非阻塞模式下 send 和 recv 函数的返回值

非阻塞模式下 send 和 recv 函数的返回值

我们来总结一下 send 和 recv 函数的各种返回值意义：

返回值 n	返回值含义
大于 0	成功发送 n 个字节
0	对端关闭连接
小于 0（ -1）	出错或者被信号中断或者对端 TCP 窗口太小数据发不出去（send）或者当前网卡缓冲区已无数据可收（recv）

我们来逐一介绍下这三种情况：

• 返回值大于 0

  对于 send 和 recv 函数返回值大于 0，表示发送或接收多少字节，需要注意的是，在这种情形下，我们一定要判断下 send 函数的返回值是不是我们期望发送的缓冲区长度，而不是简单判断其返回值大于 0。举个例子：

  1int n = send(socket, buf, buf_length, 0)；
  2if (n > 0)
  3{
  4  printf("send data successfully\n");
  5}
  

  很多新手会写出上述代码，虽然返回值 n 大于 0，但是实际情形下，由于对端的 TCP 窗口可能因为缺少一部分字节就满了，所以返回值 n 的值可能在 (0, buf_length] 之间，当 0 < n < buf_length 时，虽然此时 send 函数是调用成功了，但是业务上并不算正确，因为有部分数据并没发出去。你可能在一次测试中测不出 n 不等于 buf_length 的情况，但是不代表实际中不存在。所以，建议要么认为返回值 n 等于 buf_length 才认为正确，要么在一个循环中调用 send 函数，如果数据一次性发不完，记录偏移量，下一次从偏移量处接着发，直到全部发送完为止。

1  //推荐的方式一
2  int n = send(socket, buf, buf_length, 0)；
3  if (n == buf_length)
4  {
5      printf("send data successfully\n");
6  }

 1//推荐的方式二：在一个循环里面根据偏移量发送数据
 2bool SendData(const char* buf , int buf_length)
 3{
 4    //已发送的字节数目
 5    int sent_bytes = 0;
 6    int ret = 0;
 7    while (true)
 8    {
 9        ret = send(m_hSocket, buf + sent_bytes, buf_length - sent_bytes, 0);
10        if (nRet == -1)
11        {
12            if (errno == EWOULDBLOCK)
13            {
14                //严谨的做法，这里如果发不出去，应该缓存尚未发出去的数据，后面介绍
15                break;
16            }             
17            else if (errno == EINTR)
18                continue;
19            else
20                return false;
21        }
22        else if (nRet == 0)
23        {
24            return false;
25        }
26
27        sent_bytes += ret;
28        if (sent_bytes == buf_length)
29            break;
30
31        //稍稍降低 CPU 的使用率
32        usleep(1);
33    }
34
35    return true;
36}

• 返回值等于 0

  通常情况下，如果 send 或者 recv 函数返回 0，我们就认为对端关闭了连接，我们这端也关闭连接即可，这是实际开发时最常见的处理逻辑。

  但是，现在还有一种情形就是，假设调用 send 函数传递的数据长度就是 0 呢？send 函数会是什么行为？对端会 recv 到一个 0 字节的数据吗？需要强调的是，在实际开发中，你不应该让你的程序有任何机会去 send 0 字节的数据，这是一种不好的做法。 这里仅仅用于实验性讨论，我们来通过一个例子，来看下 send 一个长度为 0 的数据，send 函数的返回值是什么？对端会 recv 到 0 字节的数据吗？

  server 端代码：

 1  /**
 2   * 验证recv函数接受0字节的行为，server端，server_recv_zero_bytes.cpp
 3   * zhangyl 2018.12.17
 4   */
 5  #include <sys/types.h> 
 6  #include <sys/socket.h>
 7  #include <arpa/inet.h>
 8  #include <unistd.h>
 9  #include <iostream>
10  #include <string.h>
11  #include <vector>
12
13  int main(int argc, char* argv[])
14  {
15      //1.创建一个侦听socket
16      int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
17      if (listenfd == -1)
18      {
19          std::cout << "create listen socket error." << std::endl;
20          return -1;
21      }
22
23      //2.初始化服务器地址
24      struct sockaddr_in bindaddr;
25      bindaddr.sin_family = AF_INET;
26      bindaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
27      bindaddr.sin_port = htons(3000);
28      if (bind(listenfd, (struct sockaddr *)&bindaddr, sizeof(bindaddr)) == -1)
29      {
30          std::cout << "bind listen socket error." << std::endl;
31          close(listenfd);
32          return -1;
33      }
34
35      //3.启动侦听
36      if (listen(listenfd, SOMAXCONN) == -1)
37      {
38          std::cout << "listen error." << std::endl;
39          close(listenfd);
40          return -1;
41      }
42
43      int clientfd;
44
45      struct sockaddr_in clientaddr;
46      socklen_t clientaddrlen = sizeof(clientaddr);
47      //4. 接受客户端连接
48      clientfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&clientaddr, &clientaddrlen);
49      if (clientfd != -1)
50      {           
51          while (true)
52          {
53              char recvBuf[32] = {0};
54              //5. 从客户端接受数据,客户端没有数据来的时候会在recv函数处阻塞
55              int ret = recv(clientfd, recvBuf, 32, 0);
56              if (ret > 0) 
57              {
58                  std::cout << "recv data from client, data: " << recvBuf << std::endl;               
59              } 
60              else if (ret == 0)
61              {
62                  std::cout << "recv 0 byte data." << std::endl;
63                  continue;
64              } 
65              else
66              {
67                  //出错
68                  std::cout << "recv data error." << std::endl;
69                  break;
70              }
71          }               
72      }
73
74
75      //关闭客户端socket
76      close(clientfd);
77      //7.关闭侦听socket
78      close(listenfd);
79
80      return 0;
81  }

