單線程實現同時監聽多個埠（windows平台c++代碼）

前言

多年前開發了一套網路庫，底層實現採用IOCP（完成埠）。該庫已在公司多個程序中應用；經過多次修改，長時間檢驗，已經非常穩定高效。

最近把以前的代碼梳理了一下，又加進了一些新的思路。代碼結構更加合理，性能也有所提升。打算將該庫一些的知識點寫出來，以供參考。

服務端要在多個埠監聽，這種場合併不多見。但作為一個完善的網路庫，似乎有必要支持此功能的。

傳統實現方法

如果監聽埠個數很少，也可以採用傳統的方法。因為accept函數是阻塞的，所以要實現在n個埠監聽，就需要n個線程。如果監聽埠個數不多，這也不是多大問題。如果監聽埠多達幾十個，這種方法就有些不妥。線程也是一種資源，線程過多佔用資源會增加；也會導致系統負擔加重。

更可行的實現方法

實現方法有些曲折，需要一步一步分析；基本的原理就是將socket句柄與事件（event）相關聯。Windows有相關的函數可以對多個事件監聽，當某個事件被觸發，就知道相應的socket有事件到達。可以對該socket做accept，因為已經確定該socket有事件了，所以accept函數會立即返回。這樣就達到對多個埠同時監聽的目的。

1）生成socket，並與某個埠綁定

struct LISTEN_SOCKET_INFO
{
UINT16 listenPort; //監聽埠
SOCKET listenSocket;//句柄
WSAEVENT netEvent; //socket對應事件
};
int IocpAccept::CreateListenInfo()
{
//m_listListenPort存儲要監聽的埠；總個數不超過64個
std::vector<UINT16>::iterator pos = m_listListenPort.begin();
for (;pos != m_listListenPort.end();++pos)
{
//生成socket
UINT16 listenPort = *pos;
LISTEN_SOCKET_INFO socketInfo;
socketInfo.listenSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
socketInfo.listenPort = listenPort;
//綁定埠
sockaddr_in InetAddr;
InetAddr.sin_family = AF_INET;
InetAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
InetAddr.sin_port = htons(listenPort);
int ret = bind(socketInfo.listenSocket, (SOCKADDR *)&InetAddr, sizeof(InetAddr));
if (SOCKET_ERROR == ret)
{
::closesocket(socketInfo.listenSocket);
//綁定失敗
continue;
}
//生成事件
socketInfo.netEvent = WSACreateEvent();
//將socket句柄與事件關聯起來。只監視socket的accept和close消息
ret = WSAEventSelect(socketInfo.listenSocket, socketInfo.netEvent, FD_ACCEPT | FD_CLOSE);
if (SOCKET_ERROR == ret)
{
::closesocket(socketInfo.listenSocket);
continue;
}
// 啟動監聽
ret = listen(socketInfo.listenSocket, 1000);
if (SOCKET_ERROR == ret)
{
::closesocket(socketInfo.listenSocket);
continue;
}
m_listListenInfo.push_back(socketInfo);
}
return 0;
}

該函數已將需要的數據存儲在列表m_listListenInfo中。

2）啟動監聽線程，對多個事件監聽

對多個事件監聽用到如下函數：

DWORD WSAAPI WSAWaitForMultipleEvents( DWORD cEvents, const WSAEVENT *lphEvents, BOOL fWaitAll, DWORD dwTimeout, BOOL fAlertable );該函數最多可以對64個事件做跟蹤，所以一個線程最多可以對64個埠做監聽。（同時對超過64個埠監聽的場合非常少見。本文不考慮。）

//生成事件地址指針
int nEventTotal;
WSAEVENT* pEventArray = CreateNetEventArray(&nEventTotal);
if (nEventTotal == 0)
return 0;
assert(nEventTotal <= WSA_MAXIMUM_WAIT_EVENTS);
MSG msg;
while (m_bServerStart)
{
// 同時對多個事件做監聽
DWORD index = WSAWaitForMultipleEvents(nEventTotal,
pEventArray,
FALSE,
10000,
FALSE);
if (!m_bServerStart)
return 0;
//查看是哪個事件觸發函數返回
index = index - WSA_WAIT_EVENT_0;
//客戶端連接事件
if ((index != WSA_WAIT_FAILED) && (index != WSA_WAIT_TIMEOUT))
{
//pEventArray排序與m_listListenInfo一樣，所以可以根據index找到對應的socket。
//就是該socket導致函數返回
LISTEN_SOCKET_INFO socketInfo = m_listListenInfo[index];
//查看具體是什麼事件導致函數返回
WSANETWORKEVENTS NetworkEvents;
WSAEnumNetworkEvents(socketInfo.listenSocket, pEventArray[index], &NetworkEvents);
//如果是accept事件，說明有客戶端連接此埠
if (NetworkEvents.lNetworkEvents == FD_ACCEPT
&& NetworkEvents.iErrorCode[FD_ACCEPT_BIT] == 0)
{
//這時調用accept函數，會立即返回
AcceptListenPort(socketInfo.listenSocket, socketInfo.listenPort);
}
if (NetworkEvents.lNetworkEvents == FD_CLOSE
&& NetworkEvents.iErrorCode[FD_CLOSE_BIT] == 0)
{
assert(false);
}
}
else
{
//因為超時等其他原因引起函數返回
}
}

下文accept函數調用，並不會阻塞。

UINT IocpAccept::AcceptListenPort(SOCKET hListenSocket, UINT16 nListenPort)
{
SOCKET hClient = 0;
SOCKADDR_IN localAddr;
int iaddrSize = sizeof(SOCKADDR_IN);
hClient = accept(hListenSocket, (struct sockaddr *)&localAddr, &iaddrSize);
if (INVALID_SOCKET == hClient)
{
int nAccepetError = WSAGetLastError();
if (nAccepetError == WSAECONNRESET)
{
return 1;
}
else
{
return 0;
}
}
else
{
//獲取了一個客戶端連接
OnAcceptClient(hClient, nListenPort);
}
return 0;
}

後記：同時對多個埠做監聽，可能還有更好的方法。如果對幾百個以上埠做監聽，此方法可能就不太合適。通常情況下，對多個埠監聽的場景比較少見，所以對更優化的處理方法也沒深究。

代碼下載地址： https://download.csdn.net/download/qq_29939347/10691921

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