Windows平臺下的網(wǎng)絡(luò)異步通訊編程技術(shù)

摘要 介紹了在TCP／IP網(wǎng)絡(luò)中WinSock網(wǎng)絡(luò)編程的基本流程及WinSock編程常用的兩種類，集中探討了MFC提供的異步非阻塞類CAsyncSocket的特點，包括類對象的創(chuàng)建、異步選擇機制以及對網(wǎng)絡(luò)事件的響應(yīng)。以及采用CAsyncSocket類進行網(wǎng)絡(luò)通信的通信流程，并結(jié)合實際開發(fā)經(jīng)驗，介紹了使用CAsyncSocket類進行網(wǎng)絡(luò)編程的基本框架。通過使用可大大提高編程的效率。
關(guān)鍵詞 TCP／IP；WinSock；異步通訊；非阻塞；CasyncSocket

    隨著Internet技術(shù)的應(yīng)用和普及，多數(shù)應(yīng)用程序都是運行在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，這就要求程序員能在應(yīng)用最廣泛的Windows操作系統(tǒng)上開發(fā)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序。文中介紹了WinSock編程的基本流程，并利用MFC提供的CAsyncSocket類，結(jié)合在VS2008環(huán)境下實際的開發(fā)經(jīng)驗，介紹了Windows平臺下基于TCP的異步網(wǎng)絡(luò)編程的相關(guān)知識。

1 WinSock編程的基本流程
    在TCP／IP網(wǎng)絡(luò)中，兩個進程間相互作用的主要模式是客戶機／服務(wù)器模式，該模式的建立基于以下兩點：(1)非對等作用。(2)通信完全是異步的?？蛻魴C／服務(wù)器模式在操作過程中采取的是主動請示方式。面向連接(TCP)的典型過程如圖1所示。

2 CAsyncSocket類的簡單介紹
    微軟公司開發(fā)的Visual C++是Windows平臺下強有力的開發(fā)工具。VC++對網(wǎng)絡(luò)編程的支持有socket支持，WinInet支持，MAPI和ISAPl支持等，其中Windows Sockets API是TCP／IP網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下開發(fā)最為通用的API。為簡化WinSock網(wǎng)絡(luò)編程，使用戶專注于應(yīng)用程序的算法設(shè)計，Microsoft的基本類庫(Microsoft Foundation Class，MFC)提供了兩個用于Winsock編程的類，分別是CAsyncSocket類和CSocket類：這兩個類在不同程度上對WinSock API函數(shù)進行了封裝，具有直接調(diào)用Sockets API的靈活性。CAsyncSocket類是從CObject類派生出來的，在很低的級別上一對一封裝了Windows Sockets API，因此具有直接調(diào)用Socket API的靈活性，可以使用面向?qū)ο蟮姆绞竭M行Socket編程，CAsync Soc ket類可以方便地調(diào)用其他MFC對象，處理多個網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。與CSocket類相比，CAsyncSocket類有以下特點。
2．1 CAsyncSocket類對象的創(chuàng)建
    CAsyncSocket是一個異步非阻塞Socket封裝類，CAsvncSocket的Create()函數(shù)，除創(chuàng)建了一個Socket以外，CAsyncSocket：：Create()的參數(shù)IEvent指明了想要處理的Socket事件，關(guān)心的事件被指定以后，這個Socket默認就被用作了異步方式。CAsyncSocket還創(chuàng)建了個CSoc ketWnd窗口對象，并使用WSAAsyncSelect()將這個SOCKET與該窗口對象關(guān)聯(lián)，以使該窗口對象處理來自Socket的事件(消息)，然而CSocket Wnd收到Socket事件之后，只是簡單地回調(diào)CAsyncSocket：：OnReceive()等虛函數(shù)。所以CAsyncSocket的派生類，只需在這些虛函數(shù)里添加發(fā)送和接收的代碼，除此外Create()函數(shù)還調(diào)用Bind()函數(shù)將Socket對象與指定的地址綁定。其函數(shù)原型為：
    BOOL CAsyncSocket：：Create(UINT nSocketPort=0，intnSocketType=SOCK_STREAM，long lEvent=FD_READ|FD_WRITE|FD_OOB|FD_ACC EPT|FD_CONNECT|FD_CLOSE，LPCTSTR lpszSocketAddress=NULL)；
    在重載函數(shù)中都有一個參數(shù)nErrorCode，為零則表示正常完成，非零則表示錯誤。通過int CAsyncSocket：：GetLastError()可以得到錯誤值。參數(shù)nSocketPort為使用的端口號，為零則表示由系統(tǒng)自動選擇，通常在客戶端都使用這個選擇。參數(shù)nSocketType為使用的協(xié)議族，SOCK_STREAM表明使用有連接的服務(wù)，SOCK_DGRAM表明使用無連接的數(shù)據(jù)報服務(wù)。參數(shù)lpszSocketAddress指定了IP地址，可以使用點分法表示如192．168．0．28，也可以使用默認值，此時函數(shù)將默認綁定本機IP地址。
2．2 CAsyncSocket類的異步選擇機制
    在網(wǎng)絡(luò)通訊中，由于網(wǎng)絡(luò)擁擠或數(shù)據(jù)量大的原因，數(shù)據(jù)的收發(fā)不能立刻完成，收發(fā)數(shù)據(jù)的函數(shù)因此不能返回，從而出現(xiàn)阻塞現(xiàn)象。Win Sock對有可能阻塞的函數(shù)提供了兩種處理方式：阻塞和非阻塞方式。在阻塞方式下，收發(fā)數(shù)據(jù)的函數(shù)在被調(diào)用后一直要到傳送完畢或者出錯才能返回。對于非阻塞方式，函數(shù)被調(diào)用后立即返回，傳送完成后由WinSock給程序發(fā)一個事先約定好的消息。使用Windows Sockets實現(xiàn)Windows網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計的關(guān)鍵就是它提供了對網(wǎng)絡(luò)事件基于消息的異步存取，用于注冊應(yīng)用程序感興趣的網(wǎng)絡(luò)事件。Winsock過WSAAsyncse lect()動地設(shè)置套接字處于非阻塞方式，注冊一個或多個網(wǎng)絡(luò)事件。當(dāng)被提名的網(wǎng)絡(luò)事件發(fā)生時，Windows應(yīng)用程序的窗口函數(shù)將收到一個消息，消息附帶的參數(shù)指示被提名過的某一網(wǎng)絡(luò)事件。WSAAsyncSelect的原型如下：
    int PASCAL FAR WSAAsyncSelect(SOCTET s，HWND hWnd，unsignedint wMsg，long lEvent)它請求Windows Sockets DLL在檢測到套接字上發(fā)生的網(wǎng)絡(luò)事件時，向窗口hWnd發(fā)送一個消息。MFC在實現(xiàn)CAsyncSocket類時，定義了一個內(nèi)部類CSocket Wnd，當(dāng)使用Create函數(shù)產(chǎn)生Socket句柄時，就Attach這個Socket到一個窗口上，并且CAsyncSocket的DoCallBack函數(shù)為該窗口的回調(diào)函數(shù)。在此函數(shù)內(nèi)根據(jù)不同的消息參數(shù)，響應(yīng)各個網(wǎng)絡(luò)事件。
2．3 CAsyncSocket對網(wǎng)絡(luò)事件的響應(yīng)
    在理解以上機制后，再了解一下CAsyncSocket的通信流程。
    CAsvncSocket在AsyncSelect函數(shù)中調(diào)用WSAAsyncselect函數(shù)注冊感興趣的網(wǎng)絡(luò)事件。這樣，當(dāng)一個網(wǎng)絡(luò)事件發(fā)生時，經(jīng)過MFC的消息循環(huán)，就可以由CAsyncSocket的DoCAllBack函數(shù)按事件的類型：FD_READ，F(xiàn)D_WRITE，F(xiàn)D_ACCEPT，F(xiàn)D_CONNECT和FD_CLOSE來分別調(diào)用OnReceive()，OnSend()，OnAccept()，OnConnect()和OnClose()函數(shù)。具體的對應(yīng)關(guān)系如表1所示。

