windows网络编程 --网络聊天室（2）
IOCP模型
IOCP ：输入输出完成端口。
是支持多个同时发生的异步I/O操作的应用程序编程接口，IOCP特别适合C/S模式网络服务器端模型。
因为，让每一个socket有一个线程负责同步（阻塞）数据处理，one-thread-per-client的缺点是：一是如果连入的客户多了，就需要同样多的线程；二是不同的socket的数据处理都要线程切换的代价。
最佳线程数量=cpu内核数量*2
一个IOCP对象，在操作系统中可关联着多个Socket和（或）文件控制端。 IOCP对象内部有一个先进先出（FIFO）队列，用于存放IOCP所关联的输入输出端的服务请求完成消息。请求输入输出服务的进程不接收IO服务完成通知，而是检查IOCP的消息队列以确定IO请求的状态。
- 队列有消息： （线程池中的）多个线程负责从IOCP消息队列中取走完成通知并执行数据处理；
- 如果队列中没有消息，那么线程阻塞挂起在该队列。这些线程从而实现了负载均衡。
IOCP是一个内核对象，但是他是一个不需要安全属性的Windows内核对象
常用IOCP函数
使用IOCP模型，首先必须创建（或者关联）一个IOCP对象（与文件句柄）：
HANDLE CreateIoCompletionPort(
[in] HANDLE FileHandle,//要关联的文件句柄
[in, optional] HANDLE ExistingCompletionPort,//完成端口句柄
[in] ULONG_PTR CompletionKey,//完成键
[in] DWORD NumberOfConcurrentThreads//允许的最大线程数
);
CreateIoCompletionPort 函数创建 IOCP完成端口并将其与指定的文件句柄相关联，或者创建一个新的未被关联的IOCP对象。
- 参数一：接受一个文件句柄或者为NULL。 文件句柄：将其与一个已存在的IOCP对象相关联； NULL：创建一个新的IOCP对象。
- 参数二：接受一个现有IOCP对象或 NULL 的句柄。现有IOCP对象： 将其与一个文件句柄相关联；NULL：创建一个新的IOCP对象。
- 参数三：指定文件句柄的每个 I/O 完成数据包中包含的每句柄用户定义完成密钥。如果是关联已存在文件句柄，则此参数为此文件句柄，否则为空。
- 参数四：一个IOCP允许处理的最大线程数，NULL为系统默认。
获取IOCP的消息队列：
BOOL GetQueuedCompletionStatus(
[in] HANDLE CompletionPort,//IOCP对象句柄
LPDWORD lpNumberOfBytesTransferred,//IO操作传输的字节数
[out] PULONG_PTR lpCompletionKey,//发送消息方
[out] LPOVERLAPPED *lpOverlapped,//接受消息，并且存储消息的结构体指针
[in] DWORD dwMilliseconds//接受等待时间
);
GetQueuedCompletionStatus 函数尝试从指定的 I/O 完成端口取消 I/O 完成数据包的排队。
如果没有排队的完成数据包，该函数将等待与完成端口关联的挂起 I/O 操作完成。
说白了就是 接收从指定的发送方发送的消息，并且取消排队。
- 参数一：正在操作的IOCP对象。
- 参数二 ：准备从发送方接收的数据的字节数量，接收成功返回接收的字节数，失败返回NULL，表示读取失败。
- 参数三：指定的消息发送方，即客户端。
- 参数四：接收消息的一个结构体，消息信息都存储在这个结构体中。
- 参数五：等待的时间，相当于WaitForSingleoObect的函数等待。
基于IOCP的网络聊天室
服务器端
#include <WinSock2.h>
#include <Windows.h>
#include <iostream>
#include <ws2tcpip.h>
#include <vector>
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")
std::vector<SOCKET> Vec_Socket;
typedef struct My_Overlapped
{
OVERLAPPED wsaoverlapped;
WSABUF wsabuf;
}My_Overlapped,*PMy_Overlapped;
DWORD WINAPI DoMessage(
LPVOID lpParameter
)
{
HANDLE SocketHandle = (HANDLE)lpParameter;
BOOL Result = FALSE;
PMy_Overlapped myOverlapped = nullptr;
DWORD NumOfReadISze = 0;
ULONG_PTR ComplixKey = 0;
DWORD Flags = 0;
//指向接收与 I / O 操作已完成的文件句柄关联的完成键值的变量的指针
ULONG_PTR client{ 0 };
while (true)
{
//等待消息的读入
Result = GetQueuedCompletionStatus(
SocketHandle,
&NumOfReadISze,
&client, //从每一个客户句柄里读取信息
(LPOVERLAPPED*)&myOverlapped,
INFINITE
);
if (Result && NumOfReadISze > 0)
{
for (UINT i = 0; i < Vec_Socket.size(); i++)
{
//发送消息
if (Vec_Socket[i] != client)
{//句柄不是你自己，往其他人客户端发送消息
send(Vec_Socket[i], myOverlapped->wsabuf.buf, myOverlapped->wsabuf.len, NULL);
}
}
//清空缓冲区
memset(myOverlapped->wsabuf.buf, 0, 0x100);
memset(&myOverlapped->wsaoverlapped, 0, sizeof(OVERLAPPED));
WSARecv(
client,
&myOverlapped->wsabuf,
1,
&NumOfReadISze,
&Flags,
(LPWSAOVERLAPPED)myOverlapped,
NULL
);
}
else
{
//卸载客户端
for (UINT i = 0; i < Vec_Socket.size(); i++)
{
if (Vec_Socket[i] == client)
{
closesocket(client);
printf("客户端%u断开了连接\n", Vec_Socket[i]);
