两样，不要过于神秘化,以上代码足以证明;

     2.当前的这个例子中，一个socket对应着一个线程，事实上，这也是最简单的方式支持多个并发连接。 但是简单的不一定是最好的，当连接数量很多时，线程调度将变为灾难(要知道操作系统中可不仅仅只有当前的应用线程)。   同时对于频繁的连接操作，会导致线程资源的频繁回收，降低效率。（很早以前，我也觉得服务器没啥大不了嘛，要处理并发连接这还不简单。。。）

    3.就当前的通信流程而言，我目前暂时看不出 非阻塞 较之于 阻塞的优点在哪(因为当前的线程实际上只做了一件事，那就是socket的读写，并未用于其它操作，即当前线程的任务本来就已经很单一了。)。  我猜想可能时  阻塞占用 cpu时间，而非阻塞不占用cpu时间吧(它等待的是内核对象)。

    4.对BIO看了一些文章不是很懂。 目前的大致理解是： 通过内核事件，知道当前有要读取的信息，然后读取(读取是io操作，它的作用是 数据从 内核空间复制到用户空间，这个过程仍然是阻塞的。但是它不会阻塞当前线程)。

参考：

BIO、NIO、AIO 区别和应用场景