socket的阻塞模式和非阻塞模式

如何将socket设置为非阻塞模式

无论是Windows还是Linux，默认创建的socket都是阻塞模式的。

在linux上，我们可以使用fcntl函数或者ioctl函数给创建的socket增加O_NONBLOCK标志来将socket设置为非阻塞模式。

int oldSocketFlag = fcntl(sockfd, F_GETFL, 0);
int newSocketFlag = oldSocketFlag | O_NONBLOCK;
fcntl(sockfd, F_SETFL, newSocketFlag);

Linux上的socket函数也可以直接在创建时将socket设置为非阻塞式，socket函数签名如下：

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

给type参数增加一个SOCK_NONBLOCK标志即可，例如：

int s = socket(AF_INET, SOCK_STREAM | SOCK_NONBLOCK, IPPROTO_TCP);

不仅如此，在Linux上利用accept函数返回的代表与客户端通信的socket也提供了一个扩展函数accept4，直接将accept函数返回的socket设置为非阻塞的；

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

只要将accept4函数的最后一个参数flags设置为SOCK_NONBLOCK即可。

以下代码等价。

socklen_t addrlen = sizeof(clientaddr);
int clientfd = accept4(listenfd, &clientaddr, &addrlen, SOCK_NONBLOCK);

socklen_t addrlen = sizeof(clientaddr);
int clientfd = accept(listenfd,&clientaddr,&addrlen);
if(clientfd != -1)
{
    
    int oldSocketFlag = fcntl(clientfd, F_GETFL, 0);
    int newSocketFlag = oldSocketFlag | O_NONBLOCK;
    fcntl(clientfd, F_SETFL, newSocketFlag);
}

send和recv函数在阻塞和非阻塞模式下的表现

send函数在本质上并不是向网络上发送数据，而是将应用层发送缓冲区的数据拷贝到内核缓冲区中，至于数据什么时候会从网卡缓冲区中真正地发到网络中，要根据TCP/IP协议栈的行为来确定。如果socket设置了TCP_NODELAY选项（即禁用nagel算法）。存放到内核缓冲区的数据就会被立即发送出去，反之，一次放入内核缓冲区的数据包如果太小，则系统会在多个小的数据包凑成一个足够大的数据包之后才会将数据发送出去。

recv函数在本质上并不是从网络上收取数据，而是将内核缓冲区中的数据拷贝到应用程序的缓冲区中。在拷贝完成后会将内核缓冲区中的该部分数据移除。

通过上图可以知道，不同的程序在进行网络通信时，发送的一方会将内核缓冲区的数据通过网络传输给接收方的内核缓冲区。在应用程序A与应用程序B建立连接之后，假设应用程序A不断调用send函数，则数据会不断拷贝至对应的内核缓冲区中，如果应用程序B一直不调用recv函数，那么在应用程序B的内核缓冲区被填满之后，应用程序A的内核缓冲区也会被填满，此时应用程序A继续调用send函数会发生什么结果？具体的结果取决于socket是否是阻塞模式，这里先给出结论。

1. 当socket是阻塞模式时，继续调用send/recv函数，程序会阻塞在send/recv调用处；
2. 当socket是非阻塞模式时，继续调用send/recv函数，send/recv不会阻塞程序执行流，而是立即出错返回，我们会得到一个相关的错误码，在Linux上该错误码为EWOULDBLOCK或EAGAIN。

非阻塞模式下send和recv函数的返回值总结

返回值n	返回值的含义
大于0	成功发送send或接收recvn字节
0	对端关闭连接
小于0	出错，被信号中断，对端TCP窗口太小导致数据发送不出去或者当前网卡缓冲区已无数据可接收

这三种情况：

1. 返回值大于0。当send/recv函数的返回值大于0时，表示发送或接收多少字节。需要注意的是，在这种情况下，我们一定要判断send函数的返回值是不是我们期望发送的字节数，而不是简单判断其返回值大于0。举个例子

int n = send(socket, buf, buf_length, 0);
if(n > 0)
{
    
    printf("send data successful");
}

虽然返回值n大于0，但在实际情况中，由于对端的TCP窗口可能因为缺少一部分字节就满了，所以n的值可能为$(0,buf\_length]$。当$0<n<buf\_length$​​时，虽然此时send函数调用成功，但在业务上并不算正确，因为有部分数据并没有被发送出去。我们可能在一次测试中测不出n小于buf_length的情况，但不代表实际上不存在​​。所以，建议要么在返回值n等于buf_length时才认为正确，要么在一个循环中调用send函数，如果数据一次性发送不完，则记录偏移量，下一次从偏移量处接着发送，直到全部发送完为止。

//不推荐的方式
int n = send(socket, buf, buf_length, 0);
if(n == buf_length)
{
    
    printf("send data successfully\n");
}

//推荐的方式
bool SendData(const char* buf, int buf_length)
{
    
    //已经发送的字节数
    int sent_bytes = 0;
    int ret = 0;
    while(true)
    {
    
        ret = send(m_hSocket, buf + sent_bytes, buf_length - sent_bytes, 0);
        if(ret == -1)
        {
    
            if(errno == EWOULDBLOCK)
            {
    
                //严谨的做法：如果发送不出去，则应该缓存尚未发送出去的数据
                break;
            }
            else if(errno == EINTR)
                continue;
            else
                return false;
        }
        else if(ret == 0)
            return false;
        sent_bytes += ret;
        if(sent_bytes == buf_length)
            break;
    }
    return true;
}

2. 返回值等于0。在通常情况下，如果send或recv函数返回0，我们就认为对端关闭了连接，我们这端也关闭连接即可。send函数主动发送0字节时也会返回0，这是一种特例。
3. 返回值小于0。对于send或recv函数返回值小于0的情况（即返回-1），此时并不表示send或者recv函数一定调用出错。

下表表示的是非阻塞模式下，socket的send和recv返回值，对于阻塞模式下的socket，如果返回值为-1，则一定表示出错。

返回值和错误码	send函数	recv函数
返回-1，错误码是EWOULDBLOCK或EAGAIN	TCP窗口太小，数据暂时发送不出去	在当前缓冲区中无可读数据
返回-1，错误码是EINTR	被信号中断，需要重试	被信号中断，需要重试
返回-1，错误码不是以上3种	出错	出错

阻塞与非阻塞socket的各自使用场景

阻塞的socket函数在调用send，recv，connect，accept等函数时，如果特定的条件不满足，就会阻塞其调用线程直至超时，非阻塞的socket恰恰相反。

非阻塞模式一般用于需要支持高并发多QPS的场景（如服务器程序），但是正如前文所述，这种模式让程序的执行流和控制逻辑变得复杂；相反，阻塞模式逻辑简单，程序结构简单明了，常用于一些特殊场景中。

应用场景一：某程序需要临时发送一个文件，文件分段发送，每发送一段，对端都会给予一个响应，该程序可以单独开一个任务线程，在这个任务线程函数里面，使用先send后recv再send再recv的模式，每次send和recv都是阻塞模式的。

应用场景二：A端与B端之间的通信只有问答模式，即A端每发送给B端一个请求，B端比定会给A端一个响应，除此之外，B端不会向A端推送任何数据，此时A端就可以采用阻塞模式，在每次send完请求后，都可以直接使用阻塞式的recv函数接收应答包。

发送给B端一个请求，B端比定会给A端一个响应，除此之外，B端不会向A端推送任何数据，此时A端就可以采用阻塞模式，在每次send完请求后，都可以直接使用阻塞式的recv函数接收应答包。