网络编程——C++实现socket通信(TCP)高并发之select模式

相关链接：TCP连接与释放、网络编程——C++实现socket通信(TCP)

相关函数：

服务端：
socket()
bind()
listen()
FD_ZERO()等辅助函数
select() 高并发select模式
accept()
read() 或 recv()等
write() 或 send()等
close()

客户端：
socket()
connect()
write() 或 send()等
read() 或 recv()等
close()

着重说明下select函数及辅助函数用法说明。

调用select()函数之后，select()函数会清空它所检测的socket描述符集合，所以每次调用select()之前都必须把socket描述符重新加入到待检测的集合中。
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
	-nfds: 监听的最大文件描述符值+1
	-readfds: 监听socket可读事件的集合的指针 (经常用到的)
	-writefds: 监听socket可写事件的集合的指针
	-execptfds:监听socket异常事件的集合的指针
	-timeout: 设置select监听的超时时间，NULL表示阻塞监听，0表示不阻塞立即返回，>0表示阻塞等待timeout时长

	
处理三个集合fd_set(实质是位图)的辅助函数：
       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);	//判断set中指定fd的位是否为真(也就是fd是否在集合set中)
       void FD_SET(int fd, fd_set *set);	//设置集合set中指定fd的位
       void FD_ZERO(fd_set *set);		//清空集合set

注意：每当服务端连接断开后，进入TIME_WAIT状态，等待2msl时间之后才能重新使用IP和端口，否则在bind时就会报错。要解决这个问题可以在程序开始时调用端口复用函数setsockopt。原型如下：

//int setsockopt(int sockfd, int level, int optname,const void *optval, socklen_t optlen);
    /*　sockfd：标识一个套接口的描述字。
　　    level：选项定义的层次；支持SOL_SOCKET、IPPROTO_TCP、IPPROTO_IP和IPPROTO_IPV6。
　　    optname：需设置的选项。
　　    optval：指针，指向存放选项值的缓冲区
　　    optlen：optval缓冲区长度。
　　    返回值：  成功返回0，失败返回 -1.  */
　　    

实际调用：
 setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on));

废话不多说，上源码！

实现的功能：客户端C向服务端S发送一串字符数据，S端会对字符串做转大写操作然后回发给C端。直接在咱们Tcp_Server.cpp基础上修改代码

服务端Select_Server.cpp

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 	//select() 头文件

#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;	//记录最大fd
	fd_set readfds;
	int allfds[MAXSIZE];	//存放当前所有可用的fd的数组
	int index = 0;	//记录fd数组中最大fd对应的下标

	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协议
	st_sersock.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);	//INADDR_ANY转换过来就是0.0.0.0，泛指本机的意思，也就是表示本机的所有IP，因为有些机子不止一块网卡，多网卡的情况下，这个就表示所有网卡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) //将套接字绑定IP和端口用于监听
	{
		printf("bind Error: %s (errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
		exit(0);
	}

	if(listen(i_listenfd, 20) < 0)	//设定可同时排队的客户端最大连接个数
	{
		printf("listen Error: %s (errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
		exit(0);
	}

	allfds[index] = maxfd = i_listenfd;	//先赋值
	printf("======waiting for client's request======\n");
	//准备接受客户端连接
	while(1)
	{
		FD_ZERO(&readfds);
		for(int i = 0; i<= index; i++)	
		{
			FD_SET(allfds[i], &readfds);	//加入可读事件集合中
			printf("----------allfds中的元素allfds[%d]:%d\n", i, allfds[i]);
		}	

		int nCount = select(maxfd+1, &readfds, NULL, NULL, NULL);	//select,返回共监听到有多少个fd上有事件
		printf("----------select监听到可读事件计数:%d\n",nCount);

		for(int i = 0; i < MAXSIZE; i++)
		{
			if(nCount == 0)
			{
				break;
			}
			if(!FD_ISSET(allfds[i], &readfds))
			{
				continue;	//不在监听事件中则跳过
			}
			printf("----------即将处理监听到的 allfds[%d]: %d\n", i, allfds[i]);
			if(allfds[i] == i_listenfd)	//监听到有客户端连接
			{
				nCount--;
				if((i_connfd = accept(i_listenfd, (struct sockaddr*)NULL, NULL)) < 0)	//阻塞等待客户端连接
				{
					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)	//将新客户端fd加入数组中
					{
						allfds[n] = i_connfd;
						maxfd < i_connfd ? maxfd = i_connfd : true ;
						index < n ? index = n : true ;
						printf("将新客户端fd加入数组中. fd:%d, maxfd:%d, index:%d\n", allfds[n], maxfd, index);
						break; 
					}
				}
			
			}
			else	//监听到已连接的客户端发来的数据
			{
				nCount--;
				//接受客户端发来的消息并作处理(小写转大写)后回写给客户端
				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代表对方已close断开连接。
				{
					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中对它的监听事件
					allfds[i] = -1;	//清除数组中相应位置
					
					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;
}

客户端Select_Client.cpp (直接用咱们Tcp_Client.cpp就可以)

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

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

int i_sockfd = -1;

void SigCatch(int sigNum)	//信号捕捉函数(捕获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);	//注册信号捕获函数

	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协议
	//IP地址转换(直接可以从物理字节序的点分十进制 转换成网络字节序)
	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);	//端口转换(物理字节序到网络字节序)

	if(connect(i_sockfd, (struct sockaddr*)&st_clnsock, sizeof(st_clnsock)) < 0)	//主动向设置的IP和端口号的服务端发出连接
	{
		printf("connect Error: %s (errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
		exit(0);
	}

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

	while(1)	//循环输入，向服务端发送数据并接受服务端返回的数据
	{
		fgets(msg, MAXSIZE, stdin);
		printf("will send: %s", msg);
		if(write(i_sockfd, msg, MAXSIZE) < 0)	//发送数据
		{
			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)	//接受数据
		{
			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;
}