如何实现异步 connect

写过网络程序的同学，应该都知道 connect 函数，在 socket 开始读写操作之前，先要进行连接，也即 TCP 的三次握手 , 这个过程就是在 connect 函数中完成的, connect 函数本身是阻塞的，通过设置 socket 的选项及调用 select/poll 函数可以实现异步 connect 的功能

socket 默认是阻塞模式，处于阻塞模式时，调用 connect 函数之后，会一直等待连接结果返回为止，要么成功，要么失败，connect 函数返回 0 时成功，返回 -1 失败

在局域网中，调用 connect 函数，基本上会立即返回结果，当服务器在国外时，connect 函数时会阻塞一段时间，大概几秒钟吧，具体的时间还要看当时的网络状况

为什么要用异步 connect

Linux 下 connect 默认的超时时间大概在一分钟左右（不同的Linux版本略有差别），在实际的开发中，这个时间显得有点儿长了

对于服务器来说，需要为很多的客户端服务，要尽量减少阻塞，所以，一般都是采用异步 connect 的技术

对于每一个编写网络程序的同学来说，异步connect 应该是必须掌握的基本功

异步connect 步骤

(1) 创建socket，调用 fcntl 函数将其设置为非阻塞 

(2) 调用 connect 函数，返回 0 表示连接成功，返回 -1，需要检查错误码

    如果错误码为 EINPROGRESS，表示正在建立连接中

    如果错误码是 EINTR 表示，表示发生了系统中断，这时继续执行连接即可

    如果是其他错误码，调用 close(fd) 函数关闭 socket, 连接失败

(3) 将 socket 加入 select/poll 的可写文件描述符集合中，并设置超时时间

(4) 判断 select/poll 函数的返回值

    小于等于 0 表示失败

    其他，表示 socket 可写，调用 getsockopt 函数 捕获 socket 的错误信息

具体的代码如下：

/*

    异步 connect 测试代码, test_connect.cpp

*/

#include <stdint.h>

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

#include <sys/select.h>

#include <poll.h>

#include <sys/un.h>

#include <netinet/in.h>

#include <netinet/tcp.h>

#include <arpa/inet.h>

#include <unistd.h>

#include <fcntl.h>

#include <string.h>

#include <netdb.h>

#include <errno.h>

#include <stdarg.h>

#include <poll.h>

#include <limits.h>

#include <iostream>

using namespace std;

int32_t main(int32_t argc, char *argv[])

{

    if(argc < 3)

    {

        std::cout << "argc < 3..." << std::endl;

        return -1;

    }

    std::string strip = argv[1];

    uint32_t port = atoi(argv[2]);

    //创建 socket

    int32_t fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    if(-1 == fd)

    {

        std::cout << "create socket error:" << errno << std::endl;

        return -1;

    }

    //将 socket 设置成非阻塞

    int32_t flag = fcntl(fd, F_GETFL, 0);

    flag |= O_NONBLOCK;

    if(-1 == fcntl(fd, F_SETFL, flag))

    {

        std::cout << " set socket nonblock error:" << errno << std::endl;

        close(fd);

        return -1;

    }

    //服务器地址

    struct sockaddr_in addr;

    addr.sin_family = AF_INET;

    addr.sin_port = htons(port);

    addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(strip.c_str());

    //

    for(; ;)

    {

        //连接服务器

        int32_t ret = connect(fd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr) );

        if(-1 == ret)

        {

            int32_t err = errno;

            if(EINTR == err)

            {

                //connect被中断，继续重试

                //如果不处理 EINTR 错误的话，connect逻辑可以不用放到 for 循环中

                continue;

            }

            if(EINPROGRESS != err)

            {

                std::cout << "connect err:" << errno << ", str:" << strerror(errno) <<  std::endl;

                goto exit;

            }

            //正在连接中

            std::cout << "connecting..." << std::endl;

            //处理结果

            int32_t result = -1;

    #if 1

            //将 socket 加入到 poll 的可写集合中

            struct pollfd wfd[1];

            wfd[0].fd = fd;

            wfd[0].events = POLLOUT;

            //检测 socket 是否可写

            result = poll(wfd, 1, 3000);

    #elif 0

            //设置超时时间

            struct timeval tval;

            tval.tv_sec = 3;

            tval.tv_usec = 0;

            //将 socket 加入到 select 的可写集合中

            fd_set wfds;

            FD_ZERO(&wfds);

            FD_SET(fd,&wfds);

            //检测 socket 是否可写

            result = select(fd + 1, nullptr, &wfds, nullptr,&tval);

    #endif

            std::cout << "async connect result:" << result << std::endl;

            // 失败

            if(result <= 0 )

            {

                std::cout << "async connect err:" << errno << ", str:" << strerror(errno) << std::endl;

                goto exit;

            }

            //检查socket 错误信息

            int32_t temperr = 0;

            socklen_t temperrlen = sizeof(temperr);

            if(-1 == getsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, (void*)&temperr, &temperrlen) )

            {

                std::cout << "async connect...getsockopt err:" << errno << ", str:" << strerror(errno) <<  std::endl;

                goto exit;

            }

            if(0 != temperr)

            {

                std::cout << "async connect...getsockopt temperr:" << temperr << ", str:" << strerror(temperr) << std::endl;

                goto exit;

            }

            //成功

            std::cout << "async connect success..." << std::endl;

            goto exit;

        }

        else

        {

             //连接成功

            std::cout << "connect success..." << std::endl;

            goto exit;

        }

    } // end of  for(; ;)

exit:

    std::cout << "quit...." << std::endl;

    close(fd);

    return 0;

}

代码说明

如果不处理 EINTR 错误的话，connect 函数及后面的逻辑可以不用放到 for 循环中

检查 socket 是否可写，调用 select 或者 poll 函数都可以，上述代码中使用的是 poll 函数，将代码中的 #if 1 改成 #if 0 以及 #elif 0 改成 #elif 1 , 就是使用 select 函数检测 socket 是否可写了

测试

在另一台机器上执行 nc -l -v -k 192.168.70.20 5000 命令，启动一个服务器程序

在当前机器上执行 g++ -g -Wall -std=c++11 -o test_connect test_connect.cpp 进行编译

执行 ./test_connect 192.168.70.20 5000, 结果如下图

此时，服务器程序显示如下：

通过 test_connect 程序端的截图可以看出，调用 connect 函数之后，返回了 EINPROGRESS 错误码，然后调用 select/poll 函数返回 1, 表示 socket 可写，紧接着调用 getsockopt 函数检查 socket 错误信息，通过打印的信息知道，socket 无错误信息，即连接成功

我们在服务器机器上按 CTRL + C 停止服务器程序，然后关闭 test_connect 程序，再次执行 ./test_connect 192.168.70.20 5000 ，结果如下图：

从上图可以看出，即使服务器程序已经退出了，调用 select/poll 之后还是返回 socket 可写，当继续调用 getsockopt 函数检查 socket 错误码，此时错误码是 111，表示连接被拒绝，也即连接失败

这里要注意一个很重要的点, 在 Linux 上，即使 socket 没有连接成功，调用 select/poll 时，仍然返回 socket 是可写的，所以除了调用 select/poll 检查 socket 可写之外，还需要调用 getsockopt 函数检查 socket 的错误码，错误码为 0 表示连接成功，其他表示连接失败

巴特西

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测试

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