【第23節】windows網絡編程模型(WSAEventSelect模型)

引言

一、WSAEventSelect模型概述?

二、 WSAEventSelect模型的實現流程

2.1 創建一個事件對象，注冊網絡事件

2.2 等待網絡事件發生

2.3 獲取網絡事件

2.4 手動設置信號量和釋放資源

三、 WSAEventSelect模型偽代碼示例

四、完整實踐示例代碼

引言

????????在網絡編程的復雜世界里，如何高效捕捉和響應網絡事件是構建穩健應用的關鍵。WSAEventSelect模型作為一種強大的異步I/O模型，為開發者開辟了一條獨特路徑。它借助事件驅動機制，讓應用程序能夠敏銳感知套接字上的網絡動態。與WSAAsyncSelect模型不同，它以事件而非消息形式傳遞通知，為網絡編程帶來別樣靈活性。接下來，讓我們深入探索WSAEventSelect模型的工作原理、實現流程以及實際應用示例。

一、WSAEventSelect模型概述?

????????Windows Sockets異步事件選擇模型，也就是WSAEventSelect模型，屬于另一種異步I/O模型。利用這個模型，應用程序能夠在單個或多個套接字上，基于事件接收網絡方面的通知。

????????WSAEventSelect模型和WSAAsyncSelect模型有所不同，主要區別就在于應用程序接收網絡事件通知的方式。WSAEventSelect模型通過事件來告訴應用程序網絡事件發生了，而WSAAsyncSelect模型是依靠消息來通知。但從根本上來說，在應用程序接收網絡事件通知這件事上，這兩個模型都是被動的。意思就是，只有網絡事件真正發生的時候，系統才會向應用程序發出通知。?

二、 WSAEventSelect模型的實現流程

初始化套接字、綁定端口及IP、監聽這前三步在此略過。

2.1 創建一個事件對象，注冊網絡事件

????????在應用程序調用WSAEventSelect函數之前，必須先創建一個事件對象。當獲取到一個socket后，需使用WSACreateEvent函數來創建事件對象，之后再使用WSAEventSelect函數進行相關操作。

WSAEVENT WSACreateEvent(void);

該函數的返回值為事件對象句柄。

int WSAEventSelect(SOCKET s,             //當前服務端的SOCK句柄WSAEVENT hEventObject, //事件對象句柄long lNetworkEvents   //網絡事件
);

?????????注：當調用WSAEventSelect函數后，套接字會被自動設置為非阻塞模式。若要將套接字設置為阻塞模式，則必須把參數lNetworkEvents設置為0。

示例：

//創建一個事件對象
WSAEVENT wsaEvent = WSACreateEvent();
if (WSA_INVALID_EVENT == wsaEvent) {printf("創建一個事件對象失敗!");closesocket(sSocket);WSACleanup();
}
//注冊網絡事件
if (WSAEventSelect(sSocket,  wsaEvent,  //當前服務端的SOCK句柄//事件對象句柄FD_ACCEPT | FD_CLOSE)) {    //網絡事件printf("注冊網絡事件失敗!");closesocket(sSocket);   //關閉套接字WSACleanup();//釋放套接字資源return FALSE;
}

2.2 等待網絡事件發生

????????在WinSockets應用程序里，先用WSAEventSelect函數給套接字把網絡事件注冊好，緊接著就得調用WSAWaitForMultipleEvents函數，目的是等著網絡事件發生。這個WSAWaitForMultipleEvents函數的作用就是，一直等到有一個事件對象或者所有事件對象進入“有信號量”狀態，又或者是函數調用時間到了（超時），它才會返回結果。?

DWORD WSAWaitForMultipleEvents(DWORD cEvents,           //事件對象句柄數量WSAEVENT FAR*lphEvents, //指向事件對象句柄的指針BOOL fWaitAll,           //等待事件句柄的數量DWORD dwTimeout,         //調用該函數的阻塞時間BOOL fAlertable          //完成例程后是否繼續等待
);

????????WSAWaitForMultipleEvents這個函數，最多能夠處理64個對象。所以呢，基于這個情況，使用這個I/O模型的時候，在一個線程里，同一時刻最多也就只能支持64個套接字。要是你想用這個模型去管理超過64個套接字，那就得再創建一些額外的工作線程才行。?

