java gethostbyname_gethostbyname函数阻塞超时实现

在项目中涉及到网络功能时，经常会用到gethostbyname函数来实现域名到IP地址的解析。但是该函数通过dns解析域名时是阻塞方式的行为，因为当程序运行环境网络不通时，调用它的进程就会阻塞，这在单进程环境下不是问题，但在多线程环境下时，这将导致整个整个进程的阻塞，常常不是期望的行为。最近项目开发中刚好遇到了这个问题，所以思考了一下它的阻塞超时实现，也许不是很完美但测试能用。

实现通过使用alarm函数发出的定时信号和siglongjmp函数来解除gethostbyname函数的阻塞，因为涉及到线程与信号的复杂关系，实现也就稍显复杂了。首先需要注意的几点是：

alarm定时器是进程资源，所有的线程共享相同的alarm。所以在进程中的多个线程不可能互不干扰地使用闹钟定时器[APUE P335]。因此多个线程只能使用一个alarm定时器。

进程中的信号是被递送到单个线程的。如果信号与硬件故障或计时器超时相关，该信号就被发送到引起该事件的线程中去，而其它的信号则被发送到任意一个线程[APUE P334]。因此需要控制信号的发送，进程中使用sigprocmask来阻止信号发送，而线程应该使用pthread_sigmask来实现同样的目的。

sigsetjmp/siglongjmp与setjmp/longjmp的区别在于对信号掩码的保存与恢复，由于信号处理程序是异步执行的，以及上述两点，必须使用sigsetjmp/siglongjmp来实现跳转返回。

gethostbyname和inet_ntoa函数都是不可重入的，所以必须进行同步控制，加锁处理。

接下来看代码实现，首先是一些静态变量与信号处理函数的定义：

#include

#define RET_FAILURE (-1)

#define RET_SUCCESS 0

#define PLOG(level,format,args...) \

do{printf("[%s]",#level);printf(format,##args);}while(0)

static pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

static sigjmp_buf jmpbuf;

static volatile sig_atomic_t canjump;

static void alarm_handle(int signo)

{

if(canjump == 0)

return;

canjump = 0;

siglongjmp(jmpbuf,1);

}

线程锁用来保证一次只有一个线程调用gethostbyname。原子变量canjump用来保证siglongjmp跳转之前，已经成功执行过sigsetjmp设置好了jmpbuf跳转缓冲。

下面是gethostbyname的包装函数实现：

int gethostbyname_proc2(char *name,char *ip)

{

int ret = RET_SUCCESS;

struct hostent *host = NULL;

int timeout = 5;

if(name == NULL || ip == NULL)

{

PLOG(ERR,"invalid params!\n");

return RET_FAILURE;

}

pthread_mutex_lock(&lock);

sigset_t mask,oldmask;

sigemptyset(&mask);

sigaddset(&mask,SIGALRM);

pthread_sigmask(SIG_UNBLOCK,&mask,&oldmask);

#if 1

signal(SIGALRM, alarm_handle);

alarm(timeout);

if(sigsetjmp(jmpbuf,1)!=0)

{

PLOG(ERR,"gethostbyname timeout\n");

alarm(0);

signal(SIGALRM,SIG_IGN);

pthread_mutex_unlock(&lock);

pthread_sigmask(SIG_SETMASK,&oldmask,NULL);

return RET_FAILURE;

}

canjump = 1;

#endif

res_init();

host = gethostbyname(name);

int i = 0;

while(1)

{

printf(">>>i=%d\n",i++);//host = NULL;

sleep(1);

}

alarm(0); // cancel timer

signal(SIGALRM,SIG_IGN);

if (host == NULL)

{// use h_errno not errno variable

PLOG(ERR, "get host %s err:%s!\n", name, hstrerror(h_errno));

ret = RET_FAILURE;

}

else

{// only get the first ipv4 addr if host has many ipv4 addrs

inet_ntop(AF_INET,(struct in_addr *)host->h_addr,ip,INET_ADDRSTRLEN);

