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C++ IOCP完整代码实例
2023-07-05 14:29:48 深夜i     --     --
C++ IOCP 完整代码 实例

在多线程服务器的开发中，网络IO操作是一个重要的组成部分。为了提高服务器的网络IO性能，Microsoft Windows平台提供了一种高性能的网络IO模型——IOCP。

IOCP（Input/Output Completion Ports）是一种异步IO模型，与Linux上的Epoll类似。在Windows平台下，通过完成端口（Completion Port）来管理异步IO操作。使用IOCP模型的服务端程序，可以在单线程的情况下响应大量的客户端请求。

本文将介绍一个基于IOCP模型的C++网络服务器完整代码实例。

首先，我们需要定义一些基本的数据结构：



struct ClientContext {


  SOCKET  socket;  // 客户端套接字


  char   buffer[1024]; // 数据缓冲区


  OVERLAPPED overlapped; // 重叠结构体


  WSABUF  wbuf;   // WSABUF结构体


  DWORD  dwBytes;  // 接收/发送字节数


  DWORD  dwFlag;  // 标志位


};


struct WorkContext


  HANDLE  hIOCP;  // 完成端口句柄


  SOCKET  socket;  // 监听套接字


  WSAEVENT hEvent;  // WSAEvent句柄


  HANDLE  hThread; // 工作线程句柄


  volatile bool isRunning; // 工作线程状态


;

上述代码定义了两个结构体，ClientContext和WorkContext。其中，ClientContext包含客户端套接字、数据缓冲区、重叠结构体、WSABUF结构体、接收/发送字节数和标志位等信息；WorkContext包含完成端口句柄、监听套接字、WSAEvent句柄、工作线程句柄和工作线程状态等信息。

接下来，我们来创建TCP监听套接字，并调用CreateIoCompletionPort函数将其与完成端口关联起来：



SOCKET CreateListenSocket(const char* ip, int port) {


  SOCKET listenSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);


  if (listenSocket == INVALID_SOCKET)


    return INVALID_SOCKET;


  


  sockaddr_in addr;


  addr.sin_family = AF_INET;


  addr.sin_port = htons(port);


  if (ip == nullptr) {


    addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);


  } else {


    addr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr(ip);


  }


  if (bind(listenSocket, (sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) == SOCKET_ERROR) {


    closesocket(listenSocket);


    return INVALID_SOCKET;


  }


  if (listen(listenSocket, SOMAXCONN) == SOCKET_ERROR) {


    closesocket(listenSocket);


    return INVALID_SOCKET;


  }


  // 创建完成端口


  HANDLE hIOCP = CreateIoCompletionPort(INVALID_HANDLE_VALUE, NULL, 0, 0);


  if (hIOCP == NULL) {


    closesocket(listenSocket);


    return INVALID_SOCKET;


  }


  // 将监听套接字关联到完成端口


  if (CreateIoCompletionPort((HANDLE)listenSocket, hIOCP, (ULONG_PTR)listenSocket, 0) == NULL) {


    closesocket(listenSocket);


    CloseHandle(hIOCP);


    return INVALID_SOCKET;


  }


  // 创建工作线程


  DWORD dwThreadId;


  HANDLE hThread = CreateThread(NULL, 0, WorkerThread, hIOCP, 0, &dwThreadId);


  if (hThread == NULL) {


    closesocket(listenSocket);


    CloseHandle(hIOCP);


    return INVALID_SOCKET;


  }


  // 创建WorkContext对象


  WorkContext* pContext = new WorkContext();


  pContext->hIOCP = hIOCP;


  pContext->socket = listenSocket;


  pContext->hEvent = WSACreateEvent();


  pContext->hThread = hThread;


  pContext->isRunning = true;


  // 等待工作线程启动


  while (InterlockedExchangeAdd((LONG*)(&pContext->isRunning), 0) == true) {


    Sleep(10);


  }


  return listenSocket;


}

上述代码实现了TCP监听套接字的创建、绑定和监听操作，并创建了完成端口，并将监听套接字与完成端口关联起来。还启动了一个工作线程，用来处理IOCP的事件。

接下来，我们可以在工作线程中处理IOCP事件：



DWORD WINAPI WorkerThread(LPVOID lpParam) {


  WorkContext* pContext = (WorkContext*)lpParam;


  if (InterlockedExchangeAdd((LONG*)(&pContext->isRunning), 0) == false)


    return 0;


  


  InterlockedExchangeAdd((LONG*)(&pContext->isRunning), -1);


  DWORD dwBytesTransferred;


  DWORD dwCompletionKey;


  LPOVERLAPPED lpOverlapped;


  ClientContext* pClientContext;


  while (GetQueuedCompletionStatus(pContext->hIOCP, &dwBytesTransferred, (PULONG_PTR)&dwCompletionKey, &lpOverlapped, INFINITE)) {


    // 处理IOCP事件


    pClientContext = CONTAINING_RECORD(lpOverlapped, ClientContext, overlapped);


    if (dwBytesTransferred == 0) {


      // 客户端已断开


      closesocket(pClientContext->socket);


      delete pClientContext;


      continue;


    }


    if (pClientContext->dwFlag == 1)


      // 发送完成


      delete pClientContext;


      continue;


    


    // 处理接收到的数据


    pClientContext->wbuf.len = dwBytesTransferred;


    pClientContext->dwBytes = 0;


    pClientContext->dwFlag = 1;


    // 将数据发送回客户端


    WSASend(pClientContext->socket, &(pClientContext->wbuf), 1, &(pClientContext->dwBytes), 0, &(pClientContext->overlapped), NULL);


  }


  return 0;


}

上述代码实现了一个无限循环，用来不断处理IOCP事件。如果dwBytesTransferred等于0，则说明客户端已断开连接；如果pClientContext->dwFlag等于1，则说明数据已发送完成；否则，需要将数据发送回客户端。

最后，我们可以在主函数中调用WSARecv函数接收客户端连接：



void main() {


  // 创建监听套接字


  SOCKET listenSocket = CreateListenSocket("127.0.0.1", 1234);


  if (listenSocket == INVALID_SOCKET)


    return;


  


  sockaddr_in clientAddr;


  int clientAddrLen = sizeof(clientAddr);


  while (true) {


    // 接受客户端连接


    SOCKET clientSocket = accept(listenSocket, (sockaddr*)&clientAddr, &clientAddrLen);


    if (clientSocket == INVALID_SOCKET)


      continue;


    


    // 创建ClientContext对象


    ClientContext* pContext = new ClientContext();


    memset(pContext, 0, sizeof(ClientContext));


    pContext->socket = clientSocket;


    pContext->wbuf.buf = pContext->buffer;


    pContext->wbuf.len = sizeof(pContext->buffer);


    pContext->dwFlag = 0;


    // 接收客户端的数据


    WSARecv(pContext->socket, &(pContext->wbuf), 1, &(pContext->dwBytes), &(pContext->dwFlag), &(pContext->overlapped), NULL);


  }


}

上述代码使用accept函数接收客户端的连接，接收到连接后，创建一个ClientContext对象，并调用WSARecv函数接收客户端的数据。

到这里，基于IOCP模型的C++网络服务器完整代码实例就介绍完了。在实际实现中，还需要考虑很多细节，如异常处理、内存泄漏等，但基本原理与代码实现与上述类似。通过使用IOCP模型，可以很好地提高服务器的网络IO性能。

  
  

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