單線程實現同時監聽多個端口（windows平台c++代碼）

前言

　　多年前開發了一套網絡庫，底層實現采用IOCP（完成端口）。該庫已在公司多個程序中應用；經過多次修改，長時間檢驗，已經非常穩定高效。

最近把以前的代碼梳理了一下，又加進了一些新的思路。代碼結構更加合理，性能也有所提升。打算將該庫一些的知識點寫出來，以供參考。

服務端要在多個端口監聽，這種場合並不多見。但作為一個完善的網絡庫，似乎有必要支持此功能的。

傳統實現方法

　　如果監聽端口個數很少，也可以采用傳統的方法。因為accept函數是阻塞的，所以要實現在n個端口監聽，就需要n個線程。如果監聽端口個數不多，這也不是多大問題。如果監聽端口多達幾十個，這種方法就有些不妥。線程也是一種資源，線程過多占用資源會增加；也會導致系統負擔加重。

更可行的實現方法

　　實現方法有些曲折，需要一步一步分析；基本的原理就是將socket句柄與事件（event）相關聯。Windows有相關的函數可以對多個事件監聽，當某個事件被觸發，就知道相應的socket有事件到達。可以對該socket做accept，因為已經確定該socket有事件了，所以accept函數會立即返回。這樣就達到對多個端口同時監聽的目的。

1）生成socket，並與某個端口綁定

struct LISTEN_SOCKET_INFO
{
    UINT16   listenPort;  //監聽端口
    SOCKET   listenSocket;//句柄
    WSAEVENT netEvent;    //socket對應事件
};

int IocpAccept::CreateListenInfo()
{
    //m_listListenPort存儲要監聽的端口；總個數不超過64個
    std::vector<UINT16>::iterator pos = m_listListenPort.begin();
    for (;pos != m_listListenPort.end();++pos)
    {
        //生成socket
        UINT16 listenPort = *pos;
        LISTEN_SOCKET_INFO socketInfo;
        socketInfo.listenSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
        socketInfo.listenPort = listenPort;

        //綁定端口
        sockaddr_in InetAddr;
        InetAddr.sin_family = AF_INET;
        InetAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
        InetAddr.sin_port = htons(listenPort);

        int ret = bind(socketInfo.listenSocket, (SOCKADDR *)&InetAddr, sizeof(InetAddr));
        if (SOCKET_ERROR == ret)
        {
            ::closesocket(socketInfo.listenSocket);
            //綁定失敗
            continue;
        }

        //生成事件
        socketInfo.netEvent = WSACreateEvent();

        //將socket句柄與事件關聯起來。只監視socket的accept和close消息
        ret = WSAEventSelect(socketInfo.listenSocket, socketInfo.netEvent, FD_ACCEPT | FD_CLOSE);
        if (SOCKET_ERROR == ret)
        {
            ::closesocket(socketInfo.listenSocket);
            continue;
        }

        // 啟動監聽
        ret = listen(socketInfo.listenSocket, 1000);
        if (SOCKET_ERROR == ret)
        {
            ::closesocket(socketInfo.listenSocket);
            continue;
        }

        m_listListenInfo.push_back(socketInfo);
    }
    return 0;
}

該函數已將需要的數據存儲在列表m_listListenInfo中。

2）啟動監聽線程，對多個事件監聽

　　對多個事件監聽用到如下函數：

DWORD WSAAPI WSAWaitForMultipleEvents( DWORD cEvents, const WSAEVENT *lphEvents, BOOL fWaitAll, DWORD dwTimeout, BOOL fAlertable );該函數最多可以對64個事件做跟蹤，所以一個線程最多可以對64個端口做監聽。（同時對超過64個端口監聽的場合非常少見。本文不考慮。）

//生成事件地址指針
    int nEventTotal;
    WSAEVENT* pEventArray = CreateNetEventArray(&nEventTotal);
    if (nEventTotal == 0)
        return 0;
    assert(nEventTotal <= WSA_MAXIMUM_WAIT_EVENTS);

    MSG msg;
    while (m_bServerStart)
    {
        // 同時對多個事件做監聽
        DWORD index = WSAWaitForMultipleEvents(nEventTotal,
            pEventArray,
            FALSE,
            10000,
            FALSE);
        if (!m_bServerStart)
            return 0;

        //查看是哪個事件觸發函數返回
        index = index - WSA_WAIT_EVENT_0;
        //客戶端連接事件
        if ((index != WSA_WAIT_FAILED) && (index != WSA_WAIT_TIMEOUT))
        {
            //pEventArray排序與m_listListenInfo一樣，所以可以根據index找到對應的socket。
            //就是該socket導致函數返回
            LISTEN_SOCKET_INFO socketInfo = m_listListenInfo[index];

            //查看具體是什么事件導致函數返回
            WSANETWORKEVENTS NetworkEvents;
            WSAEnumNetworkEvents(socketInfo.listenSocket, pEventArray[index], &NetworkEvents);

            //如果是accept事件，說明有客戶端連接此端口
            if (NetworkEvents.lNetworkEvents == FD_ACCEPT
                && NetworkEvents.iErrorCode[FD_ACCEPT_BIT] == 0)
            {
                //這時調用accept函數，會立即返回
                AcceptListenPort(socketInfo.listenSocket, socketInfo.listenPort);
            }
            if (NetworkEvents.lNetworkEvents == FD_CLOSE
                && NetworkEvents.iErrorCode[FD_CLOSE_BIT] == 0)
            {
                assert(false);
            }

        }
        else
        {
            //因為超時等其他原因引起函數返回
        }
    }

下文accept函數調用，並不會阻塞。

UINT IocpAccept::AcceptListenPort(SOCKET hListenSocket, UINT16 nListenPort)
{
    SOCKET hClient = 0;
    SOCKADDR_IN localAddr;
    int iaddrSize = sizeof(SOCKADDR_IN);

    hClient = accept(hListenSocket, (struct sockaddr *)&localAddr, &iaddrSize);
    if (INVALID_SOCKET == hClient)
    {
        int nAccepetError = WSAGetLastError();
        if (nAccepetError == WSAECONNRESET)
        {
            return 1;
        }
        else
        {
            return 0;
        }
    }
    else
    {
        //獲取了一個客戶端連接
        OnAcceptClient(hClient, nListenPort);
    }
    return 0;
}

后記：同時對多個端口做監聽，可能還有更好的方法。如果對幾百個以上端口做監聽，此方法可能就不太合適。通常情況下，對多個端口監聽的場景比較少見，所以對更優化的處理方法也沒深究。

代碼下載地址： https://download.csdn.net/download/qq_29939347/10691921