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作為公司的公共產品，經常有這樣的需求：就是新建一個本地服務，產品線作為客戶端通過 tcp 接入本地服務，來獲取想要的業務能力。
與印象中動輒處理成千上萬連接的 tcp 網絡服務不同，這個本地服務是跑在客戶機器上的，Win32 上作為開機自啟動的 windows 服務運行；
Linux 上作為 daemon 在後台運行。總的說來就是用於接收幾個產品進程的連接，因此輕量化是其最重要的要求，在這個基礎上要能兼顧跨平台就可以了。
其實主要就是 windows，再兼顧一點兒 linux。
考察了幾個現有的開源網絡框架，從 ACE 、boost::asio 到 libevent，都有不盡於人意的地方：
a) ACE：太重，只是想要一個網絡框架，結果它扒拉扒拉一堆全提供了，不用還不行；
b) boost::asio：太複雜，牽扯到 boost 庫，並且引入了一堆 c++ 模板，需要高版本 c++ 編譯器支持；
c) libevent：這個看着不錯，當時確實用這個做底層封裝了一版，結果發版后發現一個比較致命的問題，導致在防火牆設置比較嚴格的機器上初始化失敗，這個後面我會詳細提到。
其它的就更不用說了，之前也粗略看過陳碩的 muddo，總的感覺吧，它是基於其它開源框架不足地方改進的一個庫，有相當可取的地方，但是這個改進的方向也主要是解決更大併發、更多連接，不是我的痛點，所以沒有繼續深入研究。
好了，與其在不同開源框架之間糾結，不如自己動手寫一個。
反正我的場景比較固定，不用像它們那樣面面俱，我給自己羅列了一些這個框架需要支持基本的功能：
1）同步寫、異步讀；
2）可同時監聽多路事件，基於 1）這裏只針對異步 READ 事件（包含連接進入、連接斷開），寫數據是同步的，因而不需要處理異步 WRITE 事件；
3）要有設置一次性和周期性定時器的能力 （業務決定的）；
4）不需要處理信號 （windows 上也沒信號這一說，linux 自己搞搞 sigaction 就好啦）；
……
雖然這個框架未來只會運行在用戶的單機上，但是我不希望它一出生就帶有性能缺陷，所以性能平平的 select 沒能進入我的法眼，我決定給它裝上最強大的心臟：
Windows 平台： iocp
Linux 平台：epoll
ok，從需求到底層技術路線，貌似都講清楚了，依照 libevent 我給它取名為 gevent，下面我們從代碼級別看下這個框架是怎麼簡化 tcp 服務搭建這類工作的。
首先看一下這個 tcp 服務框架的 sample：
svc_handler.h
1 #include "EventBase.h" 2 #include "EventHandler.h" 3 4 class GMyEventBase : public GEventBase 5 { 6 public: 7 GEventHandler* create_handler (); 8 }; 9 10 11 class svc_handler : public GJsonEventHandler 12 { 13 public: 14 virtual ~svc_handler () {} 15 virtual void on_read_msg (Json::Value const& val); 16 };
epoll_svc.cpp
1 #include <stdio.h> 2 #include "svc_handler.h" 3 #include <signal.h> 4 5 GMyEventBase g_base; 6 GEventHandler* GMyEventBase::create_handler () 7 { 8 return new svc_handler; 9 } 10 11 void sig_int (int signo) 12 { 13 printf ("%d caught\n", signo); 14 g_base.exit (1); 15 printf ("exit ok\n"); 16 } 17 18 int main (int argc, char *argv[]) 19 { 20 if (argc < 2) 21 { 22 printf ("usage: epoll_svc port\n"); 23 return -1; 24 } 25 26 unsigned short port = atoi (argv[1]); 27 28 #ifndef WIN32 29 struct sigaction act; 30 act.sa_handler = sig_int; 31 sigemptyset(&act.sa_mask); 32 act.sa_flags = SA_RESTART; 33 if (sigaction (SIGINT, &act, NULL) < 0) 34 { 35 printf ("install SIGINT failed, errno %d\n", errno); 36 return -1; 37 } 38 else 39 printf ("install SIGINT ok\n"); 40 #endif 41 42 // to test small message block 43 if (g_base.init (/*8, 10*/) < 0) 44 return -1; 45 46 printf ("init ok\n"); 47 do 48 { 49 if (!g_base.listen (port)) 50 { 51 g_base.exit (0); 52 printf ("exit ok\n"); 53 break; 54 } 55 56 printf ("listen ok\n"); 57 g_base.run (); 58 printf ("run over\n"); 59 } while (0); 60 61 g_base.fini (); 62 printf ("fini ok\n"); 63 64 g_base.cleanup (); 65 printf ("cleanup ok\n"); 66 return 0; 67 }
這個服務的核心是 GMyEventBase 類，它使用了框架中的 GEventBase 類，從後者派生而來，
只改寫了一個 create_handler 接口來提供我們的事件處理對象 svc_handler，它是從框架中的 GEventHandler 派生而來，
svc_handler 只改寫了一個 on_read_msg 來處理 Json 格式的消息輸入。
程序的運行就是分別調用 GMyEventBase（實際上是GEventBase） 的 init / listen / run / fini / cleaup 方法。
而與業務相關的代碼，都在 svc_handler 中處理：
