网络编程（四）TCP IO多路转接服务器编程（select)多线程

一，select多路转接服务器

网络编程（三）TCP IO多路转接服务器编程（select)

二，select多路转接服务器（多线程）

前面介绍的select多路转接服务器已经可以实现处理多个客户端的服务器，为了进一步提高效率，我们还可以将上面的select多路转接服务器改写为多线程的形式。

与前面普通的select多路转接服务器相比，要修改为多线程主要是要在主线程的while(1)的循环中做些处理：

在select检测完读集合过后，
1，如果检查到有监听文件描述符准备就绪，则开一个子线程让其去处理该次的连接；
2，如果检测到有通信文件描述符准备就绪，则开一个子线程让其去处理该次的通信。

注意：本次使用多线程改造该服务器的多线程方法仍然是C++11标准的跨平台方法。

同时，需注意：
1，在监听文件描述符就绪以后连接客户端过程中，要添加accept成功以后返回的客户端进入待检测集合中，方便下一次的检测，所以需要传入的fd_set参数为指针类型，且该子线程与主线程detach以后，子线程与主线程在运行过程中可能同时访问该fd_set数据，所以要互斥访问。

maxfd这个变量同理。

也要互斥访问。

2，在处理客户端通信的子线程中，同样子线程与主线程detach，所以要注意该子线程中的fd_set数据也可能与主线程对fd_set的访问发生冲突，所以也要注意互斥访问。

关于C++11跨平台多线程编程的方法与互斥量的应用在我前面的博客中有介绍：
1）C++新特性（六）多线程（1）线程启动、结束，创建线程、join，detach，线程传参详解
2）C++新特性（六）多线程（2）线程中互斥量的使用，mutex对象使用，lock_guard类模板，死锁的解决

下面是多线程select多路转接服务器一个例子代码：
服务端

//server_thread.cpp
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
using namespace std;

mutex fdset_mutex;
mutex maxfd_mutex;
void Connection(int lfd,fd_set*rdset,int*maxfd)//监听文件描述符，待检测的读集合，集合中的最大文件描述符
{
      // 接受连接请求, 这个调用不阻塞
        struct sockaddr_in cliaddr;
        int cliLen = sizeof(cliaddr);
        int cfd = accept(lfd, (struct sockaddr*)&cliaddr, (socklen_t*)&cliLen);

        // 得到了有效的文件描述符
        // 通信的文件描述符添加到读集合
        // 在下一轮select检测的时候, 就能得到缓冲区的状态

        fdset_mutex.lock();
        FD_SET(cfd, rdset);
        fdset_mutex.unlock();


        // 重置最大的文件描述符
        maxfd_mutex.lock();
        *maxfd = cfd > *maxfd ? cfd : *maxfd;
        maxfd_mutex.unlock();
}

void Communication(int cfd,fd_set *rdset)
{
    // 接收数据
    char buf[1024];
    // 该例子中客户端与服务端都是1024字节容量，客户端一次发多少，服务端一次能读多少。


    //但是也有可能服务端容量只有10，而客户端容量有100，服务端一次只能接收10个字节, 客户端一次发送100个字节
    // 一次是接收不完的, 文件描述符对应的读缓冲区中还有数据
    // 下一轮select检测的时候, 内核还会标记这个文件描述符缓冲区有数据 -> 再读一次
    // 	循环会一直持续, 知道缓冲区数据被读完位置
    memset(buf,0,sizeof(buf));
    int len = read(cfd, buf, sizeof(buf));
    if(len == 0)
    {
        printf("客户端关闭了连接...\n");
        // 将检测的文件描述符从读集合中删除
        fdset_mutex.lock();
        FD_CLR(cfd, rdset);
        fdset_mutex.unlock();
        close(cfd);
    }
    else if(len > 0)
    {
        // 收到了数据
        // 发送数据
        printf("客户端say:%s\n",buf);
        write(cfd, buf, len);
    }
    else
    {
        // 异常
        perror("read");
    }
}
int main()
{
    // 1. 创建监听的fd
    int lfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    // 2. 绑定
    struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(5000);
    addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    bind(lfd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));

    // 3. 设置监听
    listen(lfd, 128);

    // 将监听的fd的状态检测委托给内核检测
    int maxfd = lfd;
    // 初始化检测的读集合
    fd_set rdset;
    fd_set rdtemp;
    // 清零
    FD_ZERO(&rdset);
    // 将监听的lfd设置到检测的读集合中
    FD_SET(lfd, &rdset);
    // 通过select委托内核检测读集合中的文件描述符状态, 检测read缓冲区有没有数据
    // 如果有数据, select解除阻塞返回
    // 应该让内核持续检测
    while(1)
    {
        // 默认阻塞
        // rdset 中是委托内核检测的所有的文件描述符
        fdset_mutex.lock();//主线程与子线程互斥访问rdset
        rdtemp = rdset;
        fdset_mutex.unlock();

        maxfd_mutex.lock();
        int num = select(maxfd+1, &rdtemp, NULL, NULL, NULL);
        maxfd_mutex.unlock();
        // rdset中的数据被内核改写了, 只保留了发生变化的文件描述的标志位上的1, 没变化的改为0
        // 只要rdset中的fd对应的标志位为1 -> 缓冲区有数据了
        // 判断
        // 有没有新连接
        fdset_mutex.lock();
        if(FD_ISSET(lfd, &rdtemp))
        {
            // 接受连接请求, 这个调用不阻塞
            fdset_mutex.unlock();

            thread conn(Connection,lfd,&rdset,&maxfd);
            conn.detach();
        }
        else
            fdset_mutex.unlock();

        // 没有新连接, 通信
        maxfd_mutex.lock();
        for(int i=0; i<maxfd+1; ++i)
        {
            maxfd_mutex.unlock();
			// 判断从监听的文件描述符之后到maxfd这个范围内的文件描述符是否读缓冲区有数据
            fdset_mutex.lock();
            if(i != lfd && FD_ISSET(i, &rdtemp))
            {
                fdset_mutex.unlock();
                thread comm(Communication,i,&rdset);
                comm.detach();
            }
            else
                fdset_mutex.unlock();
           
        }
    }

    return 0;
}

和我前面介绍的普通TCP多线程服务器一样，要编译这个c++文件，也需要加上两个参数
-std=c++11
-lpthread
同时在vscode中，如果不识别c++11标准地话，也要设置vsdode环境为c++11标准。

即在编译出红线的地方，点击该红线，编辑"includePath”设置，设置c的标准为c11，c++标准为c++11。

客户端

// client.cpp
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main()
{
    // 1. 创建通信的套接字
    int fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(fd == -1)
    {
        perror("socket");
        exit(0);
    }

    // 2. 连接服务器
    struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(5000);   // 大端端口
    inet_pton(AF_INET, "39.108.179.82", &addr.sin_addr.s_addr);

    int ret = connect(fd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));
    if(ret == -1)
    {
        perror("connect");
        exit(0);
    }

    // 3. 和服务器端通信
    int number = 0;
    while(1)
    {
        // 发送数据
        char buf[1024];
        sprintf(buf, "你好, 服务器...%d\n", number++);
        write(fd, buf, strlen(buf)+1);
        
        // 接收数据
        memset(buf, 0, sizeof(buf));
        int len = read(fd, buf, sizeof(buf));
        if(len > 0)
        {
            printf("服务器say: %s\n", buf);
        }
        else if(len  == 0)
        {
            printf("服务器断开了连接...\n");
            break;
        }
        else
        {
            perror("read");
            break;
        }
        sleep(1);   // 每隔1s发送一条数据
    }

    close(fd);

    return 0;
}