4.3服务器端IO模型
双十一时，淘宝同时在线用户可达上亿。想处理上亿用户的连接请求，必须要求阿里服务器的性能非常高。而以前12306处理过多用户的需求时，经常出现死机的情况，这说明服务器性能不足，在设计时技术有限而导致优化不足。
因此，在服务器端编程需要构造高性能的IO模型，windows平台常用的IO模型有5种：选择模型(Select)、异步选择(WSAAsyncSelect)、事件选择(WSAEventSelect)、重叠I/O(Overlapped I/O)、完成端口(Completion Port)。
4.3.1选择模型
//方法1
//TCP服务器端
#include <iostream>
#include <winsock2.h>
#include <windows.h>
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")//引用库文件
using namespace std;
int main(int argc, char ** argv)
{
//步骤1：当前应用程序和相应的socket库绑定
WORD wVersionRequested;
WSADATA wsaData;
int err;
wVersionRequested = MAKEWORD(2, 2);
err = WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData);
if (err != 0)
{
cout << "WSAStartup Failed!" << endl;
return -1;
}
//步骤2：创建TCP网络套接字
SOCKET sockServer = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
//步骤3：设置服务器端地址结构SOCKADDR_IN
SOCKADDR_IN addr_server;
//3.1 初始化SOCKADDR_IN
memset(&addr_server, 0, sizeof(addr_server));
//3.2 设置地址协议族
addr_server.sin_family = AF_INET;
//3.3 设置客户端可连接的IP
addr_server.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);//INADDR_ANY表示绑定电脑上所有网卡IP
//3.4 设置客户端可连接的端口
addr_server.sin_port = htons(6000);//不能使用公认端口，即端口>= 1024
//步骤4：将套接字和地址绑定
bind(sockServer, (SOCKADDR*)&addr_server, sizeof(addr_server));
//步骤5:监听
listen(sockServer, 5);
cout << "Start Listen..." << endl;
SOCKADDR_IN addr_client;
int len = sizeof(SOCKADDR);
const int maxClientCount = 63;
int curClientCount = 0;
SOCKET sockClient_A[maxClientCount];
while (1)
{
//步骤6：将服务器端的socket和客户端的socket放入FD_SET中
FD_SET sock_ReadSet;
FD_ZERO(&sock_ReadSet);
FD_SET(sockServer, &sock_ReadSet);
for (int i = 0; i < curClientCount; ++i)
{
if (sockClient_A[i] != 0)
FD_SET(sockClient_A[i], &sock_ReadSet);
}
timeval tv;
tv.tv_sec = 2;
tv.tv_usec = 0;
//步骤7：等待FD_SET中的socket有数据传输
//int ret = select(0, &sock_ReadSet, NULL, NULL,NULL);//若有数据传输则立即返回，否则一直等待（最后一个参数：NULL表示一直等待）
int ret = select(0, &sock_ReadSet, NULL, NULL, &tv);//若有数据传输则立即返回，否则等待2秒，再返回
if (ret != SOCKET_ERROR)
{
for (int i = 0; i < curClientCount + 1; i++)
{
//步骤8：若是客户端的socket有数据传输
if (FD_ISSET(sockClient_A[i], &sock_ReadSet))
{
char Buf[1024] = "\0";
int nRet = recv(sockClient_A[i], Buf, 1024, 0);
//步骤8.1：客户端和服务器端断开连接：nRet == 0
if (nRet == SOCKET_ERROR || nRet == 0)
{
//删除sock_ReadSet中的socket
closesocket(sockClient_A[i]);
FD_CLR(sockClient_A[i], &sock_ReadSet);
//删除数组sockClient_A[i]中的套接字
for (int a = i; a < curClientCount; a++)
{
sockClient_A[a] = sockClient_A[a + 1];
if (a == curClientCount - 1)
sockClient_A[a + 1] = 0;
}
curClientCount--;
}
//步骤8.2：客户端向服务器端传输数据
else
{
//二次开发
cout << Buf << endl;
strcat(Buf, ":Server Received");
send(sockClient_A[i], Buf, strlen(Buf) + 1, 0);
}
}
//步骤9：若是服务器端的socket有数据传输，则有客户端连接服务器端
//防止连接后，立即传数据，因此把连接的代码放在数据接收代码的后面
if (FD_ISSET(sockServer, &sock_ReadSet))
{
SOCKET sockClient = accept(sockServer, (SOCKADDR*)&addr_client, &len);