上述代码侦听端口号是 3000，代码 55 行调用了 recv 函数，如果客户端一直没有数据，程序会阻塞在这里。

client 端代码：

 1/**
 2 * 验证非阻塞模式下send函数发送0字节的行为，client端，nonblocking_client_send_zero_bytes.cpp
 3 * zhangyl 2018.12.17
 4 */
 5#include <sys/types.h> 
 6#include <sys/socket.h>
 7#include <arpa/inet.h>
 8#include <unistd.h>
 9#include <iostream>
10#include <string.h>
11#include <stdio.h>
12#include <fcntl.h>
13#include <errno.h>
14
15#define SERVER_ADDRESS "127.0.0.1"
16#define SERVER_PORT     3000
17#define SEND_DATA       ""
18
19int main(int argc, char* argv[])
20{
21    //1.创建一个socket
22    int clientfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
23    if (clientfd == -1)
24    {
25        std::cout << "create client socket error." << std::endl;
26        return -1;
27    }
28
29    //2.连接服务器
30    struct sockaddr_in serveraddr;
31    serveraddr.sin_family = AF_INET;
32    serveraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_ADDRESS);
33    serveraddr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
34    if (connect(clientfd, (struct sockaddr *)&serveraddr, sizeof(serveraddr)) == -1)
35    {
36        std::cout << "connect socket error." << std::endl;
37        close(clientfd);
38        return -1;
39    }
40
41    //连接成功以后，我们再将 clientfd 设置成非阻塞模式，
42    //不能在创建时就设置，这样会影响到 connect 函数的行为
43    int oldSocketFlag = fcntl(clientfd, F_GETFL, 0);
44    int newSocketFlag = oldSocketFlag | O_NONBLOCK;
45    if (fcntl(clientfd, F_SETFL,  newSocketFlag) == -1)
46    {
47        close(clientfd);
48        std::cout << "set socket to nonblock error." << std::endl;
49        return -1;
50    }
51
52    //3. 不断向服务器发送数据，或者出错退出
53    int count = 0;
54    while (true)
55    {
56        //发送 0 字节的数据
57        int ret = send(clientfd, SEND_DATA, 0, 0);
58        if (ret == -1) 
59        {
60            //非阻塞模式下send函数由于TCP窗口太小发不出去数据，错误码是EWOULDBLOCK
61            if (errno == EWOULDBLOCK)
62            {
63                std::cout << "send data error as TCP Window size is too small." << std::endl;
64                continue;
65            } 
66            else if (errno == EINTR)
67            {
68                //如果被信号中断，我们继续重试
69                std::cout << "sending data interrupted by signal." << std::endl;
70                continue;
71            } 
72            else 
73            {
74                std::cout << "send data error." << std::endl;
75                break;
76            }
77        }
78        else if (ret == 0)
79        {
80            //对端关闭了连接，我们也关闭
81            std::cout << "send 0 byte data." << std::endl;
82        } 
83        else
84        {
85            count ++;
86            std::cout << "send data successfully, count = " << count << std::endl;
87        }
88
89        //每三秒发一次
90        sleep(3);
91    }
92
93    //5. 关闭socket
94    close(clientfd);
95
96    return 0;
97}

client 端连接服务器成功以后，每隔 3 秒调用 send 一次发送一个 0 字节的数据。除了先启动 server 以外，我们使用 tcpdump 抓一下经过端口 3000 上的数据包，使用如下命令：

1tcpdump -i any 'tcp port 3000'

然后启动 client ，我们看下结果：

客户端确实是每隔 3 秒 send 一次数据。此时我们使用 lsof -i -Pn 命令查看连接状态，也是正常的：

然后，tcpdump 抓包结果输出中，除了连接时的三次握手数据包，再也无其他数据包，也就是说，send 函数发送 0 字节数据，client 的协议栈并不会把这些数据发出去。

1[root@localhost ~]# tcpdump -i any 'tcp port 3000'
2tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decode
3listening on any, link-type LINUX_SLL (Linux cooked), capture size 262144 bytes
417:37:03.028449 IP localhost.48820 > localhost.hbci: Flags [S], seq 1632283330, win 43690, options [mss 65495,sackOK,TS val 201295556 ecr 0,nop,wscale 7], length 0
517:37:03.028479 IP localhost.hbci > localhost.48820: Flags [S.], seq 3669336158, ack 1632283331, win 43690, options [mss 65495,sackOK,TS val 201295556 ecr 201295556,nop,wscale 7], length 0
617:37:03.028488 IP localhost.48820 > localhost.hbci: Flags [.], ack 1, win 342, options [nop,nop,TS val 201295556 ecr 201295556], length 0

因此，server 端也会一直没有输出，如果你用的是 gdb 启动 server，此时中断下来会发现，server 端由于没有数据会一直阻塞在 recv 函数调用处（55 行）。

上述示例再次验证了，send 一个 0 字节的数据没有任何意思，希望读者在实际开发时，避免写出这样的代码。