svc_handler.cpp
1 #include "svc_handler.h" 2 3 void svc_handler::on_read_msg (Json::Value const& val) 4 { 5 int key = val["key"].asInt (); 6 std::string data = val["data"].asString (); 7 printf ("got %d:%s\n", key, data.c_str ()); 8 9 Json::Value root; 10 Json::FastWriter writer; 11 root["key"] = key + 1; 12 root["data"] = data; 13 14 int ret = 0; 15 std::string resp = writer.write(root); 16 resp = resp.substr (0, resp.length () - 1); // trim tailing \n 17 if ((ret = send (resp)) <= 0) 18 printf ("send response failed, errno %d\n", errno); 19 else 20 printf ("response %d\n", ret); 21 }
它期待 Json 格式的數據，並且有兩個字段 key(int) 與 data (string)，接收數據后將 key 增 1 后返回給客戶端。
再來看下客戶端 sample：
clt_handler.h
1 #include "EventBaseAR.h" 2 #include "EventHandler.h" 3 4 class GMyEventBase : public GEventBaseWithAutoReconnect 5 { 6 public: 7 GEventHandler* create_handler (); 8 }; 9 10 11 class clt_handler : public GJsonEventHandler 12 { 13 public: 14 virtual ~clt_handler () {} 15 #ifdef TEST_TIMER 16 virtual bool on_timeout (GEV_PER_TIMER_DATA *gptd); 17 #endif 18 virtual void on_read_msg (Json::Value const& val); 19 };
epoll_clt.cpp
1 #include <stdio.h> 2 #include "clt_handler.h" 3 #include <signal.h> 4 5 //#define TEST_READ 6 //#define TEST_CONN 7 //#define TEST_TIMER 8 9 GMyEventBase g_base; 10 GEventHandler* GMyEventBase::create_handler () 11 { 12 return new clt_handler; 13 } 14 15 16 int sig_caught = 0; 17 void sig_int (int signo) 18 { 19 sig_caught = 1; 20 printf ("%d caught\n", signo); 21 g_base.exit (0); 22 printf ("exit ok\n"); 23 } 24 25 void do_read (GEventHandler *eh, int total) 26 { 27 char buf[1024] = { 0 }; 28 int ret = 0, n = 0, key = 0, err = 0; 29 char *ptr = nullptr; 30 while ((total == 0 || n++ < total) && fgets (buf, sizeof(buf), stdin) != NULL) 31 { 32 // skip \n 33 buf[strlen(buf) - 1] = 0; 34 //n = sscanf (buf, "%d", &key); 35 key = strtol (buf, &ptr, 10); 36 if (ptr == nullptr) 37 { 38 printf ("format: int string\n"); 39 continue; 40 } 41 42 Json::Value root; 43 Json::FastWriter writer; 44 root["key"] = key; 45 // skip space internal 46 root["data"] = *ptr == ' ' ? ptr + 1 : ptr; 47 48 std::string req = writer.write (root); 49 req = req.substr (0, req.length () - 1); // trim tailing \n 50 if ((ret = eh->send (req)) <= 0) 51 { 52 err = 1; 53 printf ("send %d failed, errno %d\n", req.length (), errno); 54 break; 55 } 56 else 57 printf ("send %d\n", ret); 58 } 59 60 if (total == 0) 61 printf ("reach end\n"); 62 63 if (!err) 64 { 65 eh->disconnect (); 66 printf ("call disconnect to notify server\n"); 67 } 68 69 // wait receiving thread 70 //sleep (3); 71 // if use press Ctrl+D, need to notify peer our break 72 } 73 74 #ifdef TEST_TIMER 75 void test_timer (unsigned short port, int period_msec, int times) 76 { 77 int n = 0; 78 GEventHandler *eh = nullptr; 79 80 do 81 { 82 eh = g_base.connect (port); 83 if (eh == nullptr) 84 break; 85 86 printf ("connect ok\n"); 87 void* t = g_base.timeout (1000, period_msec, eh, NULL); 88 if (t == NULL) 89 { 90 printf ("timeout failed\n"); 91 break; 92 } 93 else 94 printf ("set timer %p ok\n", t); 95 96 // to wait timer 97 do 98 { 99 sleep (400); 100 printf ("wake up from sleep\n"); 101 } while (!sig_caught && n++ < times); 102 103 g_base.cancel_timer (t); 104 } while (0); 105 } 106 #endif 107 108 #ifdef TEST_CONN 109 void test_conn (unsigned short port, int per_read, int times) 110 { 111 # ifdef WIN32 112 srand (GetCurrentProcessId()); 113 # else 114 srand (getpid ()); 115 # endif 116 int n = 0, elapse = 0; 117 clt_handler *eh = nullptr; 118 119 do 120 { 121 eh = (clt_handler *)g_base.connect (port); 122 if (eh == nullptr) 123 break; 124 125 printf ("connect ok\n"); 126 127 do_read (eh, per_read); 128 # ifdef WIN32 129 elapse = rand() % 1000; 130 Sleep(elapse); 131 printf ("running %d ms\n", elapse); 132 # else 133 elapse = rand () % 1000000; 134 usleep (elapse); 135 printf ("running %.3f ms\n", elapse/1000.0); 136 # endif 137 138 } while (!sig_caught && n++ < times); 139 } 140 #endif 141 142 #ifdef TEST_READ 143 void test_read (unsigned short port, int total) 144 { 145 int n = 0; 146 GEventHandler *eh = nullptr; 147 148 do 149 { 150 eh = g_base.connect (port); 151 if (eh == nullptr) 152 break; 153 154 printf ("connect ok\n"); 155 do_read (eh, total); 156 } while (0); 157 } 158 #endif 159 160 int main (int argc, char *argv[]) 161 { 162 if (argc < 2) 163 { 164 printf ("usage: epoll_clt port\n"); 165 return -1; 166 } 167 168 unsigned short port = atoi (argv[1]); 169 170 #ifndef WIN32 171 struct sigaction act; 172 act.sa_handler = sig_int; 173 sigemptyset(&act.sa_mask); 174 // to ensure read be breaked by SIGINT 175 act.sa_flags = 0; //SA_RESTART; 176 if (sigaction (SIGINT, &act, NULL) < 0) 177 { 178 printf ("install SIGINT failed, errno %d\n", errno); 179 return -1; 180 } 181 #endif 182 183 if (g_base.init (2) < 0) 184 return -1; 185 186 printf ("init ok\n"); 187 188 #if defined(TEST_READ) 189 test_read (port, 0); // 0 means infinite loop until user break 190 #elif defined(TEST_CONN) 191 test_conn (port, 10, 100); 192 #elif defined (TEST_TIMER) 193 test_timer (port, 10, 1000); 194 #else 195 # error please define TEST_XXX macro to do something! 196 #endif 197 198 if (!sig_caught) 199 { 200 // Ctrl + D ? 201 g_base.exit (0); 202 printf ("exit ok\n"); 203 } 204 else 205 printf ("has caught Ctrl+C\n"); 206 207 g_base.fini (); 208 printf ("fini ok\n"); 209 210 g_base.cleanup (); 211 printf ("cleanup ok\n"); 212 return 0; 213 }
客戶端同樣使用了 GEventBase 的派生類 GMyEventBase 來作為事件循環的核心，所不同的是（注意並非之前例子里的那個類，雖然同名），它提供了 clt_handler 來處理自己的業務代碼。
另外為了提供連接中斷後自動向服務重連的功能，這裏 GMyEventBase 派生自 GEventBase 類的子類 GEventBaseWithAutoReconnect （位於 EventBaseAR.h/cpp 中）。
程序的運行是分別調用 GEventBase 的 init / connect / fini / cleaup 方法以及 GEventHandler 的 send / disconnect 來測試讀寫與連接。
定義宏 TEST_READ 用來測試讀寫；定義宏 TEST_CONN 可以測試連接的通斷及讀寫；定義宏 TEST_TIMER 來測試周期性定時器及讀寫。它們是互斥的。
clt_handler 主要用來異步接收服務端的回送數據並打印：
