c++ 单线程实现同时监听多个端口

软件编程
2026-01-11 00:44:03

前言

　　多年前开发了一套网络库，底层实现采用IOCP（完成端口）。该库已在公司多个程序中应用；经过多次修改，长时间检验，已经非常稳定高效。

最近把以前的代码梳理了一下，又加进了一些新的思路。代码结构更加合理，性能也有所提升。打算将该库一些的知识点写出来，以供参考。

服务端要在多个端口监听，这种场合并不多见。但作为一个完善的网络库，似乎有必要支持此功能的。

传统实现方法

　　如果监听端口个数很少，也可以采用传统的方法。因为accept函数是阻塞的，所以要实现在n个端口监听，就需要n个线程。如果监听端口个数不多，这也不是多大问题。如果监听端口多达几十个，这种方法就有些不妥。线程也是一种资源，线程过多占用资源会增加；也会导致系统负担加重。

更可行的实现方法

　　实现方法有些曲折，需要一步一步分析；基本的原理就是将socket句柄与事件（event）相关联。Windows有相关的函数可以对多个事件监听，当某个事件被触发，就知道相应的socket有事件到达。可以对该socket做accept，因为已经确定该socket有事件了，所以accept函数会立即返回。这样就达到对多个端口同时监听的目的。

1）生成socket，并与某个端口绑定

struct LISTEN_SOCKET_INFO
{
 UINT16 listenPort; //监听端口
 SOCKET listenSocket;//句柄
 WSAEVENT netEvent; //socket对应事件
};

int IocpAccept::CreateListenInfo()
{
 //m_listListenPort存储要监听的端口；总个数不超过64个
 std::vector<UINT16>::iterator pos = m_listListenPort.begin();
 for (;pos != m_listListenPort.end();++pos)
 {
  //生成socket
  UINT16 listenPort = *pos;
  LISTEN_SOCKET_INFO socketInfo;
  socketInfo.listenSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
  socketInfo.listenPort = listenPort;

  //绑定端口
  sockaddr_in InetAddr;
  InetAddr.sin_family = AF_INET;
  InetAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
  InetAddr.sin_port = htons(listenPort);

  int ret = bind(socketInfo.listenSocket, (SOCKADDR *)&InetAddr, sizeof(InetAddr));
  if (SOCKET_ERROR == ret)
  {
   ::closesocket(socketInfo.listenSocket);
   //绑定失败
   continue;
  }

  //生成事件
  socketInfo.netEvent = WSACreateEvent();

  //将socket句柄与事件关联起来。只监视socket的accept和close消息
  ret = WSAEventSelect(socketInfo.listenSocket, socketInfo.netEvent, FD_ACCEPT | FD_CLOSE);
  if (SOCKET_ERROR == ret)
  {
   ::closesocket(socketInfo.listenSocket);
   continue;
  }

  // 启动监听
  ret = listen(socketInfo.listenSocket, 1000);
  if (SOCKET_ERROR == ret)
  {
   ::closesocket(socketInfo.listenSocket);
   continue;
  }

  m_listListenInfo.push_back(socketInfo);
 }
 return 0;
}

该函数已将需要的数据存储在列表m_listListenInfo中。

2）启动监听线程，对多个事件监听

　　对多个事件监听用到如下函数：

DWORD WSAAPI WSAWaitForMultipleEvents( DWORD cEvents, const WSAEVENT *lphEvents, BOOL fWaitAll, DWORD dwTimeout, BOOL fAlertable );

该函数最多可以对64个事件做跟踪，所以一个线程最多可以对64个端口做监听。（同时对超过64个端口监听的场合非常少见。本文不考虑。）

//生成事件地址指针
 int nEventTotal;
 WSAEVENT* pEventArray = CreateNetEventArray(&nEventTotal);
 if (nEventTotal == 0)
  return 0;
 assert(nEventTotal <= WSA_MAXIMUM_WAIT_EVENTS);

 MSG msg;
 while (m_bServerStart)
 {
  // 同时对多个事件做监听
  DWORD index = WSAWaitForMultipleEvents(nEventTotal,
   pEventArray,
   FALSE,
   10000,
   FALSE);
  if (!m_bServerStart)
   return 0;

  //查看是哪个事件触发函数返回
  index = index - WSA_WAIT_EVENT_0;
  //客户端连接事件
  if ((index != WSA_WAIT_FAILED) && (index != WSA_WAIT_TIMEOUT))
  {
   //pEventArray排序与m_listListenInfo一样，所以可以根据index找到对应的socket。
   //就是该socket导致函数返回
   LISTEN_SOCKET_INFO socketInfo = m_listListenInfo[index];

   //查看具体是什么事件导致函数返回
   WSANETWORKEVENTS NetworkEvents;
   WSAEnumNetworkEvents(socketInfo.listenSocket, pEventArray[index], &NetworkEvents);

   //如果是accept事件，说明有客户端连接此端口
   if (NetworkEvents.lNetworkEvents == FD_ACCEPT
    && NetworkEvents.iErrorCode[FD_ACCEPT_BIT] == 0)
   {
    //这时调用accept函数，会立即返回
    AcceptListenPort(socketInfo.listenSocket, socketInfo.listenPort);
   }
   if (NetworkEvents.lNetworkEvents == FD_CLOSE
    && NetworkEvents.iErrorCode[FD_CLOSE_BIT] == 0)
   {
    assert(false);
   }

  }
  else
  {
   //因为超时等其他原因引起函数返回
  }
 }

下文accept函数调用，并不会阻塞。

UINT IocpAccept::AcceptListenPort(SOCKET hListenSocket, UINT16 nListenPort)
{
 SOCKET hClient = 0;
 SOCKADDR_IN localAddr;
 int iaddrSize = sizeof(SOCKADDR_IN);

 hClient = accept(hListenSocket, (struct sockaddr *)&localAddr, &iaddrSize);
 if (INVALID_SOCKET == hClient)
 {
  int nAccepetError = WSAGetLastError();
  if (nAccepetError == WSAECONNRESET)
  {
   return 1;
  }
  else
  {
   return 0;
  }
 }
 else
 {
  //获取了一个客户端连接
  OnAcceptClient(hClient, nListenPort);
 }
 return 0;
}