3 使用CAsyncSocket類的通訊流程
    在理解了上述的機制后，CAsyncSocket的通信流程：客戶方在使用CAsyncSocket：：Connect()時，往往返回一個WSAEWOULDBLOCK的錯誤，實際上這不應(yīng)該算作一個錯誤，它是Socket的提醒，由于使用了非阻塞Socket方式，所以操作需要時間，不能瞬間建立。那么可以等待，等待連接成功，于是許多程序員就在調(diào)用Connect()之后，Sleep(0)，然后不停地用WSAGetLastError()或者CAsyncSocket：：GetLast Error()查看Socket返回的錯誤，直到返回成功為止。這是一種錯誤的做法，斷言不能達到預(yù)期目的。事實上，可以在Connect()調(diào)用之后等待CAsyncSocket：：OnConnect()事件被觸發(fā)。類似地，Send()如果返回WSAEWOULDBLOCK錯誤，在OnSend()處等待，Receive()如果返回WSAE WOULDBLOCK錯誤，則在OnReceive()處等待，具體的內(nèi)部通信流程如圖2所示。

4 使用CAsyncSocket編程的程序框架
    在進行C／S編程之前，需在定義應(yīng)用程序行為的文件030 303．cpp中的Initlnstance()函數(shù)里調(diào)用AfxSocketInit()函數(shù)來初始化Wind ows Sockets。
    (1)服務(wù)器端
    以public的方式從CAsyncSocket類派生新類CServerSock，并重載OnAccept、OnReceive、OnSend函數(shù)。
    函數(shù)重載完成后，在主窗口構(gòu)造新的CServeSock對象，用來監(jiān)聽來自客戶機的連接，添加代碼如下：
    CServeSock m_ListenSock；／／m_ListenSock為監(jiān)聽套接字
    m_ListenSock．Create(m_Port，SOCK_STREAM，F(xiàn)D ACCEPT|FD_READ|FD_WRITE|FD_CLOSE)
    m_ListenSock→Listen(int nConnectionBacklog=5)；
    函數(shù)Send()的參數(shù)說明：
    nconnectionBacklog：等待連接的最大隊列長度。
    此時服務(wù)器開始監(jiān)聽來自客戶機的連接請求。
    (2)客戶機端
    以public的方式從CAsyncSocket類派生新類CClientSock，與服務(wù)器端類似，重載OnReceive()、OnSend()函數(shù)。
    已經(jīng)搭建好使用CAsyncSocket類實現(xiàn)基于TCP協(xié)議的異步網(wǎng)絡(luò)通訊的框架，具體的應(yīng)用程序可以在此基礎(chǔ)上進行豐富與修改。

5 結(jié)束語
    CAsyncSocket類為使用Socket提供了方便。建立Socket的WSAStartup過程和bind過程被簡化成為Create過程，IP地址類型轉(zhuǎn)換、主機名和IP地址轉(zhuǎn)換的過程中許多復(fù)雜的變量類型都被簡化成字符串和整數(shù)操作，特別是CAsyncSocket類的異步特點，完全可以替代繁瑣的線程操作。MFC提供了大量的類庫，若能靈活地使用，可大大提高編程效率。