clt_handler.cpp
1 #include "clt_handler.h" 2 3 #ifdef TEST_TIMER 4 extern void do_read (clt_handler *, int); 5 bool clt_handler::on_timeout (GEV_PER_TIMER_DATA *gptd) 6 { 7 printf ("time out ! id %p, due %d, period %d\n", gptd, gptd->due_msec, gptd->period_msec); 8 do_read ((clt_handler *)gptd->user_arg, 1); 9 return true; 10 } 11 #endif 12 13 void clt_handler::on_read_msg (Json::Value const& val) 14 { 15 int key = val["key"].asInt (); 16 std::string data = val["data"].asString (); 17 printf ("got %d:%s\n", key, data.c_str ()); 18 }
這個測試程序可以通過在控制台手工輸入數據來驅動，也可以通過測試數據文件來驅動，下面的 awk 腳本用來製造符合格式的測試數據：
epoll_gen.awk
1 #! /bin/awk -f 2 BEGIN { 3 WORDNUM = 1000 4 for (i = 1; i <= WORDNUM; i++) { 5 printf("%d %s\n", randint(WORDNUM), randword(20)) 6 } 7 } 8 9 # randint(n): return a random integer number which is >= 1 and <= n 10 function randint(n) { 11 return int(n *rand()) + 1 12 } 13 14 # randlet(): return a random letter, which maybe upper, lower or number. 15 function randlet() { 16 return substr("abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789", randint(62), 1) 17 } 18 19 # randword(LEN): return a rand word with a length of LEN 20 function randword(LEN) { 21 randw="" 22 for( j = 1; j <= LEN; j++) { 23 randw=randw randlet() 24 } 25 return randw 26 }
生成的測試文件格式如下：
238 s0jKlYkEjwE4q3nNJugF 568 0cgNaSgDpP3VS45x3Wum 996 kRF6SgmIReFmrNBcCecj 398 QHQqCrB5fC61hao1BV2x 945 XZ6KLtA4jZTEnhcAugAM 619 WE95NU7FnsYar4wz279j 549 oVCTmD516yvmtuJB2NG3 840 NDAaL5vpzp8DQX0rLRiV 378 jONIm64AN6UVc7uTLIIR 251 EqSBOhc40pKXhCbCu8Ey
整個工程編譯的話就是一個 CMakeLists 文件，可以通過 cmake 生成對應的 Makefile 或 VS solution 來編譯代碼：
CMakeLists.txt
1 cmake_minimum_required(VERSION 3.0) 2 project(epoll_svc) 3 include_directories(../core ../include) 4 set(CMAKE_CXX_FLAGS "-std=c++11 -pthread -g -Wall ${CMAKE_CXX_FLAGS}") 5 link_directories(${PROJECT_SOURCE_DIR}/../lib) 6 set(EXECUTABLE_OUTPUT_PATH ${PROJECT_SOURCE_DIR}/../bin) 7 8 add_executable (epoll_svc epoll_svc.cpp svc_handler.cpp ../core/EventBase.cpp ../core/EventHandler.cpp ../core/log.cpp) 9 IF (WIN32) 10 target_link_libraries(epoll_svc jsoncpp ws2_32) 11 ELSE () 12 target_link_libraries(epoll_svc jsoncpp rt) 13 ENDIF () 14 15 add_executable (epoll_clt epoll_clt.cpp clt_handler.cpp ../core/EventBase.cpp ../core/EventBaseAR.cpp ../core/EventHandler.cpp ../core/log.cpp) 16 target_compile_definitions(epoll_clt PUBLIC -D TEST_READ) 17 IF (WIN32) 18 target_link_libraries(epoll_clt jsoncpp ws2_32) 19 ELSE () 20 target_link_libraries(epoll_clt jsoncpp rt) 21 ENDIF () 22 23 add_executable (epoll_local epoll_local.cpp) 24 IF (WIN32) 25 target_link_libraries(epoll_local jsoncpp ws2_32) 26 ELSE () 27 target_link_libraries(epoll_local jsoncpp rt) 28 ENDIF ()
這個項目包含三個編譯目標，分別是 epoll_svc 、epoll_clt 與 epoll_local，其中前兩個可以跨平台編譯，后一個只能在 Linux 平台編譯，用來驗證 epoll 的一些特性。
編譯完成后，首先運行服務端：
>./epoll_svc 1025
然後運行客戶端：
>./epoll_clt 1025 < demo
測試多個客戶端同時連接，可以使用下面的腳本：
epoll_start.sh
