本系列文章導航：手把手寫C++服務器(0)：專欄文章-匯總導航【更新中】

前言：connect創建的時候是默認阻塞模式的，但是現實情況里可能會因為網路差、中間代理服務器、網關等因素造成連接速度慢，此時，在阻塞模式下，程式會阻塞在connect中很久，因此，在實際的專案中，我們一般傾向于使用異步connect技術，學習如何利用IO復用技術設定異步connect，不僅能為后面高并發多執行緒打下基礎，也是后端開發面試必知必會的知識點，

預備知識

1、connect函式

函式回傳：

2、getsocketopt方法

getsockopt、setsockopt

常用選項選講：

3、IO復用之select

函式回傳

引數詳解

重要結構體詳解

使用流程

正式開始

1、代碼流程

2、客戶端代碼

3、服務端代碼

4、實驗效果

參考

預備知識

1、connect函式

客戶端使用connect()與服務端建立連接：

#include＜sys/types.h＞
#include＜sys/socket.h＞
int connect(int sockfd,const struct sockaddr*serv_addr,socklen_t addrlen);

sockfd引數由socket系統呼叫回傳一個socket， serv_addr引數是服務器監聽的socket地址， addrlen引數則指定這個地址的長度，

函式回傳：

connect成功時回傳0，一旦成功建立連接， sockfd就唯一地標識了這個連接，客戶端就可以通過讀寫sockfd來與服務器通信， connect失敗則回傳-1并設定errno，其中兩種常見的errno是ECONNREFUSED和ETIMEDOUT，它們的含義如下：

ECONNREFUSED，目標埠不存在，連接被拒絕，
ETIMEDOUT，連接超時，

2、getsocketopt方法

getsockopt、setsockopt

讀取和設定檔案描述符的屬性和方法，

#include <sys/socket.h>
int getsockopt(int sockfd, int level, int option_name, void* option_value, socklen_t* restrict option_len);
int setsockopt(int sockfd, int level, int option_name, const void* option_value, socklen_t* restrict option_len);

level：指定屬性，如IPv4、IPv6、TCP等

具體選項引數含義：getsockopt

#define SOL_IP 0

#define SOL_IPX 256

#define SOL_AX25 257

#define SOL_ATALK 258

#define SOL_NETROM 259

#define SOL_TCP 6

#define SOL_UDP 17

#define SOL_SOCKET 0xffff

常用選項選講：

1、SO_REUSEADDR

當TCP連接處于TIME_WAIT狀態的時候，SO_REUSEADDR來強制使用被處于TIME_WAIT狀態的連接占用的socket地址，使該地址能立即被重用，

2、SO_RCVBUF

TCP接識訓沖區大小

3、SO_SNDBUF

TCP發送緩沖區大小

4、SO_RCVLOWAT

TCP接識訓沖區低水位標記，被I/O復用系統呼叫用來判斷socket是否可寫，

5、SO_SNDLOWAT

TCP發送緩沖區低水位標記，被I/O復用系統呼叫用來判斷socket是否可寫，

6、SO_LINGER

控制close系統呼叫在關閉TCP連接時的行為

3、IO復用之select

select的作用是在一段指定的時間內，監聽用戶感興趣的檔案描述符上的可讀、可寫、例外等事件，函式原型如下：

#include <sys/select.h>
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,
                fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

函式回傳

select成功時回傳就緒檔案描述符的總數；
如果在超時時間內沒有任何檔案描述符就緒，select將回傳0；
select失敗時回傳-1并設定errno，；
如果在select等待期間，程式接收到信號，select立即回傳-1，并將errno設定為EINTR，

引數詳解

nfds：指定被監聽檔案描述符總數，通常被設定為select監聽所有檔案描述符中的最大值+1，
readfds：可讀事件對應檔案描述符集合，
writefds：可寫事件對應檔案描述符集合，
exceptfds：例外事件對應檔案描述符集合，
timeout：設定select超時時間，

