Muduo网络库实现 [三]

设计思路

类的设计

模块的实现

基础模块

特殊模块

集成模块

主函数

主函数实现

主函数测试

疑惑点

设计思路

Socket模块主要是对套接字的基础操作进行封装，简化我们对套接字的操作，不需要调用C的原生接口，而是以面向对象的方式来调用。

那么我们需要封装哪些接口呢？

首先，最基础的接口，创建套接字，绑定地址信息，建立连接，开始监听，获取新连接，读取数据，写入数据，关闭套接字这几个基本功能我们还是需要提供的。
其次就是两个特殊的功能： 设置套接字非阻塞，因为后续我们读取和写入都是非阻塞进行的。还有就是设置地址信息和端口号复用，这是为了便于服务器崩溃之后能够立即以固定端口重启。
还需要提供两个集成的功能，创建一个服务器连接，以及建立一个客户端连接。

类的设计

public: /*-- - 基础功能-- -*/bool Create();//创建套接字bool Bind();//绑定地址信息bool Connect();//向服务端发起连接bool Listen();//服务端开始监听int Accept();//获取客户端连接ssize_t send();//发送数据ssize_t Recv();//接收数据void close();//关闭套接字/*-- - 特殊功能-- -*/ssize_t SendNonBlock(void *buf, size_t len) // 非阻塞发送数据void SetNonBlock();//设置套接字非阻塞void SetAddrReuse();//设置地址信息和端口号复用/*-- - 整合功能-- -*/bool CreateServer();//创建一个服务器连接bool CreateClient();//创建一个客户端连接
};

模块的实现

这个模块是把服务端的Socket和客户端的Socket整合到一起了

基础模块

class Socket
{
private:int _sockfd;public:Socket() // 接收监听套接字的构造函数: _sockfd(-1){}Socket(int sockfd) // 接收客户端连接后的通信套接字: _sockfd(sockfd){}~Socket() { Close(); }/*-- - 基础功能-- -*/bool Create() // 创建套接字{_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);if (_sockfd < 0){ERR_LOG("Create failed");return false;}std::cout << "sockfd:" << _sockfd << std::endl;return true;}bool Bind(const string &ip, uint16_t port) // 绑定地址信息{struct sockaddr_in addr;memset(&addr, 0, sizeof addr);addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip.c_str());addr.sin_port = htons(port);socklen_t len = sizeof addr;int n = bind(_sockfd, (struct sockaddr *)&addr, len);if (n < 0){ERR_LOG("Bind failed");return false;}std::cout << "Bind:" << n << std::endl;return true;}bool Listen(int backlog = MAX_LISTEN) // 服务端开始监听{int n = listen(_sockfd, backlog);if (n < 0){ERR_LOG("Listen failed");return false;}std::cout << "Listen:" << n << std::endl;return true;}bool Connect(const string &ip, uint16_t port) // 向服务端发起连接{struct sockaddr_in addr;addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip.c_str());addr.sin_port = htons(port);socklen_t len = sizeof addr;int n = connect(_sockfd, (struct sockaddr *)&addr, len);if (n < 0){ERR_LOG("Connect failed");return false;}std::cout << "Connect:" << n << std::endl;return true;}int Accept() // 获取客户端连接{int connfd = accept(_sockfd, nullptr, nullptr);std::cout << "Accept:" << connfd << std::endl;if (connfd < 0){ERR_LOG("Accept failed");return -1;}return connfd;}ssize_t Send(const void *buf, size_t len, int flag = 0) // 将数据从用户态缓冲区发送到内核缓冲区{int n = send(_sockfd, buf, len, flag);if (n < 0){if (errno == EAGAIN || errno == EINTR){return 0;ERR_LOG("send failed");return -1;}}return n;}ssize_t Recv(void *buf, size_t len, int flag = 0) // 接收数据{int n = recv(_sockfd, buf, len, flag);if (n < 0){if (errno == EAGAIN || errno == EINTR){return 0;ERR_LOG("recv failed");return -1;}}return n;}void Close() // 关闭套接字{close(_sockfd);}ssize_t SendNonBlock(void *buf, size_t len) // 非阻塞发送数据{return Recv(buf, len, MSG_DONTWAIT);}};

特殊模块

为什么需要把套接字设置成非阻塞属性呢？

设置非阻塞其实就两个步骤，首先获取描述符当前属性，然后再在获取到的属性上加上我们的非阻塞属性，再将其设置进描述符中。这里需要用到 fcntl() 接口

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

man手册中说明了，获取和设置O_CLOEXEC 也就是不可被拷贝，是使用 F_GETFD和F_SETFD，而其他属性的获取和设置则需要使用F_GETFL 和 F_SETFL。

    // 设置套接字非阻塞属性void SetNonBlock(){// int fcntl(int fd, int cmd, ...)int flag = fcntl(_sockfd, F_GETFL, 0);fcntl(_sockfd, F_SETFL, flag | O_NONBLOCK);}

地址信息和端口号复用需要用到的 setsockopt() 接口

int setsockopt(int sockfd, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen);

第一个参数就是要设置的文件描述符或者说套接字，第二个参数就是要设置的层级，第三个参数表示要进行什么操作，第四个参数表示要设置的值，1 表示激活，0表示取消，第四个参数表示第三个参数的大小。

    void SetAddrReuse() // 设置地址信息和端口号复用{int val = 1;int ret = setsockopt(_sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR | SO_REUSEPORT, &val, sizeof val);// 设置 SO_REUSEADDR 可以绑定处于 TIME_WAIT 状态的端口// 设置 SO_REUSEPORT 可以让一个端口被多个 socket 绑定，可以用于实现负载均衡}

