网络编程之非阻塞connect编写

一、connect非阻塞编写

　　TCP连接的建立涉及到一个三次握手的过程，且socket中connect函数需要一直等到客户接收到对于自己的SYN的ACK为止才返回，

这意味着每 个connect函数总会阻塞其调用进程至少一个到服务器的RTT时间，而RTT波动范围很大，从局域网的几个毫秒到几百个毫秒甚至广域网上的几秒。

这段 时间内，我们可以执行其他处理工作，以便做到并行。在此，需要用到非阻塞connect。

将一个阻塞connect变为非阻塞大概有如下几步：

第一步：将套接字设置为非阻塞模式

设置套接字可以用ioctl（）或者fcntl（）

（1）用ioctl设置

 /*创建套接字*/
 int sockfd =  socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
     //.................
 /*step 1: 将套接字设置为非阻塞*/
  flags = ;
  ioctl(sockfd, FIONBIO, &flags);

（2）用fcntl函数设置

  #include <unistd.h>
  #include <fcntl.h>

  int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );

   //int fcntl(int fd, int cmd, long arg);

参数fd

参数fd代表欲设置的文件描述符

参数cmd

参数cmd代表打算操作的指令

有以下几种情况：

F_DUPFD用来查找大于或等于参数arg的最小且仍未使用的文件描述符，并且复制参数fd的文件描述符。

F_GETFD取得close-on-exec旗标。若此旗标的FD_CLOEXEC位为0，代表在调用exec()相关函数时文件将不会关闭。

F_SETFD 设置close-on-exec 旗标。该旗标以参数arg 的FD_CLOEXEC位决定。

F_GETFL 取得文件描述符状态旗标，此旗标为open（）的参数flags。

F_SETFL 设置文件描述符状态旗标，参数arg为新旗标，但只允许O_APPEND、O_NONBLOCK和O_ASYNC位的改变，其他位的改变将不受影响。

F_GETLK 取得文件锁定的状态。

F_SETLK 设置文件锁定的状态。此时flcok 结构的l_type 值必须是F_RDLCK、F_WRLCK或F_UNLCK。如果无法建立锁定，则返回-1，错误代码为EACCES 或EAGAIN。

F_SETLKW F_SETLK 作用相同，但是无法建立锁定时，此调用会一直等到锁定动作成功为止。若在等待锁定的过程中被信号中断时，会立即返回-1，错误代码为EINTR。

返回值

fcntl的返回值与命令有关。如果出错，所有命令都返回-1，如果成功则返回某个其他值。下列四个命令有特定返回值：

F_DUPFD、F_GETFD、F_GETFL、F_GETOWN.

第一个返回新的文件描述符，接下来的两个返回相应标志，最后一个返回一个正的进程ID或负的进程组ID。

 /*创建套接字*/
 int sockfd =  socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
     //.................
 /*获取flags标志*/
 int flags;
 flags = fcntl(sockfd, F_GETFL, );
 /*设置套接字为非阻塞*/
 fcntl(sockfd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK);

第二步：调用connect连接判断返回值

 ret = connect(sockfd, addr, addrlen);
 if (ret == ) {
     return TURE;
 }
 if (ret <  && errno == EINPROGRESS) {

     /*如果调用connect函数会之间返回-1（表示出错），且错误为EINPROGRESS，表示连接建立，建立启动但是尚未完成，*/
 }
 else
     // connect error 

实现非阻塞 connect ，首先把 sockfd 设置成非阻塞的。这样调用 connect 可以立刻返回，根据返回值和 errno 处理三种情况

(1) 如果返回 0，表示 connect 成功。

(2) 如果返回值小于 0， errno 为 EINPROGRESS, 表示连接建立已经启动但是尚未完成。这是期望的结果，不是真正的错误

(3) 如果返回值小于0，errno 不是 EINPROGRESS，则连接出错了。

建立connect连接，此时socket设置为非阻塞，connect调用后，无论连接是否建立立即返回-1，同时将errno（包含 errno.h就可以直接使用）设置为EINPROGRESS, 表示此时tcp三次握手仍旧进行，如果errno不是EINPROGRESS，则说明连接错误，程序结束。
当客户端和服务器端在同一台主机上的时候，connect回马上结束，并返回0；无需等待，所以使用goto函数跳过select等待函数，直接进入连接后的处理部分

