select应用——非阻塞connect

非阻塞connect

TCP连接的建立涉及到一个三次握手的过程，且SOCKET中connect函数需要一直等到客户接收到对于自己的SYN的ACK为止才返回，这意味着每个connect函数总会阻塞其调用进程至少一个到服务器的RTT时间，而RTT波动范围很大，从局域网的几个毫秒到几百个毫秒甚至广域网上的几秒。这段时间内，我们可以执行其他处理工作，以便做到并行。在此，需要用到非阻塞connect。

非阻塞connect的作用：

可以让三路握手的处理等同与一般数据的处理，而不是一直让 connect一直尝试重连或者花费一个RTT时间。而且RTT时间从几毫秒到几秒不等，万一有许多连接，不论是尝试重连还是花费一个RTT时间，都将是致命的延时。
可以使用该技术同时建立多个连接。Web浏览器中常用。
既然使用select等待连接的建立，我们就可以制定一个时间限制，使得我们能够缩短connect的超时。

使用`selcet`与非阻塞`connect`的一些注意事项：

处理connect立即建立的情况。（比如我们连接的是同一个主机时）
当连接建立成功时，套接口描述符变成可写；
当一个套接口出错时，它会被 select 调用标记为既可读又可写

处理非阻塞 connect的步骤：

第一步，创建 socket，返回套接字描述符；

第二步，调用 fcntl 或 ioctlsocket 把套接口描述符设置成非阻塞；

第三步，调用 connect 开始建立连接；

第四步，判断连接是否成功建立：

如果 connect 返回 0 ，表示连接成功(服务器和客户端在同一台机器上时就有可能发生这种情况)；
调用select 来等待连接建立成功完成；
如果select 返回0，则表示建立连接超时。我们返回超时错误给用户，同时关闭连接，以防止三路握手操作继续进行下去。
如果select 返回大于0的值，则需要检查套接口描述符是否可写，如果套接口描述符可写，则我们可以通过调用getsockopt来得到套接口上待处理的错误（SO_ERROR）。如果连接建立成功，这个错误值将是0；如果建立连接时遇到错误，则这个值是连接错误所对应的errno值（比如：ECONNREFUSED,ETIMEDOUT等）。

移植性问题总结：

对于出错的套接口描述符，getsockopt 的返回值源自 Berkeley 的实现是返回 0 ，待处理的错误值存储在 errno 中；而源自 Solaris 的实现是返回 -1 ，待处理的错误存储在 errno 中。(套接口描述符出错时调用 getsockopt 的返回值不可移植)
有可能在调用 select 之前，连接就已经建立成功，而且对方的数据已经到来，在这种情况下，套接口描述符是既可读又可写，这与套接口描述符出错时是一样的。(怎样判断连接是否建立成功的条件不可移植)

这样的话，在我们判断连接是否建立成功的条件不唯一时，我们可以有以下的方法来解决这个问题：

调用获取对端socket地址的 getpeername 代替 getsockopt 。如果调用 getpeername 失败，getpeername 返回 ENOTCONN ，表示连接建立失败，之后我们必须再以 SO_ERROR 调用 getsockopt 得到套接口描述符上的待处理错误；
调用 read ，读取长度为 0 字节的数据。如果连接建立失败，则 read 会返回 -1 ，且相应的 errno 指明了连接失败的原因；如果连接建立成功，read 应该返回 0 。
再调用一次 connect 。它应该失败，如果错误 errno 是 EISCONN ，就表示套接口已经建立，而且第一次连接是成功的；否则，连接就是失败的。

实例：

#include"head.h"

using namespace std;

#define BUFFER_SIZE 1024

int setnonblocking(int fd) {
    int old_option = fcntl(fd, F_GETFL);
    int new_option = old_option | O_NONBLOCK;
    fcntl(fd, F_SETFL, new_option);
    return old_option;
}

//非阻塞连接，如果函数成功则返回连接的socket，不成功返回-1
int unblock_connect(const char* ip, int port, int time) {
    int ret = 0;
    struct sockaddr_in address;
    bzero(&address, sizeof(address));
    address.sin_family = AF_INET;
    inet_pton(AF_INET, ip, &address.sin_addr);
    address.sin_port = htons(port);

    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    int fdopt = setnonblocking(sockfd);
    //此处connect会立即返回
    ret = connect(sockfd, (struct sockaddr*)&address, sizeof(address));
    if(ret == 0) {
        printf("connect with server immediately\n");
        fcntl(sockfd, F_SETFL, fdopt);
        return sockfd;
    }
    else if(errno != EINPROGRESS) {
        printf("unblock connect not support\n");
        return -1;
    }
    fd_set readfds;
    fd_set writefds;
    struct timeval timeout;

    FD_ZERO(&readfds);
    FD_ZERO(&writefds);

    timeout.tv_sec = time;
    timeout.tv_usec = 0;

    //  在指定时间内，select会监听用户感兴趣的文件描述符的可读、可写和异常等事件
    ret = select(sockfd + 1, NULL, &writefds, NULL, &timeout);
    if(ret <= 0) {
        printf("connection time out\n");
        close(sockfd);
        return -1;
    }

    if(!FD_ISSET(sockfd, &writefds)) {
        printf("no events on sockfd found\n");
        close(sockfd);
        return -1;
    }

    int error = 0;
    socklen_t length = sizeof(error);
    if(getsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_ERROR, &error, &length) < 0) {
        printf("get socket option failed\n");
        close(sockfd);
        return -1;
    }

    if(errno != 0) {
        printf("connection failed after select with the error: %d\n", error);
        close(sockfd);
        return -1;
    }

    printf("connection ready after select with the socket: %d\n", sockfd);
    fcntl(sockfd, F_SETFL, fdopt);
    return sockfd;
}

int main(int argc, char** argv) {
    if(argc <= 2) {
        printf("usage: %s ip_address port_number\n", basename(argv[0]));
        return 1;
    }
    const char* ip = argv[1];
    int port = atoi(argv[2]);
    int sockfd = unblock_connect(ip, port, 10);
    if(sockfd < 0) return 1;
    close(sockfd);
    return 0;
}