select模型是对简单C/S模型的优化，他解决了accept函数阻塞等待连接的问题。并且允许应用程序同时监视多个套接字，从而实现简单的并发请求。通过调用select函数确认一个或多个套接字当前的状态，并根据当前状态进行相应操作。在select模型模型中，select函数是最关键的。
select模型工作原理
select模型维护了一个Socket数组，通过遍历该数组检查当前是否存在就绪socket，并将所有就绪的socket返回。我们遍历该数组提供相应服务。工作原理大致如下：
- 将服务端Socket添加至socket数组中。
- 调用select()函数遍历socket数组。
- 返回就绪socket数组，对该数组集中处理。
- 如果是服务端Socket，调用accept()函数接收连接请求，并将该客户端数组添加至socket数组。
- 如果是客户端Socket，调用send()、recv()函数进行通信，当客户端下线时，从socket数组中移除该Socket。
- 重复执行2-6步。
select模型使用步骤
- 启动Socket服务
- 创建套接字
- 为套接字绑定端口信息
- 监听套接字
- 使用select模型监听套接字集合，处理数据
- 关闭套接字和网络服务
select()函数
该函数定义如下：
int select(int nfds, fd_set readfds, fd_set writefds,
fd_set exceptfds, const struct timeval timeout);
参数
- nfds：忽略，传入0。为了与Berkeley 套接字兼容。
- readfds：可读取套接字的集合，调用函数时传入要监视的套接字，函数返回时保存可读套接字。
- writefds：可写套接字的集合。只要建立连接，则任何时候都可写入，可以传NULL。
- exceptfds：异常套接字集合。
- timeout：指定超时时间。
如果是服务端socket套接字，可读表示当前有客户端进行连接。如果是客户端套接字，可读表示当前有数据发送至服务端。select()函数是一个阻塞函数，如果指定了超时时间且没有socket就绪，select()函数返回。
返回值
- 0：超时
- >0：当前就绪的套接字数量，就绪的套接字保存在readfds中。
- -1：出现错误，可以通过WSAGetLasterror()函数获取错误码。
fd_set结构体
fd_set结构体定义如下：
typedef struct fd_set {
u_int fd_count; //fd_array数组中当前元素个数
SOCKET fd_array[FD_SETSIZE]; //socket数组
} fd_set;
在给select函数传递参数时，我们将需要监听的socket封装进fd_set结构体。select函数会顺序遍历数组，当发现有socket就绪，select函数返回，就绪的socket集合通常保存在readfds中。
下面列出了几个关于fd_set结构体的操作宏：
示例
1 #define _WINSOCK_DEPRECATED_NO_WARNINGS
2
3 #include <iostream>
4 #include <WinSock2.h>
5 #pragma comment(lib, "ws2_32.lib")
6 using namespace std;
7 const int nMajorVersion = 2;
8 const int nMinorVersion = 2;
9
10 int main()
11 {
12 DWORD dwVersion = MAKEWORD(nMajorVersion, nMinorVersion);
13 WSADATA wsaData;
14 int nStartRet = WSAStartup(dwVersion, &wsaData);
15 if (nStartRet != 0)
16 {
17 cout << "WSAStartup failed with error :" << nStartRet << endl;
18 return 1;
19 }
20
21 if (LOBYTE(wsaData.wVersion) != nMajorVersion || HIBYTE(wsaData.wVersion) != nMinorVersion)
22 {
23 cout << "version failed" << endl;
24 WSACleanup();
25 return 1;
26 }
27
28 SOCKET sockServer = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
29 if (sockServer == INVALID_SOCKET)
30 {
31 cout << "socket create failed with code: "<< WSAGetLastError() << endl;
32 WSACleanup();
33 return 1;
34 }
35
36 sockaddr_in addInfo;
37 addInfo.sin_family = AF_INET;
38 addInfo.sin_port = htons(12345);
39 addInfo.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");
40 int nBindRet = bind(sockServer, reinterpret_cast<sockaddr*>(&addInfo), sizeof(addInfo));
41 if (SOCKET_ERROR == nBindRet)
42 {
43 cout << "bind failed with code: " << WSAGetLastError() << endl;
44 closesocket(sockServer);
45 WSACleanup();
46 return 1;
47 }
48
49 int nListenRet = listen(sockServer, SOMAXCONN);
50 if (SOCKET_ERROR == nBindRet)
51 {
52 cout << "bind failed with code: " << WSAGetLastError() << endl;
53 closesocket(sockServer);
54 WSACleanup();
55 return 1;
56 }
57
58 fd_set allSockets;
59 FD_ZERO(&allSockets);
60 FD_SET(sockServer, &allSockets);
61 struct timeval tv = { 3,0 };
62
63 while (1)
64 {
65 fd_set tmpAllSockets = allSockets;
66 int nSelectRet = select(0, &tmpAllSockets, NULL, NULL, &tv);
67 if(nSelectRet == 0) continue; //超时
68 else if (nSelectRet == -1) //出错
69 {
70 cout << "select failed with code: " << WSAGetLastError() << endl;
71 break;
72 }
73 else if (nSelectRet > 0)
74 {
75 for (int i = 0; i < tmpAllSockets.fd_count; i++)
76 {
77 SOCKET socketID = tmpAllSockets.fd_array[i];
78
79 if (socketID == sockServer)
80 {
81 SOCKET socketClient = accept(socketID, NULL, NULL);
82 if (socketClient == INVALID_SOCKET)
83 continue;
84
85 FD_SET(socketClient, &allSockets);
86 }
87 else
88 {
89 char buf[1024] = { 0 };
90 int nRecvRet = recv(socketID, buf, 1024, 0);
91 if (nRecvRet == 0) //客户端断开连接
92 {
93 FD_CLR(socketID, &allSockets);
94 closesocket(socketID);
95 continue;
96 }
97 else if (nRecvRet > 0)
98 {
99 cout << socketID << " : " << buf << endl;
100 send(socketID, "我收到了你发送的数据！", sizeof("我收到了你发送的数据！"), 0);
101 }
102 else if (nRecvRet == SOCKET_ERROR)
103 {
104 int nError = WSAGetLastError();
105 if (nError == 10054)
106 {
107 FD_CLR(socketID, &allSockets);
108 closesocket(socketID);
109 continue;
110 }
111 else
112 cout << "recv error." << endl;
113 }
114 }
115 }
116 }
117 }
118
119 for (int i = 0; i < allSockets.fd_count; i++)
120 {
121 closesocket(allSockets.fd_array[i]);
122 }
123 FD_ZERO(&allSockets);
124 WSACleanup();
125 return 0;
126 }
总结
select模型有以下优点：
- select允许同时监视多个套接字的读写状态，使得在单个线程中可以处理多个套接字的I/O操作，提高了系统的效率。
- select模型使用简单，适合初学者设计简单的网络通信。
select模型有以下缺点：
- select()函数本身会造成阻塞。
- 由于需要遍历整个被监视的套接字集合，在大规模并发场景下，select模型性能低下。
- 受限于FD_SET集合有大小限制，后续的拓展性差，无法适用于高并发场景。
- 无法处理大量数据，如果有大量数据需要处理，会导致阻塞其他套接字的读写。