Windows socket 之WSAAsyncSelect模型

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WSAAsyncSelect模型
WSAAsyncSelect模型是Windowssocket的一个异步IO模型。利用该模型可以接收以Windows消息为基础的网络事件。Windowssockets应用程序在创建套接字后，调用WSAAsyncSelect函数注册感兴趣的网络事件，当该事件发生时Windows窗口收到消息，应用程序就可以对接收到的网络时间进行处理。

WSAAsyncSelect是select模型的异步版本。在应用程序使用select函数时会发生阻塞现象。可以通过select的timeout参数设置阻塞的时间。在设置的时间内，select函数等待，直到一个或多个套接字满足可读或可写的条件。

而WSAAsyncSelect是非阻塞的。Windowssockets程序在调用recv或send之前，调用WSAAsyncSelect注册网络事件。WSAAsyncSelect函数立即返回。当系统中数据准备好时，会向应用程序发送消息。此此消息的处理函数中可以调用recv或send进行接收或发送数据。

WSAAsyncSelect模型与select模型的相同点是它们都可以对多个套接字进行管理。但它们也有不小的区别。首先WSAAsyncSelect模型是异步的，且通知方式不同。更重要的一点是：WSAAsyncSelect模型应用在基于消息的Windows环境下，使用该模型时必须创建窗口，而select模型可以广泛应用在Unix系统，使用该模型不需要创建窗口。最后一点区别：应用程序在调用WSAAsyncSelect函数后，套接字就被设置为非阻塞状态。而使用select函数不改变套接字的工作方式。

WSAAsyncSelect函数。
该函数告诉系统当网络事件发生时为套接字发送消息。声明如下：



int WSAAsyncSelect(
SOCKET s,
HWND hWnd,
u_int wMsg,
long lEvent);



s为需要通知的套接字。
hWnd为当网络事件发生时接收消息的窗口句柄。
wMsg为当网络事件发生时窗口收到的消息。在此消息的响应函数内对网络事件进行处理。
lEvent为应用程序感兴趣的网络事件集合。
应用程序调用该函数后自动将套接字设置为非阻塞模式。通常用户自定义消息应该在WM_USER的基础之上定义。如WM_USER+1，以避免与Windows预定义的消息发生混淆。
网络事件可以有以下几种：

FD_READ：套接字可读通知。
FD_WRITE：可写通知。
FD_ACCEPT：服务器接收连接的通知。
FD_CONNECT：有客户连接通知。
FD_OOB：外带数据到达通知。
FD_CLOSE：套接字关闭通知。
FD_QOS：服务质量发生变化通知。
FD_GROUP_QOS：组服务质量发生变化通知。
FD_ROUTING_INTERFACE_CHANGE：与路由器接口发生变化的通知。
FD_ADDRESS_LIST_CHANGE：本地地址列表发生变化的通知。

开发人员应向应用程序注册感兴趣的网络事件。可以将它们按位或并传给lEvent函数。如：



WSAAsyncSelect(s,hWnd,WM_SOCKET,FD_CONNECT|FD_READ|FD_CLOSE);



上述代码表示：当套接字连接到来、有数据可读或这套接字关闭的网络事件发生时，WM_SOCKET消息就会发送给hWnd为句柄的窗口。
消息处理函数。
消息处理函数是对网络事件发生时窗口消息的处理。它的声明如下：


LRESULT CALLBACK WindowProc(
HWND hWnd,
UINT uMsg,
WPARAM wParam,
LPARAM lParam)



hWnd为窗口句柄。
uMsg为当网络事件发生时的消息。
wParam为消息参数。该参数表明发生网络事件的套接字。
lParam也为消息参数。低字节表明已发生的网络事件。高字节包含错误代码。

在Windowssockets应用程序中，当WindowProc接收到网络消息时，在该函数内执行下面的步骤：
1：读取lParam的高字节，判断是否有错误发生。可以使用WSAGETSElECTERROR宏。
2：如果没有错误，读取lParam的低字节，检查发生了什么网络事件，可以使用WSAGETSELECTEVENT宏。

WSAGETSElECTERROR和WSAGETSELECTEVENT宏定义如下：


#define WSAGETSElECTERROR(lParam)  LOWORD(lParam)
#define WSAGETSELECTEVENT(lParam)  HIWORD(lParam)



接下来就需要创建窗口和将网络消息与消息处理函数关联起来。如果使用MFC可以使用MFC提供的宏来进行处理。
注意：多次调用WSAAsyncSelect时，最后一次调用会取消前面注册的网络事件。

因为调用accept接受的套接字和监听套接字具有同样的属性。所以，任何为监听套接字设置的网络事件对接受套接字同样起作用。如果一个监听套接字请求FD_ACCEPT、FD_READ和FD_WRITE网络事件。则在该监听套接字上接受的任何套接字也会请求FD_ACCEPT，FD_READ和FD_WRITE网络事件。

FD_CLOSE网络事件用来判断套接字是否已经关闭。错误代码会指出套接字是从容关闭还是硬关闭。如果为0，为从容关闭。若错误代码为WSAECONNRESET，则套接字是硬关闭。调用closesocket不会投递FD_CLOSE事件。
发生网络事件的条件。

