1.网络编程基本模型介绍

linux的网络编程有很多种写法，最简单的是阻塞式（Blocking）的网络程序，其次有非阻塞(Non-Blocking)，多路复用(Multiplexing)，异步（Asynchronous）模型等。

1.1.   阻塞模型

阻塞模型是最为简单的一种网络编程模型。顾名思义，该模型中，socket都工作在阻塞模式下，在调用相应的网络函数时，如accept, recv, send时，这些函数都会阻塞线程，直到socket可读或者可写，或者出错时，线程才会继续执行。

举一个例子，一个服务器端程序，监听端口后，等待连接进入：

// 省略了socket创建、端口绑定bind的代码
if (listen(sock, 10) < 0)
{//监听端口时出错，给出错误信息后退出printf("listen socket error: %s(errno: %d)\n", strerror(errno), errno);exit(0);
}
//监听成功，准备接收连接
bool bRun = true;
while (bRun)
{// 接收连入的连接sockaddr_in addr;memset(&addr, 0, sizeof(addr));socklen_t sin_size = sizeof(sockaddr_in);// 这里的accept调用会阻塞线程，直到有连接连入,(1)int fd = accept( sock, (sockaddr *)&addr, &sin_size);// 接收错误if ( fd == -1 ){printf("accept socket error: %s(errno: %d)", strerror(errno), errno);break;}// 输出远端的ip和portprintf("accept remoteaddr=%s, port=%u", inet_ntoa(addr.sin_addr), addr.sin_port);// 等待读入数据while (bRun){char pbuf[1024];len = sizeof(pbuf);// rLen返回的是接收到的数据长度，如果<0，则出错，=0则表示正常关闭(graceful shutdown)// 这里recv也会阻塞线程执行，直到有数据接收或者出错,(2)int rLen = recv(fd, pbuf, len, 0);if ( rLen <= 0 ){// 连接正常关闭或者发生了错误printf("error recv data: %s(errno: %d)\n", strerror(errno), errno);close(fd); break; } 
// 处理正常的数据 } 
//
}
close(sock);

这个例子中，虽然流程简单，但由于sock默认为阻塞模式，所以在(1)和(2)处调用accept和recv的时候，都会在socket没有准备好的时候阻塞住线程，从而无法继续执行其他的代码。

显而易见的是，这样的服务器端，同时只能服务一个客户端的连入，直到该客户端断开连接后，才能从(2)处的while跳出，重新进入(1)，等待accept新的连接。

这种情况下，就需要多线程来对每一个socket进行处理，一个线程服务一次链接。这种模型在一些web服务器中较为常见，如apache，tomcat等。

基本处理过程如下图所示。

1.2.   非阻塞模型

非阻塞模型，顾名思义，socket工作在非阻塞模式中，这时对该socket调用相应的函数时，并不会阻塞线程运行，即便没有数据准备好，这些函数也会立即返回，线程将继续执行。那我们将需要在后面的代码中，对返回的结果进行判断，以区分刚才的调用是否有数据可以处理。

非阻塞模型的优点在于，可以在一个线程中处理多个socket事件，而不会阻塞线程，减少多线程切换带来的开销。相应的，也增加了处理的复杂度。

非阻塞socket需要对socket属性进行设置，调用：

int flags=fcntl(sock,F_GETFL,0);

fcntl(sock, F_SETFL, flags|O_NONBLOCK);

先调用fcntl，取得socket的标识，然后再调用fcntl来设置O_NONBLOCK标识，使该socket非阻塞。之后，再对该socket调用如accept/recv/read/send/write等函数时，即使该socket没有数据准备好，也会立即返回。那如何得知是否有数据呢？那又如何得知连接出错或关闭呢？也是通过返回值。总结如下：

recv函数：

返回值大于0，收到的字节数

返回值等于0，连接关闭

返回值等于-1，表示出错，这时要检查errno，如果是EAGAIN或者EWOULDBLOCK表示该连接没有数据可用，需要再将查询。如果是其他，则连接状态出错，关闭连接。

注意，与阻塞模型不同的就在于返回值为-1时的处理。

 

// 设置非阻塞
int flags = fcntl(fd, F_GETFL, 0);
fcntl(fd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK);
// 等待读入数据
while (bRun)
{char pbuf[1024];len = sizeof(pbuf);// rLen返回的是接收到的数据长度，如果<0，则出错，=0则表示正常关闭(graceful shutdown)// 这里recv不会阻塞线程执行，如果没有数据，也将直接返回int rLen = recv(fd, pbuf, len, 0);if ( rLen == 0 ){// 连接正常关闭printf("sock shutdown gracefully, sock=%d", fd);break;}elseif (rLen < 0){// 由于是非阻塞，所以需要判断是否是正常的调用返回// EAGAIN和EWOULDBLOCK表示连接状态正常，只是没有数据到来而立即返回if ((errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK)){//这里可以处理日常事件，如一些计算逻辑、统计等(1)continue;}else{printf("error recv data: %s(errno: %d)\n", strerror(errno),errno);close(fd);break;}}//接收到数据，进行处理printf("recv data len=%d, data=%s", rLen, pbuf);
}

如果按上面的写法，CPU会100%，为什么？就是因为非阻塞的socket，调用recv时会立即返回，于是再次开始循环。怎么解决这个问题？一个方法可以在(1)处加上usleep(1000)来让线程休息1ms。

不过看上去仍然只能处理一下socket的数据呀？！

思考：如果有多个数据socket怎么一起处理呢？

大胆想象一下，如果线程不会被一个socket阻塞，我们可以在处理完一个socket的时候马上处理下一个socket呀？不错！把所有的数据socket放在一个集合里，如放在一个set<int>中，这样，我们就可以在每次循环的时候，遍历一下这个set中的所有socket，看是否有数据就可以了。这里就把这个小任务留给读者来动动手！

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