CAsyncSocket，CSocket内幕及其用法

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jmcooler（原作）  
  
关键字     Socket CAsyncSocket CSocket CSocketFile 同步(阻塞) 异步(非阻塞) 
  


    Socket有同步阻塞方式和异步非阻塞方式两种使用，事实上同步和异步在我们编程的生涯中可能遇到了很多，而Socket也没什么特别。虽然同步好用，不费劲，但不能满足一些应用场合，其效率也很低。
    也许初涉编程的人不能理解“同步(或阻塞)”和“异步(或非阻塞)”，其实简单两句话就能讲清楚，同步和异步往往都是针对一个函数来说的，“同步”就是函数直到其要执行的功能全部完成时才返回，而“异步”则是，函数仅仅做一些简单的工作，然后马上返回，而它所要实现的功能留给别的线程或者函数去完成。例如，SendMessage就是“同步”函数，它不但发送消息到消息队列，还需要等待消息被执行完才返回；相反PostMessage就是个异步函数，它只管发送一个消息，而不管这个消息是否被处理，就马上返回。

一、Socket API
    首先应该知道，有Socket1.1提供的原始API函数，和Socket2.0提供的一组扩展函数，两套函数。这两套函数有重复，但是2.0提供的函数功能更强大，函数数量也更多。这两套函数可以灵活混用，分别包含在头文件Winsock.h，Winsock2.h，分别需要引入库wsock32.lib、Ws2_32.lib。

1、默认用作同步阻塞方式，那就是当你从不调用WSAIoctl()和ioctlsocket()来改变Socket IO模式，也从不调用WSAAsyncSelect()和WSAEventSelect()来选择需要处理的Socket事件。正是由于函数accept()，WSAAccept()，connect()，WSAConnect()，send()，WSASend()，recv()，WSARecv()等函数被用作阻塞方式，所以可能你需要放在专门的线程里，这样以不影响主程序的运行和主窗口的刷新。
2、如果作为异步用，那么程序主要就是要处理事件。它有两种处理事件的办法：
    第一种，它常关联一个窗口，也就是异步Socket的事件将作为消息发往该窗口，这是由WinSock扩展规范里的一个函数WSAAsyncSelect()来实现和窗口关联。最终你只需要处理窗口消息，来收发数据。
  第二种，用到了扩展规范里另一个关于事件的函数WSAEventSelect()，它是用事件对象的方式来处理Socket事件，也就是，你必须首先用WSACreateEvent()来创建一个事件对象，然后调用WSAEventSelect()来使得Socket的事件和这个事件对象关联。最终你将要在一个线程里用WSAWaitForMultipleEvents()来等待这个事件对象被触发。这个过程也稍显复杂。
二、CAsyncSocket
    看类名就知道，它是一个异步非阻塞Socket封装类，CAsyncSocket::Create()有一个参数指明了你想要处理哪些Socket事件，你关心的事件被指定以后，这个Socket默认就被用作了异步方式。那么CAsyncSocket内部到底是如何将事件交给你的呢？
    CAsyncSocket的Create()函数，除了创建了一个SOCKET以外，还创建了个CSocketWnd窗口对象，并使用WSAAsyncSelect()将这个SOCKET与该窗口对象关联，以让该窗口对象处理来自Socket的事件(消息)，然而CSocketWnd收到Socket事件之后，只是简单地回调CAsyncSocket::OnReceive()，CAsyncSocket::OnSend()，CAsyncSocket::OnAccept()，CAsyncSocket::OnConnect()等虚函数。所以CAsyncSocket的派生类，只需要在这些虚函数里添加发送和接收的代码。
  
  简化后，大致的代码为：
  bool CAsyncSocket::Create( long lEvent ) file://参/数lEvent是指定你所关心的Socket事件
  {
   m_hSocket = socket( PF_INET, SOCK_STREAM, 0 ); file://创/建Socket本身

   CSocketWnd* pSockWnd = new CSocketWnd; file://创/建响应事件的窗口，实际的这个窗口在AfxSockInit()调用时就被创建了。
   pSockWnd->Create(...);

