如何實現(xiàn)異步 Connect
本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號「 Linux開發(fā)那些事兒」，作者LinuxThings。轉(zhuǎn)載本文請聯(lián)系 Linux開發(fā)那些事兒公眾號。
寫過網(wǎng)絡(luò)程序的同學(xué)，應(yīng)該都知道 connect 函數(shù)，在 socket 開始讀寫操作之前，先要進(jìn)行連接，也即 TCP 的三次握手 , 這個過程就是在 connect 函數(shù)中完成的, connect 函數(shù)本身是阻塞的，通過設(shè)置 socket 的選項及調(diào)用 select/poll 函數(shù)可以實現(xiàn)異步 connect 的功能
socket 默認(rèn)是阻塞模式，處于阻塞模式時，調(diào)用 connect 函數(shù)之后， 會一直等待連接結(jié)果返回為止，要么成功，要么失敗，connect 函數(shù)返回 0 時成功，返回 -1 失敗
在局域網(wǎng)中，調(diào)用 connect 函數(shù)，基本上會立即返回結(jié)果，當(dāng)服務(wù)器在國外時，connect 函數(shù)時會阻塞一段時間，大概幾秒鐘吧，具體的還要看當(dāng)時的網(wǎng)絡(luò)狀況
為什么要用異步 connect
Linux 下 connect 默認(rèn)的超時時間大概在一分鐘左右(不同的Linux版本略有差別)，在實際的開發(fā)中，這個時間顯得有點兒長了
對于服務(wù)器來說，需要為很多的客戶端服務(wù)，要盡量減少阻塞，所以，一般都是采用 異步 connect 的技術(shù)
對于每一個編寫網(wǎng)絡(luò)程序的同學(xué)來說，異步connect 應(yīng)該是必須掌握的基本功
異步connect 步驟
(1) 創(chuàng)建socket，調(diào)用 fcntl 函數(shù)將其設(shè)置為非阻塞
(2) 調(diào)用 connect 函數(shù)，返回 0 表示連接成功，返回 -1，需要檢查錯誤碼
如果錯誤碼為 EINPROGRESS，表示正在建立連接中
如果錯誤碼是 EINTR 表示，表示發(fā)生了系統(tǒng)中斷，這時繼續(xù)執(zhí)行連接即可
如果是其他錯誤碼，調(diào)用 close(fd) 函數(shù)關(guān)閉 socket, 連接失敗
(3) 將 socket 加入 select/poll 的可寫文件描述符集合中，并設(shè)置超時時間
(4) 判斷 select/poll 函數(shù)的返回值
小于等于 0 表示失敗
其他，表示 socket 可寫，調(diào)用 getsockopt 函數(shù) 捕獲 socket 的錯誤信息
具體的代碼如下：
- /*
- 異步 connect 測試代碼, test_connect.cpp
- */
- #include <stdint.h>
- #include <sys/types.h>
- #include <sys/socket.h>
- #include <sys/select.h>
- #include <poll.h>
- #include <sys/un.h>
- #include <netinet/in.h>
- #include <netinet/tcp.h>
- #include <arpa/inet.h>
- #include <unistd.h>
- #include <fcntl.h>
- #include <string.h>
- #include <netdb.h>
- #include <errno.h>
- #include <stdarg.h>
- #include <poll.h>
- #include <limits.h>
- #include <iostream>
- using namespace std;
- int32_t main(int32_t argc, char *argv[])
- {
- if(argc < 3)
- {
- std::cout << "argc < 3..." << std::endl;
- return -1;
- }
- std::string strip = argv[1];
- uint32_t port = atoi(argv[2]);
- //創(chuàng)建 socket
- int32_t fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
- if(-1 == fd)
- {
- std::cout << "create socket error:" << errno << std::endl;
- return -1;
- }
- //將 socket 設(shè)置成非阻塞
- int32_t flag = fcntl(fd, F_GETFL, 0);
- flag |= O_NONBLOCK;
- if(-1 == fcntl(fd, F_SETFL, flag))
- {
- std::cout << " set socket nonblock error:" << errno << std::endl;
- close(fd);
- return -1;
- }
- //服務(wù)器地址
- struct sockaddr_in addr;
- addr.sin_family = AF_INET;
- addr.sin_port = htons(port);
- addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(strip.c_str());
- //
- for(; ;)
- {
- //連接服務(wù)器
- int32_t ret = connect(fd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr) );
- if(-1 == ret)
- {
- int32_t err = errno;
- if(EINTR == err)
- {
- //connect被中斷，繼續(xù)重試
