套接字的默认状态是阻塞的，这就意味着当发出一个不能立即完成的套接字调用时，其进程将投入休眠，等待响应操作完成。可能阻塞的套接字分为以下四类：
（1）输入操作read、readv、recv、recvform和recvmsg;
（2）输出操作write、writev、send、sendto和sendmsg;
（3）发起外出连接connect;
（4）接受外来连接accept。
1、非阻塞读
如果某个进程对一个阻塞的TCP套接字调用读操作，并且改套接字的接受缓冲区中么哎呦数据可读，该进程会进入睡眠直到有一些数据到达。
TCP是字节流协议，一旦缓冲区有一些数据达到就能被唤醒，这些数据可以是单个字节，也可以是一个完整的TCP分节数据。如果想等到某个固定数目的数据可读为止，可以使用循环读取或者指定MSG_WAITWALL函数。
UDP是数据报协议，一个阻塞的UDP套接字在接收缓冲区为空时调用读函数，该进程将进入睡眠状态，直到有UDP数据报达到。
对非阻塞的套接字，如果读操作不能被满足（TCP套接字至少一个字节数据可读，UDP套接字有一个完整的数据报可读），相应调用会立即返回一个EWOULDBLOCK或EAGAIN错误。
1.1 设置非阻塞读
这里以套接字描述符为例，有两个方法。
第一个，使用setsockopt对套接字设置O_NONBLOCK标志，后续对套接字的所有读写操作函数均非阻塞；
第二个，调用带有MSG_DONTWAIT标志的的读函数（如readv、recv、recvfrom、recvmsg等），临时将当前读调用设置为非阻塞。
/// 设置套接字为非阻塞
int setNonblocking(int fd, int enable)
{
int flags;
if (flags = fcntl(fd, F_GETFL, 0) < 0){
perror("");
return -1;
}
// 开启或关闭
if (enable == 0) flags &= ~O_NONBLOCK;
else flags |= O_NONBLOCK;
if (fcntl(fd, F_SETFL, flags) < 0){
perror("");
return -1;
}
return 0;
}/// 临时设置读函数调用为非阻塞
len = ::recvfrom(socket_fd, buf, sizeof(buf), MSG_DONTWAIT);
len = ::recvfrom(socket_fd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr *)&clientaddr, &socklen);
...1.2 示例
以UDP服务端为例，创建socket之后、调用setNonblocking函数，并bind，使用recvfrom进行读操作。由于设置非阻塞，每一次调用recvfrom将会立即返回，当返回值小于零且error为EAGAIN（wsl中为当前错误）不认为是错误，需要继续等待，并且为演示需要设定了1秒休眠时间。
while (1)
{
//int len = ::read(socket_fd, buf, sizeof(buf));
//int len = ::recv(socket_fd, buf, sizeof(buf), 0);
//int len = ::recvfrom(socket_fd, buf, sizeof(buf), 0, NULL, NULL);
int len = ::recvfrom(socket_fd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr *)&clientaddr, &socklen);
if (len < 0){
LOG("recv failed. err %d (%s).", errno, strerror(errno));
if (errno == EAGAIN){
sleep(1); // 演示需要，实际根据情况给一定的延时
continue;
}else{
break;
}
}else{
char ip[INET6_ADDRSTRLEN];
inet_ntop(clientaddr.sin_family, &clientaddr.sin_addr, ip, socklen);
int port = ntohs(clientaddr.sin_port);
buf[len] = '\0';
LOG("client [%s:%d] recv %2d: %s", ip, port, len, buf);
}
//buf[len] = '\0';
if (strcmp(buf, "exit") == 0)
break;
}运行截图如下：
2、非阻塞写
对一个TCP套接字进行写调用，内核将从应用进程中的缓冲区复制数据到套接字的发送缓冲区。对于阻塞的套接字，如果其发送缓冲区没有空间，进程将进入睡眠直到有空间为止。
对一个非阻塞的TCP套接字，如果缓冲区没有空间，输出函数会立即返回一个EWOULDBLOCK或EAGGIN错误。如果发送缓冲区有一些空间，返回值将是内核能够复制到该缓冲区的字节数。
UDP套接字不存在真正的发送缓冲区。内核只是复制应用进程数据并沿协议栈向下传播，渐次冠以UDP首部和IP首部。因此对于一个阻塞的UDP套接字，输出函数调用将不会因与TCP套接字一样的原因而阻塞，不过有可能会因为其他的原因而阻塞。
这里以非阻塞TCP客户端为例，使用带MSG_DONTWAIT标志的send循环发送固定字节数据。由于默认的发送缓冲区较大，这里为模拟发送缓冲区满的异常情况，先使用setsockopt修改套接字发送区大小为100。
int opt = 100;
ret = setsockopt(socket_fd, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, &opt, sizeof(opt));
if (ret < 0){
LOG("setsockopt SO_SNDBUF failed.");
}循环发送数据代码部分为
while (1)
{
len = ::send(socket_fd, buf, 100, MSG_DONTWAIT);
if (len < 0){
LOG("send failed. err %s.", strerror(errno));
if(errno == EAGAIN){
usleep(100*1000); // 演示需要，实际根据情况给一定的延时
continue;
}else{
