c++ 單線程實現同時監聽多個端口

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前言

　　多年前開發瞭一套網絡庫，底層實現采用IOCP（完成端口）。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瞭一下，又加進瞭一些新的思路。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。

服務端要在多個端口監聽，這種場合並不多見。但作為一個完善的網絡庫，似乎有必要支持此功能的。

傳統實現方法

　　如果監聽端口個數很少，也可以采用傳統的方法。因為accept函數是阻塞的，所以要實現在n個端口監聽，就需要n個線程。如果監聽端口個數不多，這也不是多大問題。如果監聽端口多達幾十個，這種方法就有些不妥。線程也是一種資源，線程過多占用資源會增加；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有事件瞭，所以accept函數會立即返回。這樣就達到對多個端口同時監聽的目的。

1）生成socket，並與某個端口綁定

struct LISTEN_SOCKET_INFO
{
 UINT16 listenPort; //監聽端口
 SOCKET listenSocket;//句柄
 WSAEVENT netEvent; //socket對應事件
};

int IocpAccept::CreateListenInfo()
{
 //m_listListenPort存儲要監聽的端口；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);
   //綁定失敗
   continue;
  }

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

  //將socket句柄與事件關聯起來。隻監視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個端口做監聽。（同時對超過64個端口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端口
   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
 {
  //獲取瞭一個客戶端連接
  OnAcceptClient(hClient, nListenPort);
 }
 return 0;
}

後記：

同時對多個端口做監聽，可能還有更好的方法。如果對幾百個以上端口做監聽，此方法可能就不太合適。通常情況下，對多個端口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

以上就是c++ 單線程實現同時監聽多個端口的詳細內容，更多關於c++ 單線程監聽端口的資料請關註WalkonNet其它相關文章！

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