单线程实现同时监听多个端口（windows平台c++代码）

Posted 2021-01-09 源之缘

前言

　　多年前开发了一套网络库，底层实现采用IOCP（完成端口）。该库已在公司多个程序中应用；经过多次修改，长时间检验，已经非常稳定高效。

最近把以前的代码梳理了一下，又加进了一些新的思路。代码结构更加合理，性能也有所提升。打算将该库一些的知识点写出来，以供参考。

服务端要在多个端口监听，这种场合并不多见。但作为一个完善的网络库，似乎有必要支持此功能的。

传统实现方法

　　如果监听端口个数很少，也可以采用传统的方法。因为accept函数是阻塞的，所以要实现在n个端口监听，就需要n个线程。如果监听端口个数不多，这也不是多大问题。如果监听端口多达几十个，这种方法就有些不妥。线程也是一种资源，线程过多占用资源会增加；也会导致系统负担加重。

更可行的实现方法

　　实现方法有些曲折，需要一步一步分析；基本的原理就是将socket句柄与事件（event）相关联。Windows有相关的函数可以对多个事件监听，当某个事件被触发，就知道相应的socket有事件到达。可以对该socket做accept，因为已经确定该socket有事件了，所以accept函数会立即返回。这样就达到对多个端口同时监听的目的。

1）生成socket，并与某个端口绑定

struct LISTEN_SOCKET_INFO
{
    UINT16   listenPort;  //监听端口
    SOCKET   listenSocket;//句柄
    WSAEVENT netEvent;    //socket对应事件
};

int IocpAccept::CreateListenInfo()
{
    //m_listListenPort存储要监听的端口；总个数不超过64个
    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;

        //绑定端口
        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);
            //绑定失败
            continue;
        }

        //生成事件
        socketInfo.netEvent = WSACreateEvent();

        //将socket句柄与事件关联起来。只监视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;
        }

        // 启动监听
        ret = listen(socketInfo.listenSocket, 1000);
        if (SOCKET_ERROR == ret)
        {
            ::closesocket(socketInfo.listenSocket);
            continue;
        }

        m_listListenInfo.push_back(socketInfo);
    }
    return 0;
}

该函数已将需要的数据存储在列表m_listListenInfo中。

2）启动监听线程，对多个事件监听

　　对多个事件监听用到如下函数：

DWORD WSAAPI WSAWaitForMultipleEvents( DWORD cEvents, const WSAEVENT *lphEvents, BOOL fWaitAll, DWORD dwTimeout, BOOL fAlertable );该函数最多可以对64个事件做跟踪，所以一个线程最多可以对64个端口做监听。（同时对超过64个端口监听的场合非常少见。本文不考虑。）

//生成事件地址指针
    int nEventTotal;
    WSAEVENT* pEventArray = CreateNetEventArray(&nEventTotal);
    if (nEventTotal == 0)
        return 0;
    assert(nEventTotal <= WSA_MAXIMUM_WAIT_EVENTS);

    MSG msg;
    while (m_bServerStart)
    {
        // 同时对多个事件做监听
        DWORD index = WSAWaitForMultipleEvents(nEventTotal,
            pEventArray,
            FALSE,
            10000,
            FALSE);
        if (!m_bServerStart)
            return 0;

        //查看是哪个事件触发函数返回
        index = index - WSA_WAIT_EVENT_0;
        //客户端连接事件
        if ((index != WSA_WAIT_FAILED) && (index != WSA_WAIT_TIMEOUT))
        {
            //pEventArray排序与m_listListenInfo一样，所以可以根据index找到对应的socket。
            //就是该socket导致函数返回
            LISTEN_SOCKET_INFO socketInfo = m_listListenInfo[index];

            //查看具体是什么事件导致函数返回
            WSANETWORKEVENTS NetworkEvents;
            WSAEnumNetworkEvents(socketInfo.listenSocket, pEventArray[index], &NetworkEvents);

            //如果是accept事件，说明有客户端连接此端口
            if (NetworkEvents.lNetworkEvents == FD_ACCEPT
                && NetworkEvents.iErrorCode[FD_ACCEPT_BIT] == 0)
            {
                //这时调用accept函数，会立即返回
                AcceptListenPort(socketInfo.listenSocket, socketInfo.listenPort);
            }
            if (NetworkEvents.lNetworkEvents == FD_CLOSE
                && NetworkEvents.iErrorCode[FD_CLOSE_BIT] == 0)
            {
                assert(false);
            }

        }
        else
        {
            //因为超时等其他原因引起函数返回
        }
    }

下文accept函数调用，并不会阻塞。

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
    {
        //获取了一个客户端连接
        OnAcceptClient(hClient, nListenPort);
    }
    return 0;
}

后记：同时对多个端口做监听，可能还有更好的方法。如果对几百个以上端口做监听，此方法可能就不太合适。通常情况下，对多个端口监听的场景比较少见，所以对更优化的处理方法也没深究。

代码下载地址： https://download.csdn.net/download/qq_29939347/10691921