????????WSAWaitForMultipleEvents函數的作用就是等著網絡事件發生。只要在規定的時間里，有網絡事件出現了，那這個函數返回的值，就能告訴你是哪個事件對象導致函數返回的。?

????????注：要是fWaitAll這個參數設成true，那所有的事件對象都會被置為有信號量狀態。要是fWaitAll被設成FALSE，那么只要眾多事件句柄當中有一個變為有信號量狀態就可以了。這個函數運行結束后會給出一個返回值，這個返回值其實是個索引。用這個索引減去WSA_WAIT_EVENT_0這個宏的值，就能夠知道在事件數組里，哪個事件被觸發了，也就是能找到被觸發事件在數組中的位置。?

示例：

//定義事件對象數組
EventArray[WSA_MAXIMUMWAIT_EVENTS] = {};
//等待網絡事件的發生
DWORD dwIndex =
WSAWaitForMultipleEvents(uEventCount, EventArray,  FALSE,
WSA_INFINITE,
FALSE);        
//完成例程后是否繼續等待
//返回該事件在EventArray數組中的位置(下標從0開始)
dwIndex = dwIndex - WSA_WAIT_EVENT_0;

2.3 獲取網絡事件

????????利用WSAWaitForMultipleEvents函數的返回值，我們能知道哪個套接字發生了網絡事件。不過，僅僅知道是哪個套接字還不夠，應用程序還得弄清楚在這個套接字上具體發生了哪種網絡事件。WSAEnumNetworkEvents函數就派上用場了，它能找出套接字上發生的網絡事件，同時把系統里關于這個網絡事件的記錄清除掉，還會把事件對象重新設置回初始狀態。

int WSAEnumNetworkEvents(SOCKET s,                          //發生網絡事件的套接字句柄WSAEVENT hEventObject,             //被重置的事件對象句柄LPWSANETWORKEVENTS lpNetworkEvents //網絡事件的記錄和相應錯誤碼
);
typedef struct _WSANETWORKEVENTS {long lNetworkEvents;               //網絡事件int iErrorCode[FD_MAX_EVENTS];     //錯誤碼
}

WSAEnumNetworkEvents參數

?_WSANETWORKEVENTS 參數

?????????使用方式：當lNetworkEvents&FD_XX為TRUE時，即表示發生了此網絡事件。

示例：

Socket SocketArray[WSA_MAXIMUM_WAIT_EVENTS] = {};
int uEventCount = 0;                   //記錄當前事件和套接字的個數
WSAEnumNetworkEvents(SocketArray[dwIndex],//發生網絡事件的套接字句柄
EventArray[dwIndex],//被重置的事件對象句柄
&NetworkEvents))     //網絡事件的記錄和相應錯誤碼
//響應網絡事件
if ((NetworkEvents.lNetworkEvents & FD_ACCEPT) &&0 == NetworkEvents.iErrorCode[FD_ACCEPT_BIT]) {// 處理邏輯
}

????????這個函數創建的事件對象，有“手動重設”和“自動重設”這兩種工作模式。咱們這里創建的事件對象，是按手動方式工作的，一開始它處于無信號狀態。一旦網絡事件發生，跟套接字相關聯的這個事件對象，就會從無信號量的狀態變成有信號量狀態。因為是“手動重設”模式，所以應用程序把相關事件處理完之后，得把這個有信號量的事件對象，再變回無信號量狀態。有個MAX_NUM_SOCKET宏，它的值是64 ，一般來說，這代表一個線程最多能同時等待處理64個事件，也就是說一個線程最多只能同時盯著64個socket。要是超過了這個數量，就必須再開啟新的線程來處理。調用這個函數的時候，如果hEventObject參數不是NULL，那么這個事件對象就會被自動重置為“無信號”狀態；要是hEventObject參數是NULL，那就得調用WSAResetEvent函數，把事件設置成“無信號”狀態。?