   WSAAsyncSelect( m_hSocket, pSockWnd->m_hWnd, WM_SOCKET_NOTIFY, lEvent ); file://Socket/事件和窗口关联
  }
  
  static void PASCAL CAsyncSocket::DoCallBack(WPARAM wParam, LPARAM lParam)
  {
   CAsyncSocket Socket;
   Socket.Attach( (SOCKET)wParam ); file://wParam/就是触发这个事件的Socket的句柄
   int nErrorCode = WSAGETSELECTERROR(lParam); file://lParam/是错误码与事件码的合成
   switch (WSAGETSELECTEVENT(lParam))
   {
   case FD_READ:
    pSocket->OnReceive(nErrorCode);
    break;
   case FD_WRITE:
    pSocket->OnSend(nErrorCode);
    break;
   case FD_OOB:
    pSocket->OnOutOfBandData(nErrorCode);
    break;
   case FD_ACCEPT:
    pSocket->OnAccept(nErrorCode);
    break;
   case FD_CONNECT:
    pSocket->OnConnect(nErrorCode);
    break;
   case FD_CLOSE:
    pSocket->OnClose(nErrorCode);
    break;
   }
  }

  CSocketWnd类大致为：

  BEGIN_MESSAGE_MAP(CSocketWnd, CWnd)
   ON_MESSAGE(WM_SOCKET_NOTIFY, OnSocketNotify)
  END_MESSAGE_MAP()

  LRESULT CSocketWnd::OnSocketNotify(WPARAM wParam, LPARAM lParam)
  {
   CAsyncSocket::DoCallBack( wParam, lParam ); file://收/到Socket事件消息，回调CAsyncSocket的DoCallBack()函数
   return 0L;
  }

  然而，最不容易被初学Socket编程的人理解的，也是本文最要提醒的一点是，客户方在使用CAsyncSocket::Connect()时，往往返回一个WSAEWOULDBLOCK的错误(其它的某些函数调用也如此)，实际上这不应该算作一个错误，它是Socket提醒我们，由于你使用了非阻塞Socket方式，所以(连接)操作需要时间，不能瞬间建立。既然如此，我们可以等待呀，等它连接成功为止，于是许多程序员就在调用Connect()之后，Sleep(0)，然后不停地用WSAGetLastError()或者CAsyncSocket::GetLastError()查看Socket返回的错误，直到返回成功为止。这是一种错误的做法，断言，你不能达到预期目的。事实上，我们可以在Connect()调用之后等待CAsyncSocket::OnConnect()事件被触发，CAsyncSocket::OnConnect()是要表明Socket要么连接成功了，要么连接彻底失败了。至此，我们在CAsyncSocket::OnConnect()被调用之后就知道是否Socket连接成功了，还是失败了。
  类似的，Send()如果返回WSAEWOULDBLOCK错误，我们在OnSend()处等待，Receive()如果返回WSAEWOULDBLOCK错误，我们在OnReceive()处等待，以此类推。
  还有一点，也许是个难点，那就是在客户方调用Connect()连接服务方，那么服务方如何Accept()，以建立连接的问题。简单的做法就是在监听的Socket收到OnAccept()时，用一个新的CAsyncSocket对象去建立连接，例如：

 void CMySocket::OnAccept( int ErrCode )
 {
       CMySocket* pSocket = new CMySocket;
       Accept( *pSocket );
 }
    于是，上面的pSocket和客户方建立了连接，以后的通信就是这个pSocket对象去和客户方进行，而监听的Socket仍然继续在监听，一旦又有一个客户方要连接服务方，则上面的OnAccept()又会被调用一次。当然pSocket是和客户方通信的服务方，它不会触发OnAccept()事件，因为它不是监听Socket。

三、CSocket
   CSocket是MFC在CAsyncSocket基础上派生的一个同步阻塞Socket的封装类。它是如何又把CAsyncSocket变成同步的，而且还能响应同样的Socket事件呢？
  其实很简单，CSocket在Connect()返回WSAEWOULDBLOCK错误时，不是在OnConnect()，OnReceive()这些事件终端函数里去等待。你先必须明白Socket事件是如何到达这些事件函数里的。这些事件处理函数是靠CSocketWnd窗口对象回调的，而窗口对象收到来自Socket的事件，又是靠线程消息队列分发过来的。总之，Socket事件首先是作为一个消息发给CSocketWnd窗口对象，这个消息肯定需要经过线程消息队列的分发，最终CSocketWnd窗口对象收到这些消息就调用相应的回调函数(OnConnect()等)。
   所以，CSocket在调用Connect()之后，如果返回一个WSAEWOULDBLOCK错误时，它马上进入一个消息循环，就是从当前线程的消息队列里取关心的消息，如果取到了WM_PAINT消息，则刷新窗口，如果取到的是Socket发来的消息，则根据Socket是否有操作错误码，调用相应的回调函数(OnConnect()等)。
  大致的简化代码为：

