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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