2.4 手動設置信號量和釋放資源

BOOL WSAResetEvent(WSAEVENT hEvent //要設置為無信號量的事件對象句柄
);

WSAResetEvent函數用于將事件對象從“有信號量”設置為“無信號量”。

BOOL WSACloseEvent(WSAEVENT hEvent //要釋放資源的事件對象句柄
);

????????應用程序完成網絡事件的處理后，需要使用WSACloseEvent函數釋放事件對象所占用的系統資源。

三、 WSAEventSelect模型偽代碼示例

#include <Winsock2.h>
#pragma comment(lib,"Ws2_32.lib")
typedef struct _EVENT_SOCKET_INFO {WSAEVENT EventArray[WSA_MAXIMUM_WAIT_EVENTS];SOCKET SocketArray[WSA_MAXIMUM_WAIT_EVENTS];
}EVENT_SOCKET_INFO, *PEVENT_SOCKET_INFO;
BOOL SetSocket() {//1.初始化套接字WSADATA  stcData;int nResult;nResult = WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &stcData);if (nResult == SOCKET_ERROR)return FALSE;//2.創建套接字// 此處代碼省略//3.初始化地址定址sockaddr_in sAddr = {0};sAddr.sin_family = AF_INET;sAddr.sin_port = htons(1234);sAddr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");int nSaddrLen = sizeof(sockaddr_in);//4.綁定int nRet = 0;nRet = bind(sSocket,(sockaddr*)&sAddr,sizeof  (sockaddr_in));if (SOCKET_ERROR == nRet) {printf("綁定IP定址失敗");closesocket(sSocket);WSACleanup();}//接收返回信息//當前客戶端SOCK句柄//IP定址//IP定址結構體大小//關閉套接字//釋放套接字資源//WSANETWORKEVENTS NetworkEvents = {0};//網絡事件的記錄和相應錯誤碼SOCKET                            sClientSocket           = 0;  //當前發送事件客戶端的SOCK句柄UINT                                 uEventCount           = 0;  //事件對象句柄數量CLIENTINFO                  ClientInfo              = {0};//當前發送事件的客戶端EVENT_SOCKET_INFO       EventSocketInfo = {0};//保存事件和Sock信息//5.監聽if (listen(sSocket, SOMAXCONN)) {printf("    監聽失敗!");closesocket(sSocket);WSACleanup();}//6.創建一個事件對象WSAEVENT wsaEvent = WSACreateEvent();if (WSA_INVALID_EVENT == wsaEvent) {printf("創建一個事件對象失敗!");closesocket(sSocket);WSACleanup();}//關閉套接字//釋放套接字資源//7.注冊網絡事件if (WSAEventSelect(sSocket,wsaEvent,//當前服務端的SOCK句柄//事件對象句柄FD_ACCEPT | FD_CLOSE))//網絡事件{printf("注冊網絡事件失敗!");closesocket(sSocket);WSACleanup();//關閉套接字//釋放套接字資源return FALSE;}//保存事件對象和套接字EventSocketInfo.EventArray[uEventCount]      = wsaEvent;EventSocketInfo.SocketArray[uEventCount++] = sSocket;while (TRUE) {WSAEVENT       EventArray[WSA_MAXIMUM_WAIT_EVENTS];//8.