LOG("send failed. err %s.", strerror(errno));
break;
}
}else if(len == 0){
LOG("server closed.");
break;
}
LOG("send success.");
}运行部分截图如下
3、非阻塞connect
在上一章节中使用SIGALARM为connect设置超时，缩短连接时间。本节使用select指定以一个时间限制以缩短连接时间。
TCP连接的建立涉及一个三次握手过程，而且connect函数一直等到客户收到自己的SYN的ACK为止才返回。这意味着TCP的每个connect总是阻塞其调用进程至少一个到服务器的RTT时间。
如果对一个非阻塞的TCP套接字调用connect，并且连接不能立即建立，那么连接的建立能照样发起（譬如送出TCP三次握手的第一个分组），不过会返回一个EINPROGRESS错误。
static int connect_nonb(int sockfd, const sockaddr* pServAddr, socklen_t socklen, int nsec)
{
int n, error = 0;
setNonblocking(sockfd); //设置套接字为非阻塞
if( (n=connect(sockfd, pServAddr, socklen)) < 0 ){
if(errno != EINPROGRESS) return -1;
}
if(n == 0)
goto done;
fd_set rset, wset;
timeval tval;
FD_ZERO(&rset);
FD_SET(sockfd, &rset);
wset = rset;
tval.tv_sec = nsec;
tval.tv_usec = 0;
if( (n=select(sockfd+1, &rset, &wset, NULL, nsec ? &tval: NULL)) == 0){
close(sockfd);
error = ETIMEDOUT;
return -1;
}
if(FD_ISSET(sockfd, &rset) || FD_ISSET(sockfd, &wset)){
socklen_t len = sizeof(error);
if( getsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &error, &len) < 0){
LOG("getsockopt failed. %s.", strerror(errno));
return -1;
}
}else{
LOG("select error: sock not set. %s.", strerror(errno));
return -1;
}
done:
setNonblocking(sockfd,0); // 清除非阻塞标志
if(error){
close(sockfd);
errno = error;
LOG("error: %s.", strerror(errno));
return -1;
}
return 0;
}套接字的各种实现和非阻塞connect会带来移植性问题。
- 调用select之前可能连接已经建立并有对端数据到达。
这种情况下套接字没有错误，套接字可读可写，和建立失败下的套接字读写条件一致。需要通过getsockopt检查套接字上是否存在错误看来处理这种情况。 - 不能假设套接字的可写（而不可读）条件是select返回套接字操作成唯一办法，需要要判断连接是否成功。
a) 调用getpeername代替getsockopt。如果getpeername以ENOTCONN错误返回，那 么建立失败，直接以SO_ERROR调用getsockopt获取套接字上的待处理错误。
b) 以值为0的长度参数调用read。如果read失败，说明connect失败，read返回的error给出连接错误原因。如果连接建立成功，read会返回0。
c) 再调用一次connet，如果失败且返回错误是EISCONN，说明套接字已经连接成功。
4、非阻塞accept
如果对一个阻塞的套接字调用accept函数，并且尚无新的连接到达，调用进程将被投入睡眠。如果对一个非阻塞的套接字调用accept函数，并且尚无新的连接到达，accept调用将立即返回一个EWOULDBLOCK错误。
当使用select在某个监听套接字上等待一个外来连接，就没有必要把该套接字设置为非阻塞，因为如果select告诉该套接字上有连接就绪，那么随后的accept调用就不应该阻塞。但是当服务器繁忙时，无法在select之后立即调用accept，如果这端时间中客户终止某个连接（如客户端主动发送RST消息），就会出现问题。
4.1 客户端建立连接立即断开
客户端主函数代码：
static int client_RST()
{
/// 1、创建socket
int socket_fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM, 0); // tcp
if (socket_fd == -1){
LOG("create socket failed. %s", strerror(errno));
return 1;
}else{
LOG("create socket (fd = %d) success.", socket_fd);
}
/// 2、连接服务器
sockaddr_in servaddr;
servaddr.sin_family = AF_INET;
inet_pton(servaddr.sin_family, SRV_ADDR, &servaddr.sin_addr);
servaddr.sin_port = htons(SRV_PORT);
int ret = ::connect(socket_fd, (const sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
if (ret == -1){
LOG("connect %s:%d failed. %s", SRV_ADDR, SRV_PORT, strerror(errno));
return 1;
}else{
LOG("connect %s:%d success.", SRV_ADDR, SRV_PORT);
}
// 3、模拟的中止连接，发送RST
struct linger ling;
ling.l_onoff = 1;
ling.l_linger = 0;
