学习笔记(07):C++网络编程进阶-IO模型之重叠Overlapped IO（基于事件通知）

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重叠Overlapped IO模型

重叠模型让应用程序使用重叠数据（WSAOVERLAPPED） , OVERLAPPED 是WIN32的一项技术，你可以要求操作系统为你传送数据， 并且在传送完毕时通知你，这项技术使你的程序在IO进行过程中仍然能够继续处理事务，支持重叠IO操作的系统对象处理文件，还有管道，串口，SOCKET

重叠Overlapped IO模型的优点

比起select WSAAsyncSelect以及WSAEventSelect等模型，重叠IO模型使应用程序能达到更加的系统性能，因为使用重叠模型的应用程序通知缓冲区收发系统直接使用数据，也就是说，如果应用程序投递了一个10kb大小的缓冲区来接收数据，且数据已经到达套接字，则该数据将直接拷贝到投递的缓冲区，而这4中模型需要调用接收函数之后，数据才从单套接字缓冲区拷贝到应用程序的缓冲区，差别就体现出来了。

重叠IO请求的通知的方式

1、事件对象通知（event object notification）

2、完成例程（completion routines）

重叠IO基于事件通知的流程

将windows事件对象与WSAOVERLAPPED结构关联在一起，（WSAOVERLAPPED结构中专门有对应的参数），使用重叠结构，我们常用的send，sendto，recv，recvfrom都要被WSASend，WSAWendto，WSARecv，WSARecvFrom替换，它们的参数中都有一个Overlapped参数，我们可以假设把我们的WSARecv这样的操作“绑定”到这个重叠结构上，提交一个请求，其他的事情就交个重叠结构去操作，而其中重叠结构又要与windows的事件对象（最多64个事件）“绑定”在一起，这样我们调用完WSARecv以后，就可以坐享其成，邓傲重叠结构操作完成以后，自然就有与之对应的事件来通知我们操作完成，然后我们就可以根据重叠操作的结构去的我们想要的数据。

WSARecv(

SOCKET s,

LPWSABUF lpBuffers,

DWORD dwBufferCount,

LPDWORD lpNumberOfBytesRecvd,

LPDWORD lpFlags,

LPWSAOVERLAPPED lpOverlapped,

LPWSAOVERLAPPED_COMPLETION_ROUTINE lpCompletionRoutine

);

参数：

第一个参数：投递这个操作的套接字

第二个参数：接收缓冲区，是WSABUF结构数组

第三个参数：数组中WSABUG结构的数量

第四个参数：如果接收操作立即完成，返回函数所收到的字节数

第五个参数：设置为0即可

第六个参数：“绑定重叠结构”

第七个参数：完成例程中的参数，我们这里设置为NULL

返回值：

成功返回0 ， 完成例程将在调用线程处于alertable状态时被调用

失败返回SOCKET_ERROR的值，并通过WSAGetLastError错误代码，错误代码WSA_IO_PENDING表示重叠操作已经成功启动，并将在稍后的时间内表示完成，任何其他错误代码表名重叠操作为成功启动。

WSASend(

SOCKET s,

LPWSABUF lpBuffers,

DWORD dwBufferCount,

LPDWORD lpNumberOfBytesSent,

DWORD dwFlags,

LPWSAOVERLAPPED lpOverlapped,

LPWSAOVERLAPPED_COMPLETION_ROUTINE lpCompletionRoutine

);

参数：

第一个参数：标识一个已经连接套接字的描述字

第二个参数：一个指向WSABUF结构数组的指针

第三个参数：lpBuffers数组中WSABUF结构的数组

第四个参数：如果发送操作立即完成，则为一个指向所发送数据字节的指针

第五个参数：标志位

第六个参数：指向WSAOERLAPPED结构的指针，对于非重叠接口则忽略。

第七个参数：一个指向发送操作完成后调用的完成例程的指针（对于非重叠则忽略）

返回值：

成功返回0 ， 完成例程将在调用线程处于alertable状态时被调用

否则返回SOCKET_ERROR的值，并通过调用WSAGetLastError（）来检索特定的错误代码，错误代码WSA_IO_PENDING表名重叠操作已经成功启动，并将在稍后的事件内表示完成，任何其他的错误代码表名重叠操作为成功启动，也不会出现指示。

typedef struct _WSABUF {

ULONG len; /* the length of the buffer */

_Field_size_bytes_(len) CHAR FAR *buf; /* the pointer to the buffer */

} WSABUF, FAR * LPWSABUF;

 

WSAGetOverlappedResult函数：

WSAGetOverlappedResult(

SOCKET s,

LPWSAOVERLAPPED lpOverlapped,

LPDWORD lpcbTransfer,

BOOL fWait,

LPDWORD lpdwFlags

);

参数：

第一个参数：套接字s

第二个参数想要查询结构的重叠结构的指针

第三个参数：本次重叠操作的实际接收（或发送）的字节数

第五个参数：设置为TURE，除非重叠操作完成，否则函数不会返回，设置为Fasle，而且操作仍处于挂起状态，那么函数就会返回false，错误为WSA_IO_INCOMPLETE,应为我们是等待事件来通知我们操作完成。

第六个参数：接收结果标志

范返回值：

成功则返回true，重叠操作已经成功完成，并更新lpcbTransfer所指向的值，失败返回false，通过WSAGetLastError来获取错误代码

基于事件通知的重叠IO编程步骤

1、创建套接字在指定端口监听（socket会默认设置WSA_FLAG_OOVERLAPPED标志），并接受客户端连接请求

2、为接受的套接字为新建一个WSAOVERLAPPED结构，并为该结构分配一个事件对象句柄，同时将该事件对象句柄分配给一个事件数组，以便稍后有WSAWaitForMultipleEvent函数使用