等待網絡事件的發生DWORD dwIndex = WSAWaitForMultipleEvents(uEventCount,EventSocketInfo.EventArray,FALSE,WSA_INFINITE,FALSE);if (WSA_WAIT_FAILED == dwIndex)continue;//手動設置無信號//WSAResetEvent(EventSocketInfo.EventArray);//9.找到有信號的對象的標號//WSAWaitForMultipleEvent       函數的返回值-WSA_WAIT_EVENT_0dwIndex    = dwIndex - WSA_WAIT_EVENT_0;if (WSAEnumNetworkEvents(EventSocketInfo.SocketArray[dwIndex],//               發生網絡事件的套接字句柄EventSocketInfo.EventArray                 [dwIndex],//被重置的事件對象句柄&NetworkEvents))                                               //網絡事件的記錄和相應錯誤碼{printf("     調用WSAEnumNetworkEvents失敗!");closesocket(sSocket);                                      //關閉套接字WSACleanup();                                                         //釋放套接字資源}//10.響應網絡事件//10.1連接if ((NetworkEvents.lNetworkEvents & FD_ACCEPT) &&0 == NetworkEvents.iErrorCode[FD_ACCEPT_BIT]) {sClientSocket       = accept(sSocket, (sockaddr*)&sAddr, &nSaddrLen);if (INVALID_SOCKET        == sClientSocket) {printf("     連接客戶端失敗!");continue;}//為新客戶端創建網絡事件//1.為剛連接進來的客戶端創建事件對象EventSocketInfo.EventArray[uEventCount] = WSACreateEvent();//2.保存當前連接進來的客戶端Socket 套接字EventSocketInfo.SocketArray[uEventCount] = sClientSocket;//3.為該客戶端注冊網絡事件WSAEventSelect(sClientSocket,EventSocketInfo.EventArray[uEventCount],FD_READ | FD_WRITE                    | FD_CLOSE);uEventCount++;ClientInfo.ClientSock                  = sClientSocket;g_ClientInfo.push_back(ClientInfo);continue;}//10.2接收消息if ((NetworkEvents.lNetworkEvents & FD_READ) &&0        == NetworkEvents.iErrorCode[FD_READ_BIT]) {// 接收數據處理邏輯continue;}//10.3關閉事件if ((NetworkEvents.lNetworkEvents & FD_CLOSE) &&(0 == NetworkEvents.iErrorCode[FD   CLOSE_BIT])) {//關閉Socket套接字和釋放事件對象占有的資源closesocket(EventSocketInfo.SocketArray[dwIndex]);WSACloseEvent(EventSocketInfo.EventArray[dwIndex]);//將退出的客戶端從事件數組中刪除，并將之后的數據向前移動for (int i = dwIndex; i < uEventCount; i++) {  //線性表EventSocketInfo.EventArray[dwIndex]= EventSocketInfo.EventArray[dwIndex + 1];EventSocketInfo.SocketArray[dwIndex]= EventSocketInfo.SocketArray[dwIndex + 1];}uEventCount--;continue;}}return TRUE;
}