// wsl 18.04实测设置成功后.调用close不发送RST（ubuntu16.04 实体机可行）
ret = setsockopt(socket_fd, SOL_SOCKET, SO_LINGER, &ling, sizeof(ling));
if (ret < 0){
LOG("setsockopt SO_LINGER failed. %s", strerror(errno));
}
close(socket_fd); // 不能继续发送和读写; 发送RST到服务端; 不进入TIME_WAIT状态
return 0;
}运行后，使用wireshark抓包结果如下
建立连接经过三次握手，使用SO_LINGER参数调用setsockopt之后调用close关闭连接，将不会经过四次挥手而仅仅发送一个RST消息。
4.2 服务端使用非阻塞accept
模拟本节开头流程，步骤如下：
（1） 客户建立一个连接并随后终止它
（2） select向服务器返回可读条件，不过服务器过一小段时间再调用accept
（3） 服务器从select返回到调用accept期间，服务器TCP收到收到客户的RST
（4） 已完成的连接被服务器TCP驱除队列，假设队列中没有其他已完成连接
（5） 服务器调用accept，由于没有任何已完成的连接，服务器于是阻塞
服务器会一直阻塞在accept调用上，直到某个其他客户建立一个连接为止。这种情况类似DDOS攻击，不过服务器单纯阻塞在accept上，无法处理其他任何已就绪的描述符。
解决办法步骤如下：
（1）使用select获悉某个监听套接字上有已完成连接且准备好被accept时，总是把这个监听套接字设置为非阻塞。
（2）在后续的accept中忽略以下错误：EWOULDBLOCK、ECONNABORTED、EPROTO（不同平台下客户端终止连接返回的错误）和EINTR（异常信号被捕获）。
服务端主函数代码:
static int server_accept()
{
/// 1、创建socket
int socket_fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM, 0); // tcp
if (socket_fd == -1){
LOG("create socket failed. %s", strerror(errno));
return 1;
}else{
LOG("create socket (fd = %d) success.", socket_fd);
}
/// 2、绑定到本地端口
sockaddr_in servaddr;
servaddr.sin_family = AF_INET;
inet_pton(servaddr.sin_family, SRV_ADDR, &servaddr.sin_addr);
servaddr.sin_port = htons(SRV_PORT);
int ret = ::bind(socket_fd, (const sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
if (ret == -1){
LOG("bind %s:%d failed. %s.", SRV_ADDR, SRV_PORT, strerror(errno));
return 1;
}else{
LOG("bind %s:%d success.", SRV_ADDR, SRV_PORT);}
/// 3、监听
ret = ::listen(socket_fd,5);
if(ret == -1){
LOG("listen failed. %s", strerror(errno));
return 1;
}else{
LOG("listening ...");
}
/// 4、等待连接 nonblocking accept
{
fd_set rset;
timeval tval;
while(true)
{
FD_ZERO(&rset);
FD_SET(socket_fd, &rset);
tval.tv_sec = 5;
tval.tv_usec = 0;
int n=select(socket_fd+1, &rset, NULL, NULL, &tval);
if(n == 0){
errno = ETIMEDOUT;
usleep(1000);
continue;
}
else{
if(FD_ISSET(socket_fd, &rset)){ // 新的连接
LOG("listening socket readable.");
sleep(5);
setNonblocking(socket_fd,1); //开启非阻塞, 否则当前accept可能阻塞
sockaddr_in clientaddr;
socklen_t socklen = sizeof(clientaddr);
int sock_id = ::accept(socket_fd, (sockaddr*)&clientaddr, &socklen);
if(sock_id < 0)
{
LOG("accept error. %s", strerror(errno));
if(errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK || errno == ECONNABORTED ||
errno == EPROTO || errno == EINTR)
{
LOG("accept ignore error. %s", strerror(errno));
continue;
}else{
return -1;
}
}else{
LOG("accept success.");
}
setNonblocking(socket_fd,0); // 关闭非阻塞
char ip[INET6_ADDRSTRLEN];
inet_ntop(clientaddr.sin_family, &clientaddr.sin_addr, ip, socklen);
int port = ntohs(clientaddr.sin_port);
LOG("accept client [%s:%d]", ip, port);
}else{
LOG("select other event.");
}
}
}
}
/// 5、关闭连接
::close(socket_fd);
return 0;
}
在实际使用中单线程的服务端较少，基本上都会为每一个连接创建一个线程或者使用线程池进行管理，所以常规使用下不要考虑复杂，根据实际情况进行处理即可。