1 #! /bin/bash 2 # /bin/sh -> /bin/dash, do not recognize our for loop 3 4 for((i=0;i<10;i=i+1)) 5 do 6 ./epoll_clt 1025 < demo & 7 echo "start $i" 8 done
可以同時啟動 10 個客戶端。
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通過 Ctrl+C 退出服務端；通過 Ctrl+C 或 Ctrl+D 退出單個客戶端；
通過下面的腳本來停止多個客戶端與服務端：
epoll_stop.sh
1 #! /bin/sh 2 pkill -INT epoll_clt 3 sleep 1 4 pkill -INT epoll_svc
框架的用法介紹完之後，再簡單遊覽一下這個庫的各層級對外接口。
EventBase.h
1 #pragma once 2 3 4 #include "EventHandler.h" 5 #include <string> 6 #include <map> 7 #include <mutex> 8 #include <condition_variable> 9 #include "thread_group.hpp" 10 11 #define GEV_MAX_BUF_SIZE 65536 12 13 class GEventBase : public IEventBase 14 { 15 public: 16 GEventBase(); 17 ~GEventBase(); 18 19 #ifdef WIN32 20 virtual HANDLE iocp () const; 21 #else 22 virtual int epfd () const; 23 #endif 24 virtual bool post_timer(GEV_PER_TIMER_DATA *gptd); 25 virtual GEventHandler* create_handler() = 0; 26 27 // thr_num : 28 // =0 - no default thread pool, user provide thread and call run 29 // <0 - use max(|thr_num|, processer_num) 30 // >0 - use thr_num 31 bool init(int thr_num = -8, int blksize = GEV_MAX_BUF_SIZE 32 #ifndef WIN32 33 , int timer_sig = SIGUSR1 34 #endif 35 ); 36 37 bool listen(unsigned short port, unsigned short backup = 10); 38 GEventHandler* connect(unsigned short port, GEventHandler* exist_handler = NULL); 39 // PARAM 40 // due_msec: first timeout milliseconds 41 // period_msec: later periodically milliseconds 42 // arg: user provied argument 43 // exist_handler: reuse the timer handler 44 // 45 // RETURN 46 // NULL: failed 47 void* timeout(int due_msec, int period_msec, void *arg, GEventHandler *exist_handler); 48 bool cancel_timer(void* tid); 49 void fini(); 50 void run(); 51 void exit(int extra_notify = 0); 52 void cleanup(); 53 54 protected: 55 #ifdef WIN32 56 bool do_accept(GEV_PER_IO_DATA *gpid); 57 bool do_recv(GEV_PER_HANDLE_DATA *gphd, GEV_PER_IO_DATA *gpid); 58 void do_error(GEV_PER_HANDLE_DATA *gphd); 59 60 int init_socket(); 61 bool issue_accept(); 62 bool issue_read(GEV_PER_HANDLE_DATA *gphd); 63 bool post_completion(DWORD bytes, ULONG_PTR key, LPOVERLAPPED ol); 64 65 #else 66 bool do_accept(int fd); 67 bool do_recv(conn_key_t key); 68 void do_error(conn_key_t key); 69 70 bool init_pipe(); 71 void close_pipe(); 72 bool post_notify (char ch, void* ptr = nullptr); 73 void promote_leader (std::unique_lock<std::mutex> &guard); 74 75 GEventHandler* find_by_key (conn_key_t key, bool erase); 76 GEventHandler* find_by_fd (int fd, conn_key_t &key, bool erase); 77 78 # ifdef HAS_SIGTHR 79 void sig_proc (); 80 # endif 81 #endif 82 83 bool do_timeout(GEV_PER_TIMER_DATA *gptd); 84 85 virtual bool on_accept(GEV_PER_HANDLE_DATA *gphd); 86 virtual bool on_read(GEventHandler *h, GEV_PER_IO_DATA *gpid); 87 virtual void on_error(GEventHandler *h); 88 virtual bool on_timeout (GEV_PER_TIMER_DATA *gptd); 89 90 91 protected: 92 volatile bool m_running = false; 93 int m_thrnum = 0; 94 int m_blksize = GEV_MAX_BUF_SIZE; 95 std::thread_group m_grp; 96 SOCKET m_listener = INVALID_SOCKET; 97 98 std::mutex m_mutex; // protect m_map 99 std::mutex m_tlock; // protect m_tmap 100 // timer_t may conflict when new timer created after old timer closed 101 //std::map <timer_t, GEventHandler *> m_tmap; 102 std::map <GEV_PER_TIMER_DATA*, GEventHandler *> m_tmap; 103 104 #ifdef WIN32 105 LPFN_ACCEPTEX m_acceptex = nullptr; 106 LPFN_GETACCEPTEXSOCKADDRS m_getacceptexsockaddrs = nullptr; 107 HANDLE m_iocp = NULL; 108 HANDLE m_timerque = NULL; 109 110 std::map<GEV_PER_HANDLE_DATA*, GEventHandler*> m_map; 111 #else 112 int m_ep = -1; 113 int m_pp[2]; 114 int m_tsig = 0; // signal number for timer 115 116 std::mutex m_lock; // protect epoll 117 pthread_t m_leader = -1; 118 std::map<conn_key_t, GEventHandler*> m_map; 119 # ifdef HAS_SIGTHR 120 // special thread only cares about signal 121 std::thread *m_sigthr = nullptr; 122 # endif 123 #endif 124 };
- init，它在底層啟動 thr_num 個線程來跑 run 方法；每次 IO 的塊緩衝區大小由 blksize 指定；它內部還創建了對應的 iocp 或 epoll 對象，便於之后加入 socket 句柄進行處理。
- exit，它通知線程池中的所有線程退出等待，windows 上是通過 PostQueuedCompletionStatus，Linux 上是通過在自建的一個 pipe 上寫數據以觸發 epoll 退出（這個 pipe 在 init 中創建並加入 epoll）；
- fini，它在所有工作線程退出后，關閉之前創建的對象，清理事件循環用到的資源；
- cleanup，它清理之前建立的 fd-handler 映射，清理遺留的處理器並釋放資源；
- run，它是線程池運行函數，windows 上是通過 GetQueuedCompletionStatus 在 iocp 上等待；在 linux 上是通過 epoll_wait 在 epoll 上等待事件。當有事件產生后，根據事件類型，分別調用 do_accept / on_accept、do_recv / on_read、do_error / on_error 回調來分派事件；
- listen，創建偵聽 socket 並加入到 iocp 或 epoll 中；
- connect，連接到遠程服務並將成功連接的 socket 加入到 iocp 或 epoll 中；
- timeout，設置定時器事件，windows 上是通過 CreateTimerQueueTimer 實現定時器超時；linux 則是通過 timer_create 實現的，都是系統現成的東西，只不過在系統定時器到期后，給對應的 iocp 或 epoll 對象發送了一個通知而已，在 linux 上這個通知機制是上面提到過的 pipe 來實現的，因而有一定延遲，不能指定精度太小的定時器；
- cancel_timer，取消之前設置的定時器。
然後看下 GEventHandler 提供的回調接口，應用可以從它派生並完成業務相關代碼：
EventHandler.h
1 #pragma once 2 #include "platform.h" 3 4 #ifdef WIN32 5 // must ensure <winsock2.h> precedes <widnows.h> included, to prevent winsock2.h conflict with winsock.h 6 # include <WinSock2.h> 7 # include <Windows.h> 8 # include <mswsock.h> // for LPFN_ACCEPTEX & LPFN_GETACCEPTEXSOCKADDRS later in EventBase.h 9 #else 10 # include <unistd.h> // for close 11 # include <sys/socket.h> 12 # include <sys/epoll.h> 13 # include <sys/time.h> 14 # include <netinet/in.h> // for struct sockaddr_in 15 # include <arpa/inet.h> // for inet_addr/inet_ntoa 16 # include <string.h> // for memset/memcpy 17 # include <signal.h> 18 #endif 19 20 #include <mutex> 21 #include "jsoncpp/json.h" 22 23 24 class GEventHandler; 25 struct GEV_PER_TIMER_DATA; 26 class IEventBase 27 { 28 public: 29 #ifdef WIN32 30 virtual HANDLE iocp () const = 0; 31 #else 32 virtual int epfd () const = 0; 33 #endif 34 35 virtual void* timeout(int due_msec, int period_msec, void *arg, GEventHandler *exist_handler) = 0; 36 virtual bool cancel_timer(void* tid) = 0; 37 virtual bool post_timer(GEV_PER_TIMER_DATA *gptd) = 0; 38 }; 39 40 41 #ifdef WIN32 42 enum GEV_IOCP_OP 43 { 44 OP_TIMEOUT = 1, 45 OP_ACCEPT, 46 OP_RECV, 47 }; 48 #else 49 // the purpose of this key is to distinguish different connections with same fd ! 