????????WSAEventSelect模型作為一種異步I/O模型，通過事件機制實現網絡事件的通知與處理，在網絡編程中為應用程序提供了一種有效的處理網絡操作的方式，了解其原理和實現流程有助于開發者編寫出更高效、穩定的網絡應用程序。

四、完整實踐示例代碼

頭文件initsock.h：

#include <winsock2.h>
#pragma comment(lib, "WS2_32")  // 鏈接到 WS2_32.libclass CInitSock
{
public:/*CInitSock 的構造器*/CInitSock(BYTE minorVer = 2, BYTE majorVer = 2){// 初始化WS2_32.dllWSADATA wsaData;WORD sockVersion = MAKEWORD(minorVer, majorVer);if (::WSAStartup(sockVersion, &wsaData) != 0){exit(0);}}/*CInitSock 的析構器*/~CInitSock(){::WSACleanup();}
};

?服務端代碼：

#include "initsock.h"
#include <iostream>
using namespace std;// 初始化Winsock庫
CInitSock theSock;int main()
{// 事件句柄和套節字句柄表WSAEVENT eventArray[WSA_MAXIMUM_WAIT_EVENTS];SOCKET    sockArray[WSA_MAXIMUM_WAIT_EVENTS];int nEventTotal = 0;// 創建監聽套節字SOCKET sListen = ::socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);sockaddr_in sin;sin.sin_family = AF_INET;sin.sin_port = htons(4567);    // 此服務器監聽的端口號sin.sin_addr.S_un.S_addr = INADDR_ANY;if (::bind(sListen, (sockaddr*)&sin, sizeof(sin)) == SOCKET_ERROR){cout << " Failed bind()" << endl;return -1;}// 進入監聽模式if (::listen(sListen, 5) == SOCKET_ERROR){cout << " Failed listen()" << endl;return 0;}cout << "服務器已啟動監聽，可以接收連接！" << endl;// 創建事件對象，并關聯到新的套節字WSAEVENT event = ::WSACreateEvent();::WSAEventSelect(sListen, event, FD_ACCEPT | FD_CLOSE);// 添加到表中eventArray[nEventTotal] = event;sockArray[nEventTotal] = sListen;nEventTotal++;// 處理網絡事件while (TRUE){// 在所有事件對象上等待int nIndex = ::WSAWaitForMultipleEvents(nEventTotal, eventArray, FALSE, WSA_INFINITE, FALSE);// 對每個事件調用WSAWaitForMultipleEvents函數，以便確定它的狀態nIndex = nIndex - WSA_WAIT_EVENT_0;for (int i = nIndex; i < nEventTotal; i++){nIndex = ::WSAWaitForMultipleEvents(1, &eventArray[i], TRUE, 1000, FALSE);if (nIndex == WSA_WAIT_FAILED || nIndex == WSA_WAIT_TIMEOUT){continue;}else{// 獲取到來的通知消息，WSAEnumNetworkEvents函數會自動重置受信事件WSANETWORKEVENTS event;::WSAEnumNetworkEvents(sockArray[i], eventArray[i], &event);if (event.lNetworkEvents & FD_ACCEPT)                // 處理FD_ACCEPT通知消息{if (event.iErrorCode[FD_ACCEPT_BIT] == 0){if (nEventTotal > WSA_MAXIMUM_WAIT_EVENTS){cout << " Too many connections!" << endl;continue;}sockaddr_in addrRemote;int nAddrLen = sizeof(addrRemote);SOCKET sNew = ::accept(sockArray[i], (SOCKADDR*)&addrRemote, &nAddrLen);cout << "\n與主機" << ::inet_ntoa(addrRemote.sin_addr) << "建立連接" << endl;WSAEVENT event = ::WSACreateEvent();::WSAEventSelect(sNew, event, FD_READ | FD_CLOSE | FD_WRITE);// 添加到表中eventArray[nEventTotal] = event;sockArray[nEventTotal] = sNew;nEventTotal++;}}else if (event.lNetworkEvents & FD_READ)         // 處理FD_READ通知消息{if (event.iErrorCode[FD_READ_BIT] == 0){char szText[256];int nRecv = ::recv(sockArray[i], szText, strlen(szText), 0);if (nRecv > 0){szText[nRecv] = '\0';cout << "  接收到數據：" << szText << endl;}// 向客戶端發送數據char sendText[] = "你好，客戶端！";if (::send(sockArray[i], sendText, strlen(sendText), 0) > 0){cout << "  向客戶端發送數據：" << sendText << endl;}}}else if (event.lNetworkEvents & FD_CLOSE)        // 處理FD_CLOSE通知消息{if (event.iErrorCode[FD_CLOSE_BIT] == 0){::closesocket(sockArray[i]);for (int j = i; j < nEventTotal - 1; j++){eventArray[j] = eventArray[j + 1];sockArray[j] =  sockArray[j + 1];}nEventTotal--;}}}}}return 0;
}

客戶端代碼：

#include "InitSock.h"
#include <iostream>
using namespace std;CInitSock initSock;     // 初始化Winsock庫int main()
{// 創建套節字SOCKET s = ::socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);if (s == INVALID_SOCKET){cout << " Failed socket()" << endl;return 0;}// 也可以在這里調用bind函數綁定一個本地地址// 否則系統將會自動安排char address[20] = "127.0.0.1";// 填寫遠程地址信息sockaddr_in servAddr;servAddr.sin_family = AF_INET;servAddr.sin_port = htons(4567);// 注意，這里要填寫服務器程序（TCPServer程序）所在機器的IP地址// 如果你的計算機沒有聯網，直接使用127.0.0.1即可servAddr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr(address);if (::connect(s, (sockaddr*)&servAddr, sizeof(servAddr)) == -1){cout << " Failed connect() " << endl;return 0;}else {cout << "與服務器 " << address << "建立連接" << endl;}char szText[] = "你好，服務器！";if (::send(s, szText, strlen(szText), 0) > 0){cout << "  發送數據：" << szText << endl;}// 接收數據char buff[256];int nRecv = ::recv(s, buff, 256, 0);if (nRecv > 0){buff[nRecv] = '\0';cout << "  接收到數據：" << buff << endl;}// 關閉套節字::closesocket(s);return 0;
}