  BOOL CSocket::Connect( ... )
  {
   if( !CAsyncSocket::Connect( ... ) )
   {
    if( WSAGetLastError() == WSAEWOULDBLOCK ) file://由/于异步操作需要时间，不能立即完成，所以Socket返回这个错误
    {
     file://进/入消息循环，以从线程消息队列里查看FD_CONNECT消息，直到收到FD_CONNECT消息，认为连接成功。
     while( PumpMessages( FD_CONNECT ) );
    }
   }
  }
  BOOL CSocket::PumpMessages( UINT uEvent )
  {
      CWinThread* pThread = AfxGetThread();
      while( bBlocking ) file://bBlocking/仅仅是一个标志，看用户是否取消对Connect()的调用
      {
          MSG msg;
          if( PeekMessage( &msg, WM_SOCKET_NOTIFY ) )
          {
             if( msg.message == WM_SOCKET_NOTIFY && WSAGETSELECTEVENT(msg.lParam) == uStopFlag )
             {
                 CAsyncSocket::DoCallBack( msg.wParam, msg.lParam );
                 return TRUE;
             }     
         }
         else
        {
             OnMessagePending(); file://处/理消息队列里的其它消息
             pThread->OnIdle(-1);
        }
     }
  }
  BOOL CSocket::OnMessagePending()
  {
      MSG msg;
       if( PeekMessage( &msg, NULL, WM_PAINT, WM_PAINT, PM_REMOVE ) )
       { file://这/里仅关心WM_PAINT消息，以处理阻塞期间的主窗口重画
           ::DispatchMessage( &msg );
           return FALSE;
       }
       return FALSE;
  }

   其它的CSocket函数，诸如Send()，Receive()，Accept()都在收到WSAEWOULDBLOCK错误时，进入PumpMessages()消息循环，这样一个原本异步的CAsyncSocket，到了派生类CSocket，就变成同步的了。
  明白之后，我们可以对CSocket应用自如了。比如有些程序员将CSocket的操作放入一个线程，以实现多线程的异步Socket(通常，同步+多线程 相似于 异步 )。

四、CSocketFile
  另外，进行Socket编程，不能不提到CSocketFile类，其实它并不是用来在Socket双方发送文件的，而是将需要序列化的数据，比如一些结构体数据，传给对方，这样，程序的CDocument()的序列化函数就完全可以和CSocketFile联系起来。例如你有一个CMyDocument实现了Serialize()，你可以这样来将你的文档数据传给Socket的另一方：

 CSocketFile file( pSocket );
 CArchive ar( &file, CArchive::store );
 pDocument->Serialize( ar );
 ar.Close();

  同样，接收一方可以只改变上面的代码为CArchive ar( &file, CArchive::load );即可。
   注意到，CSocketFile类虽然从CFile派生，但它屏蔽掉了CFile::Open()等函数，而函数里仅扔出一个例外。那么也就是说，你不能调用CSocketFile的Open函数来打开一个实实在在的文件，否则会导致例外，如果你需要利用CSocketFile来传送文件，你必须提供CSocketFile类的这些函数的实现。
  再一点，CArchive不支持在datagram的Socket连接上序列化数据

下面转自一位网友,也写的不错^^,

一、实现方法

　　微软的MFC把复杂的WinSock API函数封装到类里，这使得编写网络应用程序更容易。CAsyncSocket类逐个封装了WinSock API，为高级网络程序员提供了更加有力而灵活的方法。这个类基于程序员了解网络通讯的假设，目的是为了在MFC中使用WinSock，程序员有责任处理诸如阻塞、字节顺序和在Unicode与MBCS 间转换字符的任务。为了给程序员提供更方便的接口以自动处理这些任务，MFC给出了CSocket类，这个类是由CAsyncSocket类继承下来的，它提供了比CAsyncSocket更高层的WinSock API接口。Csocket类和CsocketFile类可以与Carchive类一起合作来管理发送和接收的数据，这使管理数据收发更加便利。CSocket对象提供阻塞模式，这对于Carchive的同步操作是至关重要的。阻塞函数（如Receive()、Send()、ReceiveFrom()、SendTo() 和Accept()）直到操作完成后才返回控制权，因此如果需要低层控制和高效率，就使用CasyncSock类；如果需要方便，则可使用Csocket类。

