深入解析Socket的阻塞模式与非阻塞模式

在网络编程中，理解socket的阻塞模式与非阻塞模式是构建高性能网络应用的关键。本文将深入探讨这两种模式的核心差异、实现方式及适用场景。

---

1. 阻塞 vs 非阻塞：核心概念

• 阻塞模式：当函数执行条件不满足时，线程会暂停执行直至条件满足或超时
• 非阻塞模式：无论条件是否满足，函数立即返回，通过错误码反馈状态

所有平台默认创建的socket都是阻塞模式

---

2. 设置非阻塞模式

Linux平台实现

// 方法1：fcntl函数
int old_flag = fcntl(sockfd, F_GETFL, 0);
fcntl(sockfd, F_SETFL, old_flag | O_NONBLOCK);

// 方法2：创建时指定
int s = socket(AF_INET, SOCK_STREAM | SOCK_NONBLOCK, IPPROTO_TCP);

// 方法3：accept4直接创建非阻塞socket
int clientfd = accept4(listenfd, &addr, &addrlen, SOCK_NONBLOCK);

Windows平台实现

u_long mode = 1;  // 1非阻塞, 0阻塞
ioctlsocket(s, FIONBIO, &mode);

注意：Windows平台使用WSAAsyncSelect或WSAEventSelect后需先清除标志位才能设置阻塞模式

---

3. 关键函数行为分析

send函数行为对比

条件	阻塞模式	非阻塞模式
发送缓冲区未满	阻塞直至数据全部复制	立即返回成功
发送缓冲区已满	阻塞直至空间可用	立即返回-1 (EWOULDBLOCK)
连接中断	返回-1	返回-1

recv函数行为对比

条件	阻塞模式	非阻塞模式
接收缓冲区有数据	立即返回数据	立即返回数据
接收缓冲区无数据	阻塞直至数据到达	立即返回-1 (EWOULDBLOCK)
连接关闭	返回0	返回0

---

4. 非阻塞模式返回值详解

send/recv返回值含义

返回值	含义	处理建议
> 0	成功发送/接收n字节	需验证是否完成预期数据量
= 0	对端关闭连接	应立即关闭socket
= -1	需结合错误码进一步判断

关键错误码

• EAGAIN/EWOULDBLOCK：资源暂时不可用
• EINTR：操作被信号中断（应重试）
• 其他错误码：需关闭socket并处理异常

正确处理send示例：

bool SendData(const char* buf, size_t len) {
    size_t sent = 0;
    while(sent < len) {
        int ret = send(sock, buf + sent, len - sent, 0);
        if(ret == -1) {
            if(errno == EAGAIN) break;  // 缓存未发送数据
            else if(errno == EINTR) continue;
            else return false;
        } else if(ret == 0) {
            return false;  // 连接关闭
        }
        sent += ret;
    }
    return true;
}

---

5. TCP窗口动态变化验证

当发送端持续send而接收端不recv时：

1. 接收方TCP窗口逐渐减小至0
2. 发送方内核缓冲区被填满
3. 阻塞模式send将永久阻塞
4. 非阻塞模式send返回EAGAIN

可通过tcpdump观察窗口变化：

tcpdump -i any -nn -S 'tcp port 3000'

---

6. 适用场景选择

模式	优势	典型场景
阻塞	编程简单、逻辑清晰	1. 简单客户端/工具 2. 同步问答式通信
非阻塞	高并发、资源利用率高	1. 高性能服务器 2. 大规模连接管理

阻塞模式适用案例：

// 问答式通信伪代码
send(request);          // 阻塞发送
recv(response);         // 阻塞接收
process(response);

非阻塞模式适用案例：

// Reactor模式核心逻辑
while(true) {
    int ret = poll(fds, nfds, timeout);
    for(每个就绪fd) {
        if(可读) recv(fd);    // 非阻塞读取
        if(可写) send(fd);    // 非阻塞发送
    }
}

---

7. 核心结论

1. 性能取舍：阻塞模式消耗线程资源，非阻塞模式增加编码复杂度
2. 缓冲区机制：send/recv本质是应用层与内核缓冲区的数据拷贝
3. 错误处理：非阻塞模式必须正确处理EAGAIN和EINTR
4. 现代实践：多数高性能网络库采用非阻塞+IO多路复用（epoll/kqueue）

选择建议：普通工具用阻塞，高并发服务用非阻塞+多路复用

理解两种模式的底层行为差异，将帮助开发者构建更健壮、高效的网络应用架构。

Reference

C++服务端开发精髓