if (curClientCount < maxClientCount)
{
printf("连接个数：%d\n", curClientCount + 1);
sockClient_A[curClientCount] = sockClient;
curClientCount++;
break;
}
else
{
cout << "达到最大连接数..." << endl;
send(sockClient, "Client Exit...", 1024, 0);
closesocket(sockClient);
}
}
}
}
}
//步骤10：关闭套接字
closesocket(sockServer);
//步骤11：将应用程序和socket库解除绑定
WSACleanup();
return 0;
}
//TCP客户端：代码不变
#include <iostream>
#include <winsock2.h>
#include <windows.h>
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")//引用库文件
using namespace std;
int main(int argc, char ** argv)
{
//步骤1：当前应用程序和相应的socket库绑定
WORD wVersionRequested;
WSADATA wsaData;
int err;
wVersionRequested = MAKEWORD(2, 2);
err = WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData);
if (err != 0)
{
cout << "WSAStartup Failed!" << endl;
return -1;
}
//步骤2：创建TCP网络套接字
SOCKET sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
//步骤3：设置服务器端地址结构SOCKADDR_IN
SOCKADDR_IN addr_server;
//3.1 初始化SOCKADDR_IN
memset(&addr_server, 0, sizeof(addr_server));
//3.2 设置地址协议族
addr_server.sin_family = AF_INET;
//3.3 设置服务器端的IP
addr_server.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.101");
//3.4 设置服务器端的端口号
addr_server.sin_port = htons(1900);//不能使用公认端口，即端口>= 1024
//步骤4：客户端连接服务器
int result = connect(sock, (SOCKADDR*)&addr_server, sizeof(addr_server));
if (result == -1)
return -1;
cout << "Connect Seccessed!" << endl;
//步骤5：向服务器端发送数据
char Buf[1024] = "\0";
cin.getline(Buf, 1024);
send(sock, Buf, 1024, 0);
recv(sock, Buf, 1024, 0);
printf("%s\n", Buf);
//步骤6：关闭套接字
closesocket(sock);
//步骤7：将应用程序和socket库解除绑定
WSACleanup();
return 0;
}
方法1是将服务器端的套接字和客户端的套接字都放入FD_SET结构体中。当服务器端的套接字有数据传输，说明有客户端需要连接；当客户端的套接字有数据传输，要么是断开连接，要么是由数据传送。
知识点1：fd_set结构体
typedef struct fd_set {
u_int fd_count; /* 套接字数量 */
SOCKET fd_array[FD_SETSIZE]; /* 套接字数组，FD_SETSIZE = 64 */
} fd_set;
知识点2：
select(参数1,参数2,参数3,参数4,参数5)：轮循FD_SET中的套接字上是否有数据传输。
参数1：0，忽略；
参数2：FD_SET *，指向一组可读性检查的套接字（有数据可读入；连接关闭、重设、中止）。
参数3：FD_SET *，指向一组可写性检查的套接字。
参数4：FD_SET *，指向一组等待错误检查的套接字。
参数5：超时时间。若有数据，立即返回；否则等待tv_sec秒+ tv_usec毫秒。若timeval为NULL，表示一直等待。
struct timeval {
long tv_sec; /* 秒 */
long tv_usec; /* 毫秒 */
};
注：当客户端有数据传输时，执行select函数后，fd_count会减一，因此在步骤8的上一行代码处，我并未用fd_count来判断套接字数量，而是使用curClientCount + 1。
选择模型的本质是在select函数处，对多个客户端的套接字进行轮循，也因此导致效率低下。
//方法2
//服务器端
#include <winsock.h>
#include <stdio.h>
#define PORT 6000
#define MSGSIZE 1024
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")
int g_iTotalConn = 0;
SOCKET g_CliSocketArr[FD_SETSIZE];
DWORD WINAPI WorkerThread(LPVOID lpParameter);
int main()
{
WSADATA wsaData;
SOCKET sListen, sClient;
SOCKADDR_IN local, client;
int iaddrSize = sizeof(SOCKADDR_IN);
DWORD dwThreadId;
// Initialize Windows socket library
WSAStartup(0x0202, &wsaData);
// Create listening socket
sListen = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
// Bind