重要結構體詳解

readfds、writefds、exceptfds都是fd_set結構體，timeout是timeval結構體，這里詳解一下這兩個結構體，

1、fd_set

fd_set結構體定義比較復雜，涉及到位操作，比較復雜，所以通常用宏來訪問fd_set中的位，

#include <sys/select.h>
FD_ZERO(fd_set* fdset);    // 清除fdset中的所有位
FD_SET(int fd, fd_set* fdset); // 設定fdset中的位
FD_CLR(int fd, fd_set* fdset); // 清除fdset中的位
int FD_ISSET(int fd, fd_set* fdset);  // 測驗fdset的位fd是否被設定

FD_ZERO用來清空檔案描述符組，每次呼叫select前都需要清空一次，
FD_SET添加一個檔案描述符到組中，FD_CLR對應將一個檔案描述符移出組中，
FD_ISSET檢測一個檔案描述符是否在組中，我們用這個來檢測一次select呼叫之后有哪些檔案描述符可以進行IO操作，

2、timeval

struct timeval {
    long tv_sec; // 秒數
    long tv_usec; // 微妙數
};

使用流程

綜上所述，我們一般的使用流程是：

準備作業——定義readfds、timeval等
使用FD_ZERO清零，使用FD_SET設定檔案描述符，因為事件發生后，檔案描述符集合都將被內核修改，
呼叫select
使用FD_ISSET檢測檔案描述符是否在組中

正式開始

1、代碼流程

套用socket一般框架，
將創建的socket設定為非阻塞模式，
連接服務器，
呼叫select監聽連接失敗的socket上的可寫事件，
呼叫getsockopt讀取錯誤碼并清除socket上的錯誤，

2、客戶端代碼

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <iostream>
#include <fcntl.h>

// #define SEND_DATA "NO BLOCKING MODEL"
#define SEND_DATA "hello"

using namespace std;

// 將檔案描述符設定為非阻塞模式
int setnoblocking(int fd) {
    // 獲取檔案描述符舊的狀態標志
    int old_option = fcntl(fd, F_GETFL);
    // 設定非阻塞標志
    int new_option = old_option | O_NONBLOCK;
    // 設定非阻塞模式
    if (fcntl(fd, F_SETFL, new_option) == -1) {
        // std::cout << "set no blocking model is error" << std::endl;
        return -1;
    }
    // 回傳檔案描述符舊的狀態標志，以便日后恢復改狀態標志
    return old_option;
}

// 設定非阻塞connect
int set_unblock_connect(int port, int time = 10) {
    //創建socket
    int clientfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (clientfd == -1) {
        std::cout << "create client error" << std::endl;
        return -1;
    }
    //向服務器（特定的IP和埠）發起請求
    struct sockaddr_in serv_addr;
    memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));  //每個位元組都用0填充
    serv_addr.sin_family = AF_INET;  //使用IPv4地址
    serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");  //具體的IP地址
    serv_addr.sin_port = htons(port);  //埠

    // 將clientfd設定為非阻塞模式
    int oldconnectfd = setnoblocking(clientfd);
    if (oldconnectfd == -1) {
        std::cout << "set no block model is error" << std::endl;
        close(clientfd);
        return -1;
    }

    int connectfd = connect(clientfd, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));
    if (connectfd == 0) {   // 連接成功
        std::cout << "connect success!" << std::endl;
        // 恢復clientfd屬性
        fcntl(clientfd, F_SETFL, oldconnectfd);
        return clientfd;
    } else if (errno != EINPROGRESS) {
        // 只有EINPROGRESS模式才表示連接還在進行
        std::cout << "connect is error!" << std::endl;
        return -1;
    }
    fd_set readfds;
    fd_set writefds;
    struct timeval timeout;
    FD_ZERO(&readfds);
    FD_SET(clientfd, &writefds);

    timeout.tv_sec = time;
    timeout.tv_usec = 0;

    int ret = select(clientfd + 1, nullptr, &writefds, nullptr, &timeout);
    if (ret <= 0) {
        // select設定出錯或超時
        std::cout << "set select is error" << std::endl;
        close(clientfd);
        return -1;
    }
    if (!FD_ISSET(clientfd, &writefds)) {
        std::cout << "no events on clientfd found!" << std::endl;
        close(clientfd);
        return -1;
    }

    int error = 0;
    socklen_t length = static_cast<socklen_t>(sizeof error);
    // 使用getsockopt獲取并清除sockfd上面的錯誤
    if(getsockopt(clientfd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &error, &length) < 0) {
        std::cout << "get socket option is error" << std::endl;
        close(clientfd);
        return -1;
    }
    if (error != 0) {
        std::cout << "connect is fail after select with error " << error << std:: endl;
        close(clientfd);
        return -1;
    }
    // 連接成功
    std::cout << "connect is success after select!" << std::endl;
    fcntl(clientfd, F_SETFL, oldconnectfd);
    return clientfd;