Vec_Socket.erase(Vec_Socket.begin() + i);
}
}
}
}
return 1;
}
int main()
{
// 创建IOCP对象
HANDLE IOCP = CreateIoCompletionPort(
INVALID_HANDLE_VALUE,
NULL,
NULL,
NULL
);
if (!IOCP)
{
printf("IOCP创建失败!\n");
return 0;
}
//获取CPU的内核处理器数量
SYSTEM_INFO system_info{ 0 };
GetNativeSystemInfo(&system_info);
for (UINT i = 0; i < system_info.dwNumberOfProcessors*2; i++)
{
CreateThread(
NULL,
NULL,
DoMessage,
(LPVOID)IOCP, //IOCP传入
NULL,
NULL
);
}
//1. 初始化网络环境
WSADATA WsaData{ 0 };
WSAStartup(
MAKEWORD(2, 2), //套接字
&WsaData
);
//2. 创建socket套接字
//创建绑定到特定传输服务提供者的套接字。
SOCKET serve = socket(
AF_INET,
SOCK_STREAM,
IPPROTO_TCP
);
//3. 绑定端口号IP地址
sockaddr_in serverAddr{ 0 };
serverAddr.sin_family = AF_INET; //地址族
serverAddr.sin_port = htons(666); //端口号
//inet_pton：标准文本呈现形式中将 IPv4 或 IPv6 Internet 网络地址转换为其数字二进制形式
inet_pton(AF_INET, "172.20.230.126", &serverAddr.sin_addr);
//bind：绑定函数将本地地址与套接字相关联。
bind(serve, (sockaddr*)&serverAddr, sizeof(serverAddr));
//4. 监听
//侦听函数将套接字置于侦听传入连接的状态。
listen(serve, SOMAXCONN);
sockaddr_in ClientAddr{ 0 };
int SockSize = sizeof(ClientAddr);
//5. 接收会话
while (1)
{
//连接客户端与服务器，返回客户端句柄
SOCKET client = accept(
serve, //标识已使用监听函数处于侦听状态的套接字
(sockaddr*)&ClientAddr,
&SockSize
);
//保存所有的客户端句柄于一个容器中
Vec_Socket.push_back(client);
//将SOCKET关联到IOCP
CreateIoCompletionPort(
(HANDLE)client,
IOCP,
client,
NULL
);
PMy_Overlapped MyOverlapped = new My_Overlapped{ 0 };
MyOverlapped->wsabuf.buf = new char[0x100] {0};
MyOverlapped->wsabuf.len = 0x100; //缓冲区的长度
DWORD RealSize = 0;
DWORD Flags = 0;
//接收消息
WSARecv(
client,
&MyOverlapped->wsabuf,
1,
&RealSize,
&Flags,
(LPWSAOVERLAPPED)MyOverlapped,
NULL
);
printf("服务器%u连接到了客户端\n", client);
}
closesocket(serve);
system("pause");
return 0;
}
客户端
#include <WinSock2.h>
#include <Windows.h>
#include <WS2tcpip.h>
#include <iostream>
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")
DWORD WINAPI GetMessageAAA(
LPVOID lpParameter
)
{
SOCKET Socket = (SOCKET)lpParameter;
CHAR DstBuff[0x100]{ 0 };
while (recv(Socket, DstBuff, 0x100, NULL) > 0)
{
printf("接收：%s\n", DstBuff);
}
return 1;
}
int main()
{
//1. 初始化网络连接
WSADATA WsaData{ 0 };
WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &WsaData);
//2. 创建SOCKET套接字
SOCKET serve = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
//3. 绑定IP地址
sockaddr_in serveAddr{ 0 };
serveAddr.sin_family = AF_INET; //地址族
serveAddr.sin_port = htons(666); //端口号
inet_pton(AF_INET, "172.20.230.126", &serveAddr.sin_addr);
//连接服务器
//connect函数建立与指定套接字的连接。
int result = connect(serve, (sockaddr*)&serveAddr, sizeof(serveAddr));
if (result != 0) //未发生错误，返回零
{
printf("连接失败!\n");
system("pause");
return 0;
}
//创建线程
HANDLE Thread = CreateThread(
NULL,
NULL,
GetMessageAAA,
(LPVOID)serve, //传入当前的客户端句柄
NULL,
NULL
);
CHAR lpBuff[0x100]{ 0 };
while (scanf("%s", lpBuff) && strcmp(lpBuff, "exit"))
{
send(serve, lpBuff, strlen(lpBuff)+1, NULL);
}
system("pause");
closesocket(serve);
return 0;
}
运行效果：
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