3、在套接字上投递一个异步WSARecv请求，指定参数为WSAOVERLAPPED结构，让WSAOVERLAPPED结构来替我们请求IO请求，注意函数通常会以失败告终，返回SOCKET_ERROR错误状态WSA_IO_PENDING(IO操作尚未完成)

4、使用步骤2的事件数组，调用WSAWaitForMultipleEvents函数，并等待与重叠调用关联在一起的事件进入“已传信”状态，根据WSAWaitForMultipleEvents函数的返回值来确定究竟事件数组中的哪一个事件被触发了。

5、WSAWaitForMultipleEvents函数返回后，针对“已传信”状态的事件，调用WSAResetEvent函数，事件已经被触发了之后，它对于我们来讲已经没有利用价值了，所以要将它重置准备下一次使用。

6、使用WSAGetOverlappedResult函数取的重叠的返回状态，需要检查堆放的Socket连接是否关闭，如果操作完成，WSABUF结构里面就存有我们WSARecv来的数据。

7、在套接字上继续投递WSARecv请求，即重复步骤3·6

服务端代码

#include<stdlib.h>
#include<WinSock2.h>
#include <iostream>
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")
using namespace std;
SOCKET socketArray[WSA_MAXIMUM_WAIT_EVENTS];
WSAEVENT eventArray[WSA_MAXIMUM_WAIT_EVENTS];
WSAOVERLAPPED* overArray[WSA_MAXIMUM_WAIT_EVENTS];
WSABUF bufArray[WSA_MAXIMUM_WAIT_EVENTS];
int N = 0;
DWORD WINAPI ThreadProc(LPVOID lpRarameter);
int main()
{
    WSADATA wd;
    if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wd) != 0)
    {
        cout << "WSAStartup error " << WSAGetLastError() << endl;
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    //
    SOCKET s = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
    if (s == INVALID_SOCKET)
    {
        cout << "socket error " << WSAGetLastError() << endl;
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    sockaddr_in addr;
    addr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(8000);
    int bindRet = bind(s, (sockaddr*)&addr, sizeof sockaddr);
    if (bindRet == SOCKET_ERROR)
    {
        cout << " bind error " << WSAGetLastError() << endl;
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    int listenRet = listen(s, 0);
    if (listenRet == SOCKET_ERROR)
    {
        cout << "listen error " << WSAGetLastError() << endl;
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    HANDLE hThread = CreateThread(NULL, 0, ThreadProc, NULL, 0, NULL);
    CloseHandle(hThread);
    while (true)
    {
        SOCKET sClient = accept(s, NULL, NULL);
        if (sClient == INVALID_SOCKET)
        {
            cout << "accept error" << WSAGetLastError() << endl;
            continue;
        }
        cout << sClient << " 进入聊天室" << endl;
        char temp[30] = {'\0'};
        sprintf_s(temp, "欢迎%d进入聊天室", sClient);
        send(sClient, temp, strlen(temp), 0);
        WSAEVENT event = WSACreateEvent();
        WSAOVERLAPPED* pOver = new WSAOVERLAPPED;
        pOver->hEvent = event;
        WSABUF wsabuf;
        wsabuf.buf = new char[100]{ '\0' };
        wsabuf.len = 100;
        socketArray
= sClient;
        eventArray
= event;
        bufArray
= wsabuf;
        overArray[N++] = pOver;
        DWORD flags = 0;
        DWORD numberOfByRecvd = 0;
        int wsaRecvRet = WSARecv(sClient, &wsabuf, 1, &numberOfByRecvd, &flags, pOver, NULL);
        if (wsaRecvRet == SOCKET_ERROR)
        {
            int err = WSAGetLastError();
            if (err != WSA_IO_PENDING)
            {
                cout << "WSARecv 失败" << endl;
            }
        }
    }
}
DWORD WINAPI ThreadProc(LPVOID lpRarameter)
{
    while (true)
    {
        int waitRet = WSAWaitForMultipleEvents(N, eventArray, false, 1000, false);
        if (waitRet == WSA_WAIT_FAILED)
        {
            continue;
        }
        int index = waitRet - WSA_WAIT_EVENT_0;

        WSAResetEvent(eventArray[index]);
        WSAOVERLAPPED* pOver = overArray[index];
        DWORD lpcbTransfer = 0;
        DWORD lpdwFlags = 0;
        int ret2 = WSAGetOverlappedResult(socketArray[index], pOver, &lpcbTransfer, true, &lpdwFlags);
        if (ret2 && lpcbTransfer > 0)
        {
            cout << socketArray[index] << "说:" << bufArray[index].buf << endl;
            ZeroMemory(bufArray[index].buf, 100);
            DWORD numberOfRecv = 0;
            DWORD flags = 0;
            WSARecv(socketArray[index], &bufArray[index], 1, &numberOfRecv, &flags, pOver, NULL);
        }
        else
        {
            cout << socketArray[index] << "离开了" << endl;
            closesocket(socketArray[index]);
            WSACloseEvent(eventArray[index]);
            delete overArray[index];
            delete[]bufArray[index].buf;
            for (int i = index; i < N - 1; i++)
            {
                socketArray[i] = socketArray[i + 1];
                eventArray[i] = eventArray[i + 1];
                overArray[i] = overArray[i + 1];
                bufArray[i] = bufArray[i + 1];
            }
        }
    }
}

 

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