connect 函数在阻塞和非阻塞模式下的行为
在 socket 是阻塞模式下 connect 函数会一直到有明确的结果才会返回（或连接成功或连接失败），如果服务器地址“较远”，连接速度比较慢，connect 函数在连接过程中可能会导致程序阻塞在 connect 函数处好一会儿（如两三秒之久），虽然这一般也不会对依赖于网络通信的程序造成什么影响，但在实际项目中，我们一般倾向使用所谓的异步的 connect 技术，或者叫非阻塞的 connect。这个流程一般有如下步骤：
1. 创建socket，并将 socket 设置成非阻塞模式；
2. 调用 connect 函数，此时无论 connect 函数是否连接成功会立即返回；如果返回-1并不表示连接出错，如果此时错误码是EINPROGRESS
3. 接着调用 select 函数，在指定的时间内判断该 socket 是否可写，如果可写说明连接成功，反之则认为连接失败。
按上述流程编写代码如下：
/**
* 异步的connect写法，nonblocking_connect.cpp
* zhangyl 2018.12.17
*/
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <iostream>
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
#define SERVER_ADDRESS "127.0.0.1"
#define SERVER_PORT 3000
#define SEND_DATA "helloworld"
int main(int argc, char* argv[])
{
//1.创建一个socket
int clientfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (clientfd == -1)
{
std::cout << "create client socket error." << std::endl;
return -1;
}
//连接成功以后，我们再将 clientfd 设置成非阻塞模式，
//不能在创建时就设置，这样会影响到 connect 函数的行为
int oldSocketFlag = fcntl(clientfd, F_GETFL, 0);
int newSocketFlag = oldSocketFlag | O_NONBLOCK;
if (fcntl(clientfd, F_SETFL, newSocketFlag) == -1)
{
close(clientfd);
std::cout << "set socket to nonblock error." << std::endl;
return -1;
}
//2.连接服务器
struct sockaddr_in serveraddr;
serveraddr.sin_family = AF_INET;
serveraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_ADDRESS);
serveraddr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
for (;;)
{
int ret = connect(clientfd, (struct sockaddr *)&serveraddr, sizeof(serveraddr));
if (ret == 0)
{
std::cout << "connect to server successfully." << std::endl;
close(clientfd);
return 0;
}
else if (ret == -1)
{
if (errno == EINTR)
{
//connect 动作被信号中断，重试connect
std::cout << "connecting interruptted by signal, try again." << std::endl;
continue;
} else if (errno == EINPROGRESS)
{
//连接正在尝试中
break;
} else {
//真的出错了，
close(clientfd);
return -1;
}
}
}
fd_set writeset;
FD_ZERO(&writeset);
FD_SET(clientfd, &writeset);
//可以利用tv_sec和tv_usec做更小精度的超时控制
struct timeval tv;
tv.tv_sec = 3;
tv.tv_usec = 0;
if (select(clientfd + 1, NULL, &writeset, NULL, &tv) == 1)
{
std::cout << "[select] connect to server successfully." << std::endl;
} else {
std::cout << "[select] connect to server error." << std::endl;
}
//5. 关闭socket
close(clientfd);
return 0;
}
为了区别到底是在调用 connect 函数时判断连接成功还是通过 select 函数判断连接成功，我们在后者的输出内容中加上了“[select]”标签以示区别。
我们先用 nc 命令启动一个服务器程序：
nc -v -l 0.0.0.0 3000
然后编译客户端程序并执行：
[root@localhost testsocket]# g++ -g -o nonblocking_connect nonblocking_connect.cpp
[root@localhost testsocket]# ./nonblocking_connect
[select] connect to server successfully.
我们把服务器程序关掉，再重新启动一下客户端，这个时候应该会连接失败，程序输出结果如下：
[root@localhost testsocket]# ./nonblocking_connect
[select] connect to server successfully.
奇怪？为什么连接不上也会得出一样的输出结果？难道程序有问题？这是因为：
- 在 Windows 系统上，一个 socket 没有建立连接之前，我们使用 select 函数检测其是否可写，能得到正确的结果（不可写），连接成功后检测，会变为可写。所以，上述介绍的异步 connect 写法流程在 Windows 系统上时没有问题的。
- 在 Linux 系统上一个 socket 没有建立连接之前，用 select 函数检测其是否可写，你也会得到可写得结果，所以上述流程并不适用于 Linux 系统。正确的做法是，connect 之后，不仅要用 select 检测可写，还要检测此时 socket 是否出错，通过错误码来检测确定是否连接上，错误码为 0 表示连接上，反之为未连接上。完整代码如下：
/**
* Linux 下正确的异步的connect写法，linux_nonblocking_connect.cpp
* zhangyl 2018.12.17
*/
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <iostream>
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
#define SERVER_ADDRESS "127.0.0.1"
#define SERVER_PORT 3000
#define SEND_DATA "helloworld"
int main(int argc, char* argv[])
{
//1.创建一个socket
int clientfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (clientfd == -1)
{
std::cout << "create client socket error." << std::endl;
return -1;
}
//连接成功以后，我们再将 clientfd 设置成非阻塞模式，
//不能在创建时就设置，这样会影响到 connect 函数的行为
int oldSocketFlag = fcntl(clientfd, F_GETFL, 0);
int newSocketFlag = oldSocketFlag | O_NONBLOCK;
if (fcntl(clientfd, F_SETFL, newSocketFlag) == -1)
{
close(clientfd);
std::cout << "set socket to nonblock error." << std::endl;
return -1;
}
//2.连接服务器
struct sockaddr_in serveraddr;
serveraddr.sin_family = AF_INET;
serveraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_ADDRESS);
serveraddr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
for (;;)
{
int ret = connect(clientfd, (struct sockaddr *)&serveraddr, sizeof(serveraddr));
if (ret == 0)
{
std::cout << "connect to server successfully." << std::endl;
close(clientfd);
return 0;
}
else if (ret == -1)
{
if (errno == EINTR)
{
//connect 动作被信号中断，重试connect
std::cout << "connecting interruptted by signal, try again." << std::endl;
continue;
} else if (errno == EINPROGRESS)
{
//连接正在尝试中
break;
} else {
//真的出错了，
close(clientfd);
return -1;
}
}
}
fd_set writeset;
FD_ZERO(&writeset);
FD_SET(clientfd, &writeset);
//可以利用tv_sec和tv_usec做更小精度的超时控制
struct timeval tv;
tv.tv_sec = 3;
tv.tv_usec = 0;
if (select(clientfd + 1, NULL, &writeset, NULL, &tv) != 1)
{
std::cout << "[select] connect to server error." << std::endl;
close(clientfd);
return -1;
}
int err;
socklen_t len = static_cast<socklen_t>(sizeof err);
if (::getsockopt(clientfd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &err, &len) < 0)
{
close(clientfd);
return -1;
}
if (err == 0)
std::cout << "connect to server successfully." << std::endl;
else
std::cout << "connect to server error." << std::endl;
//5. 关闭socket
close(clientfd);
return 0;
}
当然，在实际的项目中，第 3 个步骤中 Linux 平台上你也可以使用 poll 函数来判断 socket 是否可写；在 Windows 平台上你可以使用 WSAEventSelect 或 WSAAsyncSelect 函数判断连接是否成功，关于这三个函数我们将在后面的章节中详细讲解，这里暂且仅以 select 函数为例。