第三步：将套接字添加到select集合中，判断是否可读可写

ret = connect(sockfd, addr, addrlen);
if (ret <  && errno == EINPROGRESS) {

    /*如果调用connect函数会之间返回-1（表示出错），且错误为EINPROGRESS，表示连接建立，建立启动但是尚未完成；*/
        FD_ZERO(&connectfd);
        FD_SET(, &connectfd);
        FD_SET(sockfd, &connectfd);//将套接字加入到集合中
   　　 /*设置超时时间*/
        timeout.tv_sec = ;
        timeout.tv_usec = ;
        if (select(sockfd+, NULL, &connectfd, NULL, &timeout) > )
        {
            len = sizeof(uint32);
　　　　　　　/*获取error值，并进行判断*/
            getsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &err, (socklen_t*)&len);
            if (err == )
            {
                ret = TURE;
            }
            else
                ret = ERR;
        }
        else
            ret = ERR;
}

　　设置等待时间，使用select函数等待正在后台连接的connect函数，这里需要说明的是使用select监听socket描述符是否可读或者可写，如果只可写，说明连接成功，可以进行下面的操作。如果描述符既可读又可写，分为两种情况，第一种情况是socket连接出现错误，第二种情况是connect连接成 功，socket读缓冲区得到了远程主机发送的数据。需要通过connect连接后返回给errno的值来进行判定，或者通过调用 getsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_ERROR,&error,&len); 函数返回值来判断是否发生错误.当网络发生错误的时候，getsockopt返回-1，return -1，程序结束。网络正常时候返回0，程序继续执行

第四步：恢复套接字描述符状态为非阻塞，并返回

 （）
 /* 恢复套接字非阻塞*/
  flags = ;
 fcntl(sockfd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK);

 （）
 /* 恢复套接字阻塞*/
 flags = ;
  ioctl(sockfd, FIONBIO, &flags);

下面是整个connect流程代码：

（1） 创建socket，并利用fcntl将其设置为非阻塞

（2） 调用connect函数，如果返回0，则连接建立；如果返回-1，检查errno ，如果值为 EINPROGRESS，则连接正在建立

（3） 为了控制连接建立时间，将该socket描述符加入到select的可写集合中，采用select函数设定超时

（4） 如果规定时间内成功建立，则描述符变为可写；否则，采用getsockopt函数捕获错误信息

（5） 恢复套接字的文件状态并返回

 int Connect(uint32 sockfd, struct sockaddr *addr,  socklen_t addrlen)
 {
     struct timeval timeout;
     uint32 flags, len;
     int err, ret;
     fd_set connectfd;

     if (NULL == addr)
         return ERR;

     /*step 1: 将套接字设置为非阻塞*/
     flags = ;
     ioctl(sockfd, FIONBIO, &flags);

     /*step 2: 调用connect连接*/
     if ((ret = connect(sockfd, addr, addrlen)) < )
     {
         if (errno != EINPROGRESS)
             ret =  ERR;

         FD_ZERO(&connectfd);
         FD_SET(, &connectfd);
         FD_SET(sockfd, &connectfd);

         timeout.tv_sec = ;
         timeout.tv_usec = ;
         if (select(sockfd+, NULL, &connectfd, NULL, &timeout) > )
         {
             len = sizeof(uint32);
             getsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &err, (socklen_t*)&len);
             if (err == )
             {
                 ret = TURE;
             }
             else
                 ret = ERR;
         }
         else
             ret = ERR;
     }   

42　　 /*恢复套接字为阻塞模式*/
     flags = ;
     ioctl(sockfd, FIONBIO, &flags);

     return ret;
 }