C++服务器（六）：socket 异步模型与select 的实现

之前在另一篇博客上提到一些关于socket 的异步模型的资料，其中有一篇博客写得很详细，在此附上链接：
socket阻塞与非阻塞，同步与异步、I/O模型[1]

这篇博客已经讲得很好了。但是我还是觉得，有必要的话，应该捧个书本系统地探究一下socket 异步模型的区别和实现。

在这里，我选择的实现是使用select 模型。
原因如下：

• 服务器目前只是个人使用，所以，流量并不会很大，少数的socket 就能支持了。
• 暂时作为练手制作，socket 的异步模式实现暂时选择简单一点的试试。

select

select 的函数原型：

int select(int n,fd_set * readfds,fd_set * writefds,fd_set * exceptfds,struct timeval * timeout);//表头文件#include<sys/time.h>#include<sys/types.h>#include<unistd.h>

*在[3] 中有整理的很好的linux 函数手册，其中本博文的select 如何使用是参考了它提供的代码。

示例代码

先看代码，注意，这里的代码结合之前我封装的socket 类使用，而我自定义的类，建议在github 上看最新版本的代码（感觉也封装得并不是很理想，希望能够得到建议），也可以参考前文的博客。
这是server

void SocketTwo(){    fd_set freads;    timeval t = {1 , 0};    TCPSocket serverTcp(ANYIP, true);    const int length = 3;    TCPSocket data[length];    int now = 1;    //data[0] = serverTcp.accept();    serverTcp.accept(data);    int max = serverTcp.getSocket()+1;    max = data[0].getSocket()+1;    char buffer[256];    while(true)    {        FD_ZERO(&freads);//每次都要清0        int size = now;        FD_SET(serverTcp.getSocket(), &freads);//每次都要重新加入        for(int i=0;i<size; ++i)        {            FD_SET(data[i].getSocket(), &freads);        }        int result = select(max, &freads, nullptr, nullptr, &t);        if(result==0)        {            cout<<"nothing to read"<<endl;            sleep(2);            continue;        }        else if(result<0)        {            cout<<"error"<<endl;            sleep(2);            continue;        }        if(FD_ISSET(serverTcp.getSocket(), &freads))        {            //data[now] =  serverTcp.accept();            serverTcp.accept(data+now);            if(data[now].getSocket() +1 > max) max = data[now].getSocket()+1;            ++now;        }        for(int i=0;i<size;++i)        {            if(FD_ISSET(data[i].getSocket(), &freads))            {                auto len = data[i].recv(buffer, 256);                buffer[len] =  '\0';                cout<<i<<":"<<len<<"  "<<buffer<<endl;            }        }        sleep(2);        cout<<"once"<<endl;    }}

这是client

void selectSocketTest(){    //TCPSocket tcp("127.0.0.1");    TCPSocket tcp(SERVERIP);    tcp.connect();    char buffer[256];    while(true)    {        cin>>buffer;        tcp.send(buffer, 256);    }}

这是实现的功能是server 可以接收新的套接字的到来，也可以接收消息，然后把消息打印出来。而client 就只是连接，然后发送消息。
注意，这是为了实现方便，并没有具备正确结算线程的机制，也没有正确关闭套接字的机制，贡献进项目的代码中，一定要考虑到这些方面。

select() 用来等待文件描述符的状态变化，各个参数可以详见参考手册。

timeval

select 的最后一个参数是timeval ，这个参数指示了在select 的时候，对于时间的反应是怎么样的。

timeout为结构timeval，用来设置select()的等待时间，其结构定义如下
struct timeval
{
time_t tv_sec;
time_t tv_usec;
};

其中tv_sec表示秒， tv_usec表示毫秒。

• 最后一个参数为nullptr 时，无限等待（阻塞），直到检测到状态可读
• 当秒为0，且毫秒也为0 时，不进行阻塞，立刻返回
• 其他情况则等待相应的时间

返回值

select 的返回值如下：

• 0，表示没有检测到状态变化。
• 负数，error！
• 正数，描述符已改变的个数

fd_set

select 的第二个参数使用了 fd_set 类型。
在我的理解中，它就是一个位集合，用来标识哪些文件描述符的状态发生了变化。
而对于它的操作，API 提供了四个宏：

FD_CLR(inr fd,fd_set* set)；用来清除描述词组set中相关fd 的位FD_ISSET(int fd,fd_set *set)；用来测试描述词组set中相关fd 的位是否为真FD_SET（int fd,fd_set*set）；用来设置描述词组set中相关fd的位FD_ZERO（fd_set *set）； 用来清除描述词组set的全部位

根据个人的理解，这里举例一下。假如有以下代码：

fd_set freads;FD_ZERO(&freads);//1FD_SET(3, &freads);//2FD_SET(5, &freads);//3...//5 发生了变化select(6, &freads, nullptr, nullptr, nullptr);//4

假如 freads 的表示使用 8个bit 表示吧
数字表示语句执行后的情况

1：0000 0000
2：0001 0000
3：0001 0100
4：0000 0100

这么说看得懂吗。
就是每次使用freads 都要清0，然后重新把一个个的文件描述符加进去，然后select 去检测它们的状态，然后使用

FD_ISET()

来判断，进行下一步的操作。
当然，我没有深入了解freads 的实现机制，上面只是个人的理解而已。

参数n

select 的第一个参数，是有严格要求的。

参数n代表最大的文件描述词加1

假如加入的文件描述符最大为7，那么n 应该为8，它的意思就是，我要去检测前8个文件描述符的状态。

关于accept函数

之前在封装socket 的时候，accept 的实现如下：

//1void TCPSocket::accept(Socket* s){    TCPSocket* t = dynamic_cast<TCPSocket*>(s);    unsigned int len = sizeof(addr);    t->setSocket(::accept(tcp_socket, (sockaddr*)&(t->getAddr()), &len));    t->setAddr(t->getAddr());}//2TCPSocket TCPSocket::accept(){    sockaddr_in from;    unsigned int  len = sizeof(from);    getTime()<<"waiting for connection"<<endl;    int s = ::accept(tcp_socket, (sockaddr*)&from, &len);    getTime()<<"accept from : "<<static_cast<char*>(inet_ntoa(from.sin_addr) )<<endl;    return TCPSocket(s,from);}

使用第一个函数没有问题，但是当使用第二个函数的时候，select 就会error，我并不知道原因为啥，不过既然如此，那么就只定义第一个函数吧。

github

xiaosa233
可以获得最新的代码

参考资料
[1] socket阻塞与非阻塞，同步与异步、I/O模型
[2] linux select函数详解
[3] Linux 常用C函数（中文版）