超级好用的C++实用库之DNS解析

概述

DNS（Domain Name System，域名系统）是一种分布式数据库服务，用于将人们容易记忆的域名与计算机网络中用于寻址和定位的IP地址进行映射。在互联网上，每一台设备都有一个唯一的IP地址。但由于IP地址通常是一串难以记忆的数字，因此DNS系统应运而生，它提供了一种将人类可读的、具有一定逻辑结构的域名转换为IP地址的服务。

当用户在浏览器中输入一个网址时，实际上是触发了一个DNS解析过程，这个过程包括如下步骤。

查询本地DNS缓存：首先检查本机是否有该域名对应的IP地址记录。

递归查询：如果没有命中缓存，则请求发送到用户的ISP提供的本地DNS服务器，由本地DNS服务器负责发起递归查询流程，逐级向上询问根域名服务器、顶级域名服务器以及权威域名服务器，直到找到目标域名的IP地址。

响应并缓存：一旦权威域名服务器返回了域名对应的IP地址，这个信息会沿着查询路径返回给用户，并被沿途的DNS服务器缓存起来，以加快后续相同域名的查询速度。

CHP_DNS类

在C++中，获取DNS域名对应的IP地址通常不直接通过编写原始的DNS查询协议来实现（虽然理论上可以这样做），而是调用操作系统提供的网络库或API来进行解析。这是因为直接处理DNS协议细节相当复杂且容易出错，而操作系统和标准库已经封装好了这些功能。

gethostbyname函数和getaddrinfo函数用于获取域名对应的IP地址，但这两个函数都是阻塞的。在非阻塞的使用场景下，直接使用这两个函数不太合适。为了方便应用层使用，我们封装了异步DNS解析类CHP_DNS。CHP_DNS类是一个单实例类，从CHP_BaseThread类派生。CHP_DNS类的头文件，可参考下面的示例代码。

#pragma once

#include <string>
#include <map>

#include "HP_BaseThread.h"
#include "HP_Mutex.h"

class CHP_DNS : public CHP_BaseThread
{
public:
    static void Open();
    static CHP_DNS *&Singleton();
    static void Close();
    
    unsigned int FetchIP(const char *pszIP);
    
    void DefetchIP(const char *pszIP);

    static int GetIP(const char *pszIP, unsigned int &uiIP);

protected:
    CHP_DNS();
    virtual ~CHP_DNS();

    virtual unsigned int Run();

private:
    typedef struct _TDNSInfo
    {
        _TDNSInfo()
        {
            uiIP = 0;
            uiLastGotTick = 0;
            uiLastActiveTick = 0;
        }

        unsigned int uiIP;
        unsigned int uiLastGotTick;
        unsigned int uiLastActiveTick;
    }TDNSInfo;

    typedef std::map<std::string, TDNSInfo> IPToDNSInfoMap;

    static CHP_DNS *m_pThis;
    IPToDNSInfoMap m_mapIPToDNSInfo;
    bool m_bMapChanged;
    CHP_Mutex m_mutexMap;
};

CHP_DNS类导出了两个实例成员函数和一个静态成员函数，下面分别进行介绍。

FetchIP：非阻塞获取DNS。参数pszIP为IP地址或域名；返回值为0时，表示没有解析成功，需要继续调用本函数，其他表示解析成功的IP地址。

DefetchIP：取消非阻塞获取DNS。当FetchIP一直返回0，上层判断超时后，最好调用本接口进行释放。否则，底层会一直尝试去解析，进而影响其他地址的解析过程。参数pszIP为IP地址或域名。

GetIP：阻塞获取DNS，静态函数。参数pszIP为IP地址或域名，参数uiIP为解析成功的IP地址，返回值为0表示成功，其他表示错误码。