　　CSocket类是由CAsyncSocket继承而来的，事实上，在MFC中CAsyncSocket 逐个封装了WinSock API，每个CAsyncSocket对象代表一个Windows Socket对象，使用CAsyncSocket 类要求程序员对网络编程较为熟悉。相比起来，CSocket类是CAsyncSocket的派生类，继承了它封装的WinSock API。

　　一个CSocket对象代表了一个比CAsyncSocket对象更高层次的Windows Socket的抽象，CSocket类与CSocketFile类和CArchive类一起工作来发送和接收数据，因此使用它更加容易使用。CSocket对象提供阻塞模式，因为阻塞功能对于CArchive的同步操作是至关重要的。在这里有必要对阻塞的概念作一解释：一个socket可以处于"阻塞模式"或"非阻塞模式"，当一个套接字处于阻塞模式（即同步操作）时，它的阻塞函数直到操作完成才会返回控制权，之所以称为阻塞是因为此套接字的阻塞函数在完成操作返回之前什么也不能做。如果一个socket处于非阻塞模式（即异步操作），则会被调用函数立即返回。在CAsyncSocket类中可以用GetLastError 成员函数查询最后的错误，如果错误是WSAEWOULDBLOCK则说明有阻塞，而CSocket绝不会返回WSAEWOULDBLOCK，因为它自己管理阻塞。微软建议尽量使用非阻塞模式，通过网络事件的发生而通知应用程序进行相应的处理。但在CSocket类中，为了利用CArchive 处理通讯中的许多问题和简化编程，它的一些成员函数总是具有阻塞性质的，这是因为CArchive类需要同步的操作。

　　在Win32环境下，如果要使用具有阻塞性质的套接字，应该放在独立的工作线程中处理，利用多线程的方法使阻塞不至于干扰其他线程，也不会把CPU时间浪费在阻塞上。多线程的方法既可以使程序员享受CSocket带来的简化编程的便利，也不会影响用户界面对用户的反应。

　　CAsyncSocket类编程模型

　　在一个MFC应用程序中，要想轻松处理多个网络协议，而又不牺牲灵活性时，可以考虑使用CAsyncSocket类，它的效率比CSocket 类要高。CAsyncSocket类针对字节流型套接字的编程模型简述如下：

　　1、构造一个CAsyncSocket对象，并用这个对象的Create成员函数产生一个Socket句柄。可以按如下两种方法构造：

CAsyncSocket sock; //使用默认参数产生一个字节流套接字
Sock.Create();
　　或在指定端口号产生一个数据报套接字

CAsyncSocket*pSocket=newCAsyncSocket;
int nPort=27;
pSocket->Create(nPort,SOCK-DGRAM);
　　第一种方法在栈上产生一个CAsyncSocket对象，而第二种方法在堆上产生CAsyncSocket对象；第一种方法中Create（）成员函数用缺省参数产生一个字节流套接字，第二种方法中用Create（）成员函数在指定的端口产生一个数字报套接字。Create（）函数的原型为：

BOOL Create( UINT nSocketPort = 0, int nSocketType = SOCK_STREAM,
LPCTSTR lpszSocketAddress = NULL );
　　该函数的参数有：

　　1）端口，UINT类型。注意：如果是服务方，则使用一个众所周知的端口供服务方连接；如果是客户方，典型做法是接受默认参数，使套接字可以自主选择一个可用端口；

　　2）socket 类型，可以是SOCK-STREAM（默认值，字节流）或SOCK-DGRAM（数据报）；

　　3）socket的地址，例如"ftp.gliet.edu.cn"或"202.193.64.33"。

　　2、如是客户方程序，用CAsyncSocket∷Connect（）成员函数连接到服务方；如是服务方程序，用CAsyncSocket∷Listen（）成员函数开始监听，一旦收到连接请求，则调用CAsyncSocket∷Accept（）成员函数开始接收。注意：CAsyncSocket ∷Accept（）成员函数要用一个新的并且是空的CAsyncSocket对象作为它的参数，这里所说的"空的"指的是这个新对象还没有调用Create（）成员函数。

　　3、调用其他的CAsyncSocket类的Receive（）、ReceiveFrom（）、Send（）和SendTo（）等成员函数进行数据通信。

　　4、通讯结束后，销毁CAsyncSocket对象。如果是在栈上产生的CAsyncSocket对象，则对象超出定义的范围时自动被析构；如果是在堆上产生，也就是用了new这个操作符，则必须使用delete操作符销毁CAsyncSocket 对象。