下列条件下会发生FD_READ事件：
1：当调用WSAAsyncSelect函数时，如果当前有数据可读。
2：当数据到达并且没有发送FD_READ网络事件时。
3：调用recv()或这recvfrom,如果仍有数据可读里。

下列情况下会发生FD_WRITE事件：
1：调用WSAAsyncSelect函数时，如果能够发送数据时。
2：connect或者accept函数后，连接已经建立时。
3：调用send或者sendto函数，返回WSAWOULDBLOCK错误后，再次调用send()或者sendto函数可能成功时。因为此时可能是套接字还处于不可写状态，多次调用直到调用成功为止。

WSAAsyncSelect的优势与不足。

该模型是在基于消息的Windows环境下开发应用程序。开发人员可以像处理其他消息一样，对网络事件进行处理。而且为确保接受所有数据提供了很好的机制。
不足：由于该模型基于Windows消息机制，必须在应用程序中创建窗口。虽然可以在开发中，确定是否显示该窗口。由于调用WSAAsyncSelect函数后自动将套接字设置为非阻塞状态，当应用程序接收到网络事件时，未必能够成功返回。这无疑增加了使用该模型的难度。
接下来展示一个使用如何WSAAsyncSelect模型的例子。该程序使用WSAAsyncSelect模型管理接受的客户端套接字。编码步骤如下：
1：声明自定义消息。如WM_SOCKET
2：声明窗口例程。
3：将自定义消息与消息处理函数相关联。
4：初始化套接字动态库，创建套接字。
5：调用WSAAsyncSelect注册感兴趣的网络事件。本例服务器感兴趣的网络事件有FD_ACCEPT和FD_CLOSE。
6：绑定套接字开始监听。
一：声明自定义消息：


#define WM_SOCKET WM_USER+1 //套接字消息。

除了声明自定义消息外还需要声明最大字符串长度、服务器监听端口、数据缓冲区。


#define MAX_STRING 100     //最大字符串长度。
#define SERVERPORT 5000    //服务器端口。
#define MAX_SIZE_BUF 1024  //数据缓冲区长度。

二：声明消息处理函数并与消息关联：

1：在窗口类头文件中声明消息处理函数。如：


afx_msg LRESULT onWmSocket(WPARAM wParam, LPARAM lParam);


2：在消息映射宏中将自定义消息如声明的消息处理函数关联：


ON_MESSAGE(WM_SOCKET,&onWmSocket)


3：实现消息处理函数：

LRESULT CuserdefinedMessageTestDlg::onWmSocket( WPARAM wParam, LPARAM lParam )
{
if(WSAGETSELECTERROR(lParam))
{
m_list.deleteNode(wParam);//wParam为发生消息的套接字。出现错误，则从链表中将该套接字对应的CClient类对象删除。
return false;
}
else
{
switch(WSAGETSELECTEVENT(lParam))
{
case FD_ACCEPT://接受客户端连接请求。
{
SOCKET sAccept;
if((sAccept==accept(wParam,NULL,NULL)==INVALID_SOCKET))
break;
m_list.add(sAccept);
//在新接受的套接字发生FD_READ,FD_WRITE,FD_CLOSE网络事件发生，发送WM_SOCKET消息；
WSAAsyncSelect(sAccept,this->m_hWnd,WM_SOCKET,FD_READ|FD_WRITE|FD_CLOSE);
}
break;
case FD_READ://可读，接收数据。
{
CClient *pClinet=GetClient(wParam);//根据套接字，获取客户端节点。
pClient->RecvData();
}
break;
case FD_WRITE://可写，发送数据。
{
CClient*pClient=GetClient(wParam);
pClient->SendData();
}
break;
case FD_CLOSE://对方关闭套接字连接。
{
if(WSAGETSELECTERROR(lParam)==0)
{
//从容关闭。
}
else if(WSAGETSELECTERROR(lParam)==WSAECONNREFUSED)
{
//硬关闭。
}
m_list.deleteNode(wParam);
}
break;
default:
break;
}
}
return 0;
}


三：创建套接字并注册感兴趣的网络事件.
1:初始化套接字动态库，并创建套接字。


WSADATA wsa;
int ret=WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsa);
ListenSocket=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(ListenSocket==INVALID_SOCKET)
{
return false;
}


2：注册感兴趣的网络事件：


WSAAsyncSelect(ListenSocket,this,WM_SOCKET,FD_ACCEPT|FD_CLOSE);


3:绑定套接字并监听。


SOCKADDR_IN addr;
addr.sin_family=AF_INET;
addr.sin_addr.S_un.S_addr=inet_addr("192.168.1.100");
addr.sin_port=htons(4000);
int ret=bind(m_ListenSocket,(SOCKADDR*)&addr,sizeof(addr));
if(ret==INVALID_SOCKET)
{
return false;
}
ret=listen(m_ListenSocket,10);
if(ret==INVALID_SOCKET)
{
return false;
}

四：退出


     closesocket(m_ListenSocket);
WSACleanup();




五：CClient类。

自定义类CClient类用于管理服务器接受客户端的新建套接字。在该类中实现与客户端通信。

六；管理客户端套接字链表。
当服务器接受一个客户端连接请求后就会创建一个CClient实例。将该实例地址加入链表中。
以上参考自《精通Windows sockets网络开发--基于Visual C++实现》孙海民著。如有纰漏，请不吝指正！
2012.1.4 于山西大同