Linux 怎样实现非阻塞connect

前言

凡是接触过socket编程的，对connect函数一定不陌生。因为socket是面向连接的，所以在进行读写操作前我们首先要进行连接，而所谓连接也就是我们常说的三次握手，这个过程就是在connect函数中完成的。
虽然connect函数本身不具备阻塞的功能，但是我们可以通过对socket进行设置和使用select函数可以设置阻塞时间的特性实现非阻塞。

为什么要非阻塞

第一，我们可以在connect时去做些别的事，毕竟三次握手需要在网络中往返多层次，我们没有必要一直在那里闲着。
第二，这一点很重要，因为connect的超时时间在75秒到几分钟之间，显然不可能去让程序阻塞那么久。

怎样实现非阻塞

1. 设置socket

int oldOption = fcntl(sockfd, F_GETFL);
int newOption = oldOption | O_NONBLOCK;
//设置sockfd非阻塞
fcntl(sockfd, F_SETFL, newOption);

2. 执行connect

如果返回0，表示连接成功，这种情况一般在本机上连接时会出现(否则怎么可能那么快)
否则，查看error是否等于EINPROGRESS(表明正在进行连接中)，如果不等于，则连接失败
int ret = connect(sockfd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));
if(ret == 0)
{
    //连接成功
    fcntl(sockfd, F_SETFL, oldOption);
    return sockfd;
}
else if(errno != EINPROGRESS)
{
    //连接没有立即返回，此时errno若不是EINPROGRESS，表明错误
    perror("connect error != EINPROGRESS");
    return -1;
}

3. 使用select，如果没用过select可以去看看

用select对socket的读写进行监听
那么监听结果有四种可能
1. 可写(当连接成功后，sockfd就会处于可写状态，此时表示连接成功)
2. 可读可写(在出错后，sockfd会处于可读可写状态，但有一种特殊情况见第三条)
3. 可读可写(我们可以想象，在我们connect执行完到select开始监听的这段时间内，
    如果连接已经成功，并且服务端发送了数据，那么此时sockfd就是可读可写的，
    因此我们需要对这种情况特殊判断)
    说白了，在可读可写时，我们需要甄别此时是否已经连接成功，我们采用这种方案：
    再次执行connect，然后查看error是否等于EISCONN(表示已经连接到该套接字)。
4. 错误

if(FD_ISSET(sockfd, &writeFds))
{
    //可读可写有两种可能，一是连接错误，二是在连接后服务端已有数据传来
    if(FD_ISSET(sockfd, &readFds))
    {
        if(connect(sockfd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) != 0)
        {
            int error=0;
            socklen_t length = sizeof(errno);
            //调用getsockopt来获取并清除sockfd上的错误.
            if(getsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &error, &length) < 0)
            {
                printf("get socket option failed\n");
                close(sockfd);
                return -1;
            }
            if(error != EISCONN)
            {
                perror("connect error != EISCONN");
                close(sockfd);
                return -1;
            }
        }
    }
    //此时已排除所有错误可能，表明连接成功
    fcntl(sockfd, F_SETFL, oldOption);
    return sockfd;
}

4. 恢复socket

因为我们只是需要将连接操作变为非阻塞，并不包括读写等，所以我们吃醋要将socket重新设置。
fcntl(sockfd, F_SETFL, oldOption);

End

到此，我们的非阻塞connect函数已经成功了。

代码

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <unistd.h>
#include <string>
#include <errno.h>

//blokTimeMs表明非阻塞时的毫秒数，若值为-1表明阻塞
int connect(std::string ip, int port, int blockTimeMs = -1)
{
    struct sockaddr_in addr;
    bzero(&addr, sizeof(addr));

    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(port);
    inet_pton(AF_INET, ip.c_str(), &addr.sin_addr);

    int sockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    //阻塞
    if(blockTimeMs == -1)
    {
        int ret = connect(sockfd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));
        if(ret < 0)
        {
            perror("connectBloking");
            close(sockfd);
            return -1;
        }
        close(sockfd);
        return 1;
    }

    //非阻塞
    int oldOption = fcntl(sockfd, F_GETFL);
    int newOption = oldOption | O_NONBLOCK;

    //设置sockfd非阻塞
    fcntl(sockfd, F_SETFL, newOption);

    int ret = connect(sockfd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));
    if(ret == 0)
    {
        //连接成功
        fcntl(sockfd, F_SETFL, oldOption);
        return sockfd;
    }
    else if(errno != EINPROGRESS)
    {
        //连接没有立即返回，此时errno若不是EINPROGRESS，表明错误
        perror("connect error != EINPROGRESS");
        return -1;
    }

    fd_set readFds;
    fd_set writeFds;
    struct timeval timeout;

    FD_ZERO(&readFds);
    FD_ZERO(&writeFds);

    FD_SET(sockfd, &writeFds);
    FD_SET(sockfd, &readFds);

    timeout.tv_sec = blockTimeMs/1000;
    timeout.tv_usec = (blockTimeMs%1000)*1000;

    ret = select(sockfd+1, &readFds, &writeFds, NULL, &timeout);
    if(ret <= 0)
    {
        perror("select timeout or error");
        close(sockfd);
        return -1;
    }

    if(FD_ISSET(sockfd, &writeFds))
    {
        //可读可写有两种可能，一是连接错误，二是在连接后服务端已有数据传来
        if(FD_ISSET(sockfd, &readFds))
        {
            if(connect(sockfd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) != 0)
            {
                int error=0;
                socklen_t length = sizeof(errno);
                //调用getsockopt来获取并清除sockfd上的错误.
                if(getsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &error, &length) < 0)
                {
                    printf("get socket option failed\n");
                    close(sockfd);
                    return -1;
                }
                if(error != EISCONN)
                {
                    perror("connect error != EISCONN");
                    close(sockfd);
                    return -1;
                }
            }
        }
        //此时已排除所有错误可能，表明连接成功
        fcntl(sockfd, F_SETFL, oldOption);
        return sockfd;
    }
    else
    {
        perror("connect failed");
        close(sockfd);
        return -1;
    }
}