Windows socket 之WSAAsyncSelect模型

转载自：http://blog.csdn.net/ithzhang/article/details/8464330

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WSAAsyncSelect模型

WSAAsyncSelect模型是Windows socket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。Windows sockets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。Windows sockets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。

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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。

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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Windows sockets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。

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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 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。

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WSAAsyncSelect的优势与不足

优势：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。

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WSAAsyncSelect 模型的例子

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。

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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))
    {
        //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。
        m_list.deleteNode(wParam);
        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。

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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