掌握C语言非阻塞IO（从基础到实战：构建高性能网络应用）

如何设置非阻塞模式？

在Linux/Unix系统中，我们通常使用 fcntl() 函数来修改文件描述符的属性，将其设为非阻塞模式。以下是一个简单的示例：

#include <unistd.h>#include <fcntl.h>#include <errno.h>#include <stdio.h>int set_nonblocking(int fd) {    int flags = fcntl(fd, F_GETFL, 0);    if (flags == -1) {        perror("fcntl F_GETFL");        return -1;    }    if (fcntl(fd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK) == -1) {        perror("fcntl F_SETFL O_NONBLOCK");        return -1;    }    return 0;}

非阻塞Socket编程实战

下面我们将创建一个简单的TCP服务器，使用非阻塞socket接收多个客户端连接。为了高效管理多个连接，我们会结合 select() 实现 IO多路复用 —— 这是 非阻塞socket编程 中的核心技巧之一。

#include <sys/socket.h>#include <netinet/in.h>#include <arpa/inet.h>#include <unistd.h>#include <fcntl.h>#include <errno.h>#include <stdio.h>#include <string.h>#include <stdlib.h>#define PORT 8080#define MAX_CLIENTS 10int main() {    int server_fd, new_socket;    struct sockaddr_in address;    int addrlen = sizeof(address);    fd_set readfds;    int max_sd, activity, i, sd;    int client_sockets[MAX_CLIENTS];    char buffer[1024] = {0};    // 初始化客户端socket数组    for (i = 0; i < MAX_CLIENTS; i++)        client_sockets[i] = 0;    // 创建socket    if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {        perror("socket failed");        exit(EXIT_FAILURE);    }    // 设置非阻塞    if (set_nonblocking(server_fd) == -1) {        close(server_fd);        exit(EXIT_FAILURE);    }    // 绑定地址    address.sin_family = AF_INET;    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;    address.sin_port = htons(PORT);    if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address)) < 0) {        perror("bind failed");        close(server_fd);        exit(EXIT_FAILURE);    }    if (listen(server_fd, 3) < 0) {        perror("listen");        close(server_fd);        exit(EXIT_FAILURE);    }    printf("Server listening on port %d\n", PORT);    while (1) {        FD_ZERO(&readfds);        FD_SET(server_fd, &readfds);        max_sd = server_fd;        // 添加客户端sockets到集合        for (i = 0; i < MAX_CLIENTS; i++) {            sd = client_sockets[i];            if (sd > 0)                FD_SET(sd, &readfds);            if (sd > max_sd)                max_sd = sd;        }        // 等待活动        activity = select(max_sd + 1, &readfds, NULL, NULL, NULL);        if (activity < 0 && errno != EINTR) {            perror("select error");        }        // 处理新连接        if (FD_ISSET(server_fd, &readfds)) {            if ((new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&address,                                     (socklen_t*)&addrlen)) < 0) {                perror("accept");                continue;            }            printf("New connection, socket fd is %d\n", new_socket);            // 将新socket设为非阻塞            set_nonblocking(new_socket);            // 添加到客户端列表            for (i = 0; i < MAX_CLIENTS; i++) {                if (client_sockets[i] == 0) {                    client_sockets[i] = new_socket;                    break;                }            }        }        // 检查客户端数据        for (i = 0; i < MAX_CLIENTS; i++) {            sd = client_sockets[i];            if (FD_ISSET(sd, &readfds)) {                int valread = recv(sd, buffer, 1024, 0);                if (valread == 0) {                    // 客户端断开                    getpeername(sd, (struct sockaddr*)&address,                                 (socklen_t*)&addrlen);                    printf("Host disconnected, ip %s, port %d\n",                           inet_ntoa(address.sin_addr), ntohs(address.sin_port));                    close(sd);                    client_sockets[i] = 0;                } else if (valread > 0) {                    // 回显消息                    send(sd, buffer, strlen(buffer), 0);                    memset(buffer, 0, 1024);                }                // 注意：非阻塞模式下，valread可能为-1且errno为EAGAIN/EWOULDBLOCK                // 此时应跳过，不视为错误            }        }    }    return 0;}

为什么需要非阻塞IO？

在高并发场景下，如果每个连接都使用一个线程处理阻塞IO，系统资源会迅速耗尽。而非阻塞IO配合 IO多路复用（如 select、poll、epoll）可以让单个线程高效管理成千上万个连接，这是构建 高性能网络编程 应用的基础。

注意事项与最佳实践

• 非阻塞模式下，read()/recv() 可能返回 -1 并设置 errno 为 EAGAIN 或 EWOULDBLOCK，这表示“暂时无数据”，不是错误。
• 不要在非阻塞socket上使用 sleep() 轮询，应使用 select()、poll() 或更高效的 epoll()（Linux特有）。
• 对于生产环境，建议使用成熟的网络库（如 libevent、libuv）来简化非阻塞IO逻辑。

总结

通过本文，你已经掌握了 C语言非阻塞IO 的基本概念、设置方法以及结合 select 实现多客户端服务器的完整流程。这项技术是迈向 高性能网络编程 的关键一步。希望你能动手实践，逐步深入理解 非阻塞socket编程 和 IO多路复用 的强大之处！