}

int main(int argc, char* argv[]) {

    if (argc <= 1) {
        printf("error! please input port!\n");
        return 1;
    }

    // 第一個入參是埠
    int port = atoi(argv[1]);

    // 設定非阻塞connect
    int clientfd = set_unblock_connect(port, 10);
    if (clientfd < 0) {
        std::cout << "setting unblock connect is error" << std::endl;
        return 0;
    }

    // while (true) {
    //     char recvbuf[32] = {0};
    //     // 非阻塞模式下，無論是否有資料，都不會阻塞程式
    //     int ret = recv(clientfd, recvbuf, 32, 0);
    //     if (ret > 0) {
    //         std::cout << "recv data successfully!" << std::endl;
    //     } else if(ret == 0) {
    //         std::cout << "socket is closed!" << std::endl;
    //         break;
    //     } else {
    //         if (errno == EWOULDBLOCK) {
    //             std::cout << "no data avaliable" << std::endl;
    //         } else if (errno == EINTR) {
    //             std::cout << "recv data interruptered by signal" << std::endl;
    //         } else {
    //             break;
    //         }
    //     }
    // }
    close(clientfd);
    return 0;
}

3、服務端代碼

// 設定非阻塞模式
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <assert.h>
#include <errno.h>
#include <netinet/in.h>
#include <iostream>

int main(int argc, char* argv[]) {

    if (argc <= 1) {
        printf("error! please input port!\n");
        return 1;
    }

    // 創建監聽socket
    int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
    assert(listenfd);
    int port = atoi(argv[1]);
 
    // 將套接字和IP、埠系結
    struct sockaddr_in serv_addr;
    memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));  //每個位元組都用0填充
    serv_addr.sin_family = AF_INET;  //使用IPv4地址
    serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");  //具體的IP地址
    serv_addr.sin_port = htons(port);  //埠
    if (bind(listenfd, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) == -1) {
        std::cout << "bind listen socket is error" << std::endl;
        close(listenfd);
        return -1;
    }
 
    // 進入監聽狀態，等待用戶發起請求
    if (listen(listenfd, SOMAXCONN) == -1) {
        std::cout << "listen error" << std::endl;
        close(listenfd);
        return -1;
    }
 
    // 接收客戶端請求
    while (true) {
        struct sockaddr_in clientaddr;
        socklen_t clientaddrlen = sizeof(clientaddr);
        int clientfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)& clientaddr, &clientaddrlen);
        if (clientfd != -1) {
            std::cout << "accept a client connection" << std::endl;
        } else {
            std::cout << "accept connection error!" << std::endl;
        }
    }

    close(listenfd);
    return 0;
}

4、實驗效果

參考

《C++服務器開發精髓》
《Linux高性能服務器編程》
手把手寫C++服務器(35)：手撕代碼——高并發高QPS技識訓石之非阻塞send【萬字長文】_沉迷單車的追風少年-CSDN博客
手把手寫C++服務器(34)：高并發高吞吐IO秘密武器——epoll池化技術【兩萬字長文】_沉迷單車的追風少年-CSDN博客
手把手寫C++服務器(0)：專欄文章-匯總導航【更新中】_沉迷單車的追風少年-CSDN博客

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預備知識

1、connect函式

函式回傳：

2、getsocketopt方法

getsockopt、setsockopt

常用選項選講：

3、IO復用之select

函式回傳

引數詳解

重要結構體詳解

使用流程

正式開始

1、代碼流程

2、客戶端代碼

3、服務端代碼

4、實驗效果

參考