SocketAPI，CAsyncSocket，CSocket内幕及其用法

SocketAPI，CAsyncSocket，CSocket内幕及其用法

原作者:jmcooler 

摘要：SocketAPI，CAsyncSocket，CSocket内幕及其用法

    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。
  //以下内容是作者根据CAsyncSocket的功能来探讨其内部结构，如果微软开发源码，那该多好哈！
  简化后，大致的代码为：
  bool CAsyncSocket::Create( long lEvent ) //参数lEvent是指定你所关心的Socket事件
  {
   m_hSocket = socket( PF_INET, SOCK_STREAM, 0 ); //创建Socket本身

   CSocketWnd* pSockWnd = new CSocketWnd; //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 ); //Socket事件和窗口关联
  }
  
  static void PASCAL CAsyncSocket::DoCallBack(WPARAM wParam, LPARAM lParam)
  {
   CAsyncSocket Socket;
   Socket.Attach( (SOCKET)wParam ); //wParam就是触发这个事件的Socket的句柄
   int nErrorCode = WSAGETSELECTERROR(lParam); //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 ); //收到Socket事件消息，回调CAsyncSocket的DoCallBack()函数
   return 0L;
  }

以上是原作者jmcooler的构思，这也说明了jmcooler朋友深厚的编程功底。

实际情况如下：

BOOL CAsyncSocket::Create
(
UINT nSocketPort = 0,                  //默认自动分配一个端口号
int nSocketType = SOCK_STREAM,         //默认TCP连接
long lEvent = FD_READ|FD_WRITE|FD_OOB|FD_ACCEPT|FD_CONNECT|FD_CLOSE,
LPCTSTR lpszSocketAddress = NULL

);

参数如下：  

  nSocketPort是指定使用的端口号，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，可以接受默认参数，使套接字自由选择一个可用端口（即默认为0)；

  nSocketType是指定使用的通信协议；

  lpszSocketAddress是指定本地的IP地址，可以用分点法或域名法。

  lEvent 位掩码，它指定了应用感兴趣的网络事件的组合 ,对于指明的相关事件的相关函数调用都不需要等待完成后才返回，函数会马上返回。然后在完成任务后发送事件通知，并重载以下成员函数来处理各种网络事件。

创建端口时指定的事件和需要重载的函数参数值事件重载的函数FD_READ有数据到达void OnReceive(int nErrorCode)FD_WRITE有数据发送void OnSend(int nErrorCode)FD_OOB收到外带数据void OnOutOfBandData(int nErrorCode)FD_ACCEPT 服务器等待连接成功void OnAccept(int ErrorCode)FD_CONNECT客户端连接成功void  OnConnect(int nErrorCode)FD_CLOSE套接字关闭void  OnClose(int nErrorCode)

  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 ) //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
    {//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 ) //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(); //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 ) )
       {//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。

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找了好些文章，感觉这篇挺容易懂的。原本WinSock API是同步模式，如果网络出了问题或者其它原因他会一直阻塞，原因就是太过简单的同步模式，它是让像send()这样的调用一直处于线程挂起状态，英特网上的通信可不像在PC里CPU跟外设的通信一样简单，比如我们打开一个网页，不可能一下就打开，阻塞是常有的事，很多时候我们都在等，等待你的PC连到外面集线器的那根线上什么时候有信号过来，事实是这样，需要

等待，但是我们不能让线程傻傻地等待，采用多线程的方法，让另外一个线程等待，设定超时计时器等等方法，让原来的线程可以干别的事，比如写一行字‘正在连接。。。’，这就是异步方式，CAsyncSocket就是个比较好的异步方式封装。