local.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);
local.sin_family = AF_INET;
local.sin_port = htons(PORT);
bind(sListen, (struct sockaddr *)&local, sizeof(SOCKADDR_IN));
// Listen
listen(sListen, 3);
// Create worker thread
HANDLE hHandle = CreateThread(NULL, 0, WorkerThread, NULL, 0, &dwThreadId);
CloseHandle(hHandle);
while (TRUE)
{
// Accept a connection
sClient = accept(sListen, (struct sockaddr *)&client, &iaddrSize);
printf("Accepted client:%s:%d\n", inet_ntoa(client.sin_addr), ntohs(client.sin_port));
// Add socket to fdTotal
g_CliSocketArr[g_iTotalConn++] = sClient;
}
return 0;
}
DWORD WINAPI WorkerThread(LPVOID lpParam)
{
int i;
fd_set fdread;
int ret;
struct timeval tv = { 1, 0 };
char szMessage[MSGSIZE];
while (TRUE)
{
FD_ZERO(&fdread);
for (i = 0; i < g_iTotalConn; i++)
{
FD_SET(g_CliSocketArr[i], &fdread);
}
// We only care read event
ret = select(0, &fdread, NULL, NULL, &tv);
if (ret == 0)
{
// Time expired
continue;
}
for (i = 0; i < g_iTotalConn; i++)
{
if (FD_ISSET(g_CliSocketArr[i], &fdread))
{
// A read event happened on pfdTotal->fd_array[i]
ret = recv(g_CliSocketArr[i], szMessage, MSGSIZE, 0);
if (ret == 0 || (ret == SOCKET_ERROR && WSAGetLastError() == WSAECONNRESET))
{
// Client socket closed
printf("Client socket %d closed.\n", g_CliSocketArr[i]);
closesocket(g_CliSocketArr[i]);
if (i < g_iTotalConn - 1)
{
g_CliSocketArr[i--] = g_CliSocketArr[--g_iTotalConn];
}
}
else
{ // We received a message from client
szMessage[ret] = '\0';
send(g_CliSocketArr[i], szMessage, strlen(szMessage), 0);
}
}
}
}
return 0;
}
//TCP客户端：代码不变
#include <iostream>
#include <winsock2.h>
#include <windows.h>
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")//引用库文件
using namespace std;
int main(int argc, char ** argv)
{
//步骤1：当前应用程序和相应的socket库绑定
WORD wVersionRequested;
WSADATA wsaData;
int err;
wVersionRequested = MAKEWORD(2, 2);
err = WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData);
if (err != 0)
{
cout << "WSAStartup Failed!" << endl;
return -1;
}
//步骤2：创建TCP网络套接字
SOCKET sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
//步骤3：设置服务器端地址结构SOCKADDR_IN
SOCKADDR_IN addr_server;
//3.1 初始化SOCKADDR_IN
memset(&addr_server, 0, sizeof(addr_server));
//3.2 设置地址协议族
addr_server.sin_family = AF_INET;
//3.3 设置服务器端的IP
addr_server.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.101");
//3.4 设置服务器端的端口号
addr_server.sin_port = htons(1900);//不能使用公认端口，即端口>= 1024
//步骤4：客户端连接服务器
int result = connect(sock, (SOCKADDR*)&addr_server, sizeof(addr_server));
if (result == -1)
return -1;
cout << "Connect Seccessed!" << endl;
//步骤5：向服务器端发送数据
char Buf[1024] = "\0";
cin.getline(Buf, 1024);
send(sock, Buf, 1024, 0);
recv(sock, Buf, 1024, 0);
printf("%s\n", Buf);
//步骤6：关闭套接字
closesocket(sock);
//步骤7：将应用程序和socket库解除绑定
WSACleanup();
return 0;
}
方法2中，主线程负责连接客户端，工作线程负责处理客户端传来的数据。
方法2中的代码摘自：《Windows网络编程》第八章。