PLOG(DBG, "gethostbyname %s success,ip:%s!\n",name,ip);

ret = RET_SUCCESS;

}

pthread_sigmask(SIG_SETMASK,&oldmask,NULL);

pthread_mutex_unlock(&lock);

return ret;

}

首先解除线程的SIGALRM信号阻塞以并接收该信号，然后设置跳转缓冲以及超时后的处理逻辑，while(1)代码段是为了模拟gethostbyname执行阻塞超时(模拟网络不通环境，仅为测试)，在gethostbyname执行成功后取消定时器并转换IP地址。这里用可重入的inet_ntop函数代替inet_ntoa函数。

测试线程与主程序代码：

void *get_host_addr(void *arg)

{

int ret = 0;

char name[32] = "www.baidu.com";

char ip[16]={0};

while(1)

{

printf("++++++++++++++[%s]time1 = %lu +++++++++++\n",(char*)arg,time(NULL));

ret = gethostbyname_proc2(name,ip);

printf("++++++++++++++[%s]time2 = %lu +++++++++++\n",(char*)arg,time(NULL));

usleep(100000);

}

return (void*)ret;

}

int main(int argc, char *argv[])

{

int ret = 0;

char name[32] = "www.baidu.com";

char ip[16]={0};

pthread_t tid1,tid2;

sigset_t mask,oldmask;

sigemptyset(&mask);

sigaddset(&mask,SIGALRM);

pthread_sigmask(SIG_BLOCK,&mask,&oldmask);

pthread_create(&tid1,NULL,get_host_addr,"T_11");

pthread_create(&tid2,NULL,get_host_addr,"T_22");

pthread_join(tid1,NULL);

pthread_join(tid2,NULL);

sigprocmask(SIG_SETMASK,&oldmask,NULL);

return ret;

} 创建两个线程不断去获取百度的IP地址，在主线程中首先阻止SIGALRM信号的发送，而使用pthread_create函数创建新线程时，新建线程会继承现有的信号屏蔽字。所以只有在线程调用gethostbyname函数时才会接收到SIGALRM信号。

当执行信号处理函数时，系统会屏蔽掉SIGALRM信号的接收，如果使用setjmp/longjmp函数则跳转回去后SIGALRM信号依然被屏蔽，这显然是不合适的，所以必须用sigsetjmp/siglongjmp来保证信号屏蔽字的恢复。

实现的执行结果测试如下：

[email protected]:~/test/test-example$ ./gethostbyname_proc

++++++++++++++[T_11]time1 = 1384779930 +++++++++++

++++++++++++++[T_22]time1 = 1384779930 +++++++++++

>>>i=0

>>>i=1

>>>i=2

>>>i=3

>>>i=4

[ERR]gethostbyname timeout

++++++++++++++[T_11]time2 = 1384779935 +++++++++++

>>>i=0

++++++++++++++[T_11]time1 = 1384779935 +++++++++++

>>>i=1

>>>i=2

>>>i=3

>>>i=4

[ERR]gethostbyname timeout

++++++++++++++[T_22]time2 = 1384779940 +++++++++++

>>>i=0

++++++++++++++[T_22]time1 = 1384779940 +++++++++++

>>>i=1

>>>i=2

>>>i=3

>>>i=4

[ERR]gethostbyname timeout

++++++++++++++[T_11]time2 = 1384779945 +++++++++++

>>>i=0

++++++++++++++[T_11]time1 = 1384779945 +++++++++++

>>>i=1

>>>i=2

^C 如果不进行SIGALRM信号的线程屏蔽，则在调用一次gethostbyname_proc2后就会出线段错误。原因是siglongjmp跳转到了未初始化的栈内存中，而更深层导致跳转错误的原因应该是SIGALRM信号随机发送到了不同的线程，而该线程没有执行sigsetjmp函数(不是正在调用gethostbyname_proc函数的线程)。