集成模块

然后就是设计两个集成端口，首先创建服务器套接字，他需要创建一个套接字，绑定端口和IP，设置非阻塞，还要设置地址复用，以及开始监听。

    bool CreateServer(uint16_t port, const string &ip = "0.0.0.0", bool nonblock = false) // 创建一个服务器连接{// 1.创建套接字 2.绑定地址 3.开始监听 4.打开地址重用 5.设置非阻塞if (Create() == false)return false;if (Bind(ip, port) == false)return false;if (Listen() == false)return false;SetAddrReuse();if (nonblock)SetNonBlock();return true;}

而建立一个客户端套接字，他也需要创建套接字，但是它不需要我们显式绑定端口和IP，然后就是调用Conect进行连接服务器。注意客户端套接字不要connect之前设置非阻塞，因为如果设置了非阻塞，那么我们就无法判断connect是否连接成功。

    bool CreateClient(uint16_t port, const string &ip) // 创建一个客户端连接{// 1.创建套接字 2.连接客户端if (Create() == false)return false;if (Connect(ip, port) == false)return false;return true;}

主函数

主函数实现

server.cc

#include <iostream>
#include "Socket.hpp"#define PORT 8080int main()
{// 创建服务端套接字Socket serverSocket;// 创建并初始化服务端if (!serverSocket.CreateServer(PORT, "0.0.0.0", true)){std::cerr << "Server initialization failed!" << std::endl;return -1;}std::cout << "Server is listening on port " << PORT << "..." << std::endl;// 接受客户端连接int clientSocket = -1;while (1){sleep(1);clientSocket = serverSocket.Accept();if (clientSocket < 0){std::cerr << "Failed to accept client connection!" << std::endl;}else{break;}}std::cout << "Client connected!" << std::endl;Socket conSocket(clientSocket);int RecvCount = 5;// 接收数据while (RecvCount){char buffer[1024] = {0};ssize_t bytesReceived = conSocket.Recv(buffer, sizeof(buffer));if (bytesReceived > 0){std::cout << "Received from client: " << buffer << std::endl;RecvCount--;}else{std::cerr << "Failed to receive data from client!" << std::endl;}sleep(1);}// 发送数据到客户端int SendCount = 5;while (SendCount){const char *response = "Hello from server!";ssize_t bytesSent = conSocket.Send(response, strlen(response));if (bytesSent > 0){std::cout << "Sent to client: " << response << std::endl;SendCount--;}else{std::cerr << "Failed to send data to client!" << std::endl;}sleep(1);}// 关闭连接serverSocket.Close();std::cout << "Server closed!" << std::endl;return 0;
}

client.cc

#include <iostream>
#include "Socket.hpp"#define PORT 8080int main()
{// 创建客户端套接字Socket clientSocket;// 创建并初始化客户端if (!clientSocket.CreateClient(PORT, "127.0.0.1")){std::cerr << "Client initialization failed!" << std::endl;return -1;}std::cout << "Client connected to server!" << std::endl;// 发送数据到服务端int SendCount = 5;while (SendCount){const char *message = "Hello from client!";ssize_t bytesSent = clientSocket.Send(message, strlen(message));if (bytesSent > 0){std::cout << "Sent to server: " << message << std::endl;SendCount--;}else{std::cerr << "Failed to send data to server!" << std::endl;}sleep(1);}// 接收数据从服务端int RecvCount = 5;while (RecvCount){char buffer[1024] = {0};ssize_t bytesReceived = clientSocket.Recv(buffer, sizeof(buffer));if (bytesReceived > 0){std::cout << "Received from server: " << buffer << std::endl;RecvCount--;}else{std::cerr << "Failed to receive data from server!" << std::endl;}sleep(1);}// 关闭连接clientSocket.Close();std::cout << "Client closed!" << std::endl;return 0;
}

主函数测试

客户端往服务端发送数据

Client.cc

const char *message = "Hello from client!";

ssize_t bytesSent = clientSocket.Send(message, strlen(message));

这两段代码的过程如下：

Server.CC

char buffer[1024] = {0};

ssize_t bytesReceived = conSocket.Recv(buffer, sizeof(buffer));

这两段代码的过程如下：

服务端与客户端双向发送/接收，以及关闭

疑惑点

关于套接字的基础功能，为啥已经建立连接了，后面又获取连接了？

因为你建立的连接是客户端->服务端的，而获取新连接，是指的服务端获取到了客户端的连接。

socket函数的用法

int socket(int domain, int type, int protocol);

这里为啥要用到memset?

bind函数的用法

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

accept的用法

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

send的用法

send read write接口的解释

ssize_t send(const void* buf, size_t len, int flag = 0) 这里的buf指的是内核发送缓冲区还是用户态的输出缓冲区？

send的sockfd参数是干嘛的

是不是意思就是说，A与B进行通信的话会有个sockfd1 C与D进行通信的话，会有个sockfd2?

不是的

但是每对通信的客户端和服务端都需要独立的套接字进行数据传输

send发送数据

send发送数据指的是从用户态缓冲区发送到内核态缓冲区，并不是从客户端发送到服务端了

这里send函数为啥不传_sockfd

为什么会有两个构造函数

send()是把数据从用户输出缓冲区发送到内核的输出缓冲区中这个内核的输出缓冲区是指的自己的内核缓冲区还是对端的内核缓冲区？

为什么Accept的返回值为-1

因为此时客户端还没连接，但已经调用了获取客户端的接口。所以会返回-1

CTRL + Z后，再次启动bind失败

客户端发送了数据但是服务端收不到数据