- //如果不處理 EINTR 錯誤的話，connect邏輯可以不用放到 for 循環(huán)中
- continue;
- }
- if(EINPROGRESS != err)
- {
- std::cout << "connect err:" << errno << ", str:" << strerror(errno) << std::endl;
- goto exit;
- }
- //正在連接中
- std::cout << "connecting..." << std::endl;
- //處理結(jié)果
- int32_t result = -1;
- #if 1
- //將 socket 加入到 poll 的可寫集合中
- struct pollfd wfd[1];
- wfd[0].fd = fd;
- wfd[0].events = POLLOUT;
- //檢測 socket 是否可寫
- result = poll(wfd, 1, 3000);
- #elif 0
- //設(shè)置超時時間
- struct timeval tval;
- tval.tv_sec = 3;
- tval.tv_usec = 0;
- //將 socket 加入到 select 的可寫集合中
- fd_set wfds;
- FD_ZERO(&wfds);
- FD_SET(fd,&wfds);
- //檢測 socket 是否可寫
- result = select(fd + 1, nullptr, &wfds, nullptr,&tval);
- #endif
- std::cout << "async connect result:" << result << std::endl;
- // 失敗
- if(result <= 0 )
- {
- std::cout << "async connect err:" << errno << ", str:" << strerror(errno) << std::endl;
- goto exit;
- }
- //檢查socket 錯誤信息
- int32_t temperr = 0;
- socklen_t temperrlen = sizeof(temperr);
- if(-1 == getsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, (void*)&temperr, &temperrlen) )
- {
- std::cout << "async connect...getsockopt err:" << errno << ", str:" << strerror(errno) << std::endl;
- goto exit;
- }
- if(0 != temperr)
- {
- std::cout << "async connect...getsockopt temperr:" << temperr << ", str:" << strerror(temperr) << std::endl;
- goto exit;
- }
- //成功
- std::cout << "async connect success..." << std::endl;
- goto exit;
- }
- else
- {
- //連接成功
- std::cout << "connect success..." << std::endl;
- goto exit;
- }
- } // end of for(; ;)
- exit:
- std::cout << "quit...." << std::endl;
- close(fd);
- return 0;
- }
- 代碼說明
如果不處理 EINTR 錯誤的話，connect 函數(shù)及后面的邏輯可以不用放到 for 循環(huán)中
檢查 socket 是否可寫，調(diào)用 select 或者 poll 函數(shù)都可以，上述代碼中使用的是 poll 函數(shù)，將代碼中的 #if 1 改成 #if 0 以及 #elif 0 改成 #elif 1 , 就是使用 select 函數(shù)檢測 socket 是否可寫了
測試
在另一臺機(jī)器上執(zhí)行 nc -l -v -k 192.168.70.20 5000 命令，啟動一個服務(wù)器程序
在當(dāng)前機(jī)器上執(zhí)行 g++ -g -Wall -std=c++11 -o test_connect test_connect.cpp 進(jìn)行編譯
執(zhí)行 ./test_connect 192.168.70.20 5000, 結(jié)果如下圖
此時，服務(wù)器程序顯示如下：
通過 test_connect 程序端的截圖可以看出，調(diào)用 connect 函數(shù)之后，返回了 EINPROGRESS 錯誤碼，然后調(diào)用 select/poll 函數(shù)返回 1, 表示 socket 可寫，緊接著調(diào)用 getsockopt 函數(shù)檢查 socket 錯誤信息，通過打印的信息知道，socket 無錯誤信息，即 連接成功
我們在服務(wù)器機(jī)器上按 CTRL + C 停止服務(wù)器程序，然后關(guān)閉 test_connect 程序，再次執(zhí)行 ./test_connect 192.168.70.20 5000 ，結(jié)果如下圖：
從上圖可以看出，即使服務(wù)器程序已經(jīng)退出了，調(diào)用 select/poll 之后還是返回 socket 可寫，當(dāng)繼續(xù)調(diào)用 getsockopt 函數(shù)檢查 socket 錯誤碼，此時錯誤碼是 111， 表示連接被拒絕，也即連接失敗
這里要注意一個很重要的點, 在 Linux 上，即使 socket 沒有連接成功，調(diào)用 select/poll 時，仍然返回 socket 是可寫的，所以 除了調(diào)用 select/poll 檢查 socket 可寫之外，還需要調(diào)用 getsockopt 函數(shù)檢查 socket 的錯誤碼，錯誤碼為 0 表示連接成功，其他表示連接失敗
