完成端口中的單句柄數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與單IO數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的理解與設(shè)計
本文作者：sodme
本文出處：http://blog.csdn.net/sodme
聲明：本文可以不經(jīng)作者同意任意轉(zhuǎn)載、復(fù)制、傳播，但任何對本文的引用均須保留本文的作者、出處及本行聲明信息！謝謝！
完成端口模型，針對于WIN平臺的其它異步網(wǎng)絡(luò)模型而言，最大的好處，除了性能方面的卓越外，還在于完成端口在傳遞網(wǎng)絡(luò)事件的通知時，可以一并傳遞與此事件相關(guān)的應(yīng)用層數(shù)據(jù)。這個應(yīng)用層數(shù)據(jù)，體現(xiàn)在兩個方面：一是單句柄數(shù)據(jù)，二是單IO數(shù)據(jù)。
GetQueuedCompletionStatus函數(shù)的原型如下：
WINBASEAPI
BOOL
WINAPI
GetQueuedCompletionStatus(
IN HANDLE CompletionPort,
OUT LPDWORD lpNumberOfBytesTransferred,
OUT PULONG_PTR lpCompletionKey,
OUT LPOVERLAPPED *lpOverlapped,
IN DWORD dwMilliseconds
);
其中，我們把第三個參數(shù)lpCompletionKey稱為完成鍵，由它傳遞的數(shù)據(jù)稱為單句柄數(shù)據(jù)。我們把第四個參數(shù)lpOverlapped稱為重疊結(jié)構(gòu)體，由它傳遞的數(shù)據(jù)稱為單IO數(shù)據(jù)。
以字面的意思來理解，lpCompletionKey內(nèi)包容的東西應(yīng)該是與各個socket一一對應(yīng)的，而lpOverlapped是與每一次的wsarecv或wsasend操作一一對應(yīng)的。
在網(wǎng)絡(luò)模型的常見設(shè)計中，當(dāng)一個客戶端連接到服務(wù)器后，服務(wù)器會通過accept或AcceptEx創(chuàng)建一個socket，而應(yīng)用層為了保存與此socket相關(guān)的其它信息（比如：該socket所對應(yīng)的sockaddr_in結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)，該結(jié)構(gòu)體內(nèi)含客戶端IP等信息，以及為便于客戶端的邏輯包整理而準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)整理緩沖區(qū)等），往往需要創(chuàng)建一個與該socket一一對應(yīng)的客戶端底層通信對象，這個對象可以負(fù)責(zé)保存僅在網(wǎng)絡(luò)層需要處理的數(shù)據(jù)成員和方法，然后我們需要將此客戶端底層通信對象放入一個類似于list或map的容器中，待到需要使用的時候，使用容器的查找算法根據(jù)socket值找到它所對應(yīng)的對象然后進行我們所需要的操作。
讓人非常高興的是，完成端口“體貼入微”，它已經(jīng)幫我們在每次的完成事件通知時，稍帶著把該socket所對應(yīng)的底層通信對象的指針?biāo)徒o了我們，這個指針就是lpCompletionKey。也就是說，當(dāng)我們從GetQueuedCompletionStatus函數(shù)取得一個數(shù)據(jù)接收完成的通知，需要將此次收到的數(shù)據(jù)放到該socket所對應(yīng)的通信對象整理緩沖區(qū)內(nèi)對數(shù)據(jù)進行整理時，我們已經(jīng)不需要去執(zhí)行l(wèi)ist或map等的查找算法，而是可以直接定位這個對象了，當(dāng)客戶端連接量很大時，頻繁查表還是很影響效率的。哇哦，太帥了，不是嗎？呵呵。
基于以上的認(rèn)識，我們的lpCompletionKey對象可以設(shè)計如下：
typedef struct PER_HANDLE_DATA
{
SOCKET socket; //本結(jié)構(gòu)體對應(yīng)的socket值
sockaddr_in addr; //用于存放客戶端IP等信息
char DataBuf[ 2*MAX_BUFFER_SIZE ]; //整理緩沖區(qū),用于存放每次整理時的數(shù)據(jù)
}
PER_HANDLE_DATA與socket的綁定，通過CreateIOCompletionPort完成，將該結(jié)構(gòu)體地址作為該函數(shù)的第三個參數(shù)傳入即可。而PER_HANDLE_DATA結(jié)構(gòu)體中addr成員，是在accept執(zhí)行成功后進行賦值的。DataBuf則可以在每次WSARecv操作完成，需要整理緩沖區(qū)數(shù)據(jù)時使用。
下面我們再來看看完成端口的收、發(fā)操作中所使用到的重疊結(jié)構(gòu)體OVERLAPPED。
關(guān)于重疊IO的知識，請自行GOOGLE相關(guān)資料。簡單地說，OVERLAPPED是應(yīng)用層與核心層交互共享的數(shù)據(jù)單元，如果要執(zhí)行一個重疊IO操作，必須帶有OVERLAPPED結(jié)構(gòu)。在完成端口中，它允許應(yīng)用層對OVERLAPPED結(jié)構(gòu)進行擴展和自定義，允許應(yīng)用層根據(jù)自己的需要在OVERLAPPED的基礎(chǔ)上形成新的擴展OVERLAPPED結(jié)構(gòu)。一般地，擴展的OVERLAPPED結(jié)構(gòu)中，要求放在第一個的數(shù)據(jù)成員是原OVERLAPPED結(jié)構(gòu)。我們可以形如以下方式定義自己的擴展OVERLAPPED結(jié)構(gòu)：
typedef struct PER_IO_DATA
{
OVERLAPPED ovl;
WSABUF buf;
char RecvDataBuf[ MAX_BUFFER_SIZE ]; //接收緩沖區(qū)
char SendDataBuf[ MAX_BUFFER_SIZE ]; //發(fā)送緩沖區(qū)
OpType opType; //操作類型：發(fā)送、接收或關(guān)閉等
}
在執(zhí)行WSASend和WSARecv操作時，應(yīng)用層會將擴展OVERLAPPED結(jié)構(gòu)的地址傳給核心，核心完成相應(yīng)的操作后，仍然通過原有的這個結(jié)構(gòu)傳遞操作結(jié)果，比如“接收”操作完成后，RecvDataBuf里存放便是此次接收下來的數(shù)據(jù)。
根據(jù)各自應(yīng)用的不同，不同的完成端口設(shè)計者可能會設(shè)計出不同的PER_HANDLE_DATA
和PER_IO_DATA，我這里給出的設(shè)計也只是針對自己的應(yīng)用場合的，不一定就適合你。但我想，最主要的還是要搞明白PER_HANDLE_DATA和PER_IO_DATA兩種結(jié)構(gòu)體的含義、用途，以及調(diào)用流程。