网络超时控制 + 指数补偿法超时连接

一、知识预览

1）超时控制的概念引入
2）使用setsockopt设置超时控制
3）使用select设置超时控制
4）使用SIGALRM和alarm设置超时控制
5）指数补偿法的超时连接机制

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二、概念引入

① 什么是网络超时控制

超时实际上是一种介于阻塞与非阻塞之间的折中等待的方案：

阻塞操作，意味着如果条件不满足时需要一直等待，等待的最长时间是：永久等待
非阻塞操作，意味着如果条件不满足时立即放弃，等待最长时间是：0

以上两种方式都比较极端，有时候我们需要等待某个资源，但又不想等太久，这时就需要用到所谓超时控制：
超时控制，意味着如果条件不满足时等待时间可以自定义为：n
超时控制可以理解为主要分为两种情况：
a.连接超时
b.读取数据超时

不管是TCP还是UDP，还是别的类型的套接字，他们本身就有超时属性。

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② 超时属性

超时属性就是用来实现超时连接的一个概念。
如何设置超时属性实现超时控制，有以下方法：
直接使用setsockopt设置套接字的超时属性，简单易用，童叟无欺。
利用 select 函数自带的超时属性，群体控制，也挺好用。
利用 SIGALRM 和它的搭档 alarm() 函数，自定闹钟，也能达到目的。

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三、 使用setsocketopt设置超时属性

struct timeval tv; //设置超时时间为3秒
tv.tv_sec  = 3;
tv.tv_usec = 0;
setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, &tv, sizeof(tv));

接字sockfd被设置了接收超时（SO_RCVTIMEO）为3秒，这意味着：
    如果 sockfd 是一个待连接监听套接字，那么其等待对端连接最多等3秒钟。---连接超时
    如果 sockfd 是一个已连接套接字，那么其等待对端数据最多等3秒钟。    ---读取数据超时控制

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四、 使用select设置超时属性

在多路复用IO中，函数 select() 也可以在多路监听的同时设置超时,设置超时属性代码如下：
struct timeval tv;
tv.tv_sec  = 3;
tv.tv_usec = 0;

select(maxfd+1, &rset, NULL, NULL, &tv);

以上select设置了监听对端数据最多等待3秒。

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五、 利用 SIGALRM 和 alarm()设置超时属性

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <errno.h>

#define SERVER_IP "127.0.0.1"
#define SERVER_PORT 12345
#define TIMEOUT_SECONDS 5

int sockfd;

void timeout_handler(int signum) {
    printf("Connection timeout. Closing socket.\n");
    close(sockfd); // 关闭套接字
    exit(1);
}

int main() {
    struct sockaddr_in server_addr;

    // 创建套接字
    if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
        perror("Socket creation failed");
        exit(1);
    }

    // 设置服务器地址结构
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
    server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(SERVER_IP);


    // 设置SIGALRM信号的处理函数
    signal(SIGALRM, timeout_handler);

    // 设置超时时间
    alarm(TIMEOUT_SECONDS);

    // 进行连接
    if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {
        if (errno == EINTR) {
            printf("Connect operation timed out.\n");
        } else {
            perror("Connect failed");
        }
        close(sockfd); // 关闭套接字
        exit(1);
    }

    // 如果连接成功，取消定时器
    alarm(0);

    printf("Connected successfully!\n");

    // 此处可以继续进行数据交换或其他操作

    close(sockfd);
    return 0;
}

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六、指数补偿法实现超时连接

1）超时连接的问题引入

#define MAX_SLEEP 128


for(int num=1; num<=MSX_SLEEP; num<<=1)
{
    if(connect() == 0)
    {
        break;    
    }
    if(num <= MSX_SLEEP/2)
        sleep(num);
}

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2)可支持迁移的重连代码