50 // (when connection break and re-established soon, fd may not change but port will change) 51 struct conn_key_t 52 { 53 int fd; 54 unsigned short lport; 55 unsigned short rport; 56 57 conn_key_t (int f, unsigned short l, unsigned short r); 58 bool operator< (struct conn_key_t const& rhs) const; 59 }; 60 #endif 61 62 63 struct GEV_PER_HANDLE_DATA 64 { 65 SOCKET so; 66 SOCKADDR_IN laddr; 67 SOCKADDR_IN raddr; 68 69 #ifndef WIN32 70 conn_key_t key () const; 71 #endif 72 73 GEV_PER_HANDLE_DATA(SOCKET s, SOCKADDR_IN *l, SOCKADDR_IN *r); 74 virtual ~GEV_PER_HANDLE_DATA(); 75 }; 76 77 struct GEV_PER_IO_DATA 78 { 79 SOCKET so; 80 #ifdef WIN32 81 GEV_IOCP_OP op; 82 OVERLAPPED ol; 83 WSABUF wsa; // wsa.len is buffer length 84 DWORD bytes; // after compeleted, bytes trasnfered 85 #else 86 char *buf; 87 int len; 88 #endif 89 90 GEV_PER_IO_DATA( 91 #ifdef WIN32 92 GEV_IOCP_OP o, 93 #endif 94 SOCKET s, int l); 95 virtual ~GEV_PER_IO_DATA(); 96 }; 97 98 struct GEV_PER_TIMER_DATA 99 #ifdef WIN32 100 : public GEV_PER_IO_DATA 101 #endif 102 { 103 IEventBase *base; 104 int due_msec; 105 int period_msec; 106 void *user_arg; 107 bool cancelled; 108 #ifdef WIN32 109 HANDLE timerque; 110 HANDLE timer; 111 #else 112 timer_t timer; 113 #endif 114 115 GEV_PER_TIMER_DATA(IEventBase *base, int due, int period, void *arg 116 #ifdef WIN32 117 , HANDLE tq); 118 #else 119 , timer_t tid); 120 #endif 121 122 virtual ~GEV_PER_TIMER_DATA(); 123 void cancel (); 124 }; 125 126 class GEventHandler 127 { 128 public: 129 GEventHandler(); 130 virtual ~GEventHandler(); 131 132 GEV_PER_HANDLE_DATA* gphd(); 133 GEV_PER_TIMER_DATA* gptd(); 134 bool connected(); 135 void disconnect(); 136 void clear(); 137 SOCKET fd(); 138 139 int send(char const* buf, int len); 140 int send(std::string const& str); 141 142 virtual bool reuse(); 143 virtual bool auto_reconnect(); 144 virtual void arg(void *param) = 0; 145 virtual void reset(GEV_PER_HANDLE_DATA *gphd, GEV_PER_TIMER_DATA *gptd, IEventBase *base); 146 virtual bool on_read(GEV_PER_IO_DATA *gpid) = 0; 147 virtual void on_error(GEV_PER_HANDLE_DATA *gphd); 148 // note when on_timeout called, handler's base may cleared by cancel_timer, use gptd->base instead if it is not null. 149 virtual bool on_timeout(GEV_PER_TIMER_DATA *gptd) = 0; 150 virtual void cleanup(bool terminal); 151 void close(bool terminal); 152 153 protected: 154 GEV_PER_HANDLE_DATA *m_gphd = nullptr; 155 GEV_PER_TIMER_DATA *m_gptd = nullptr; 156 IEventBase *m_base = nullptr; 157 // us so instead of m_gphd, 158 // as the later one may destroyed during using.. 159 SOCKET m_so; 160 }; 161 162 // a common handler to process json protocol. 163 class GJsonEventHandler : public GEventHandler 164 { 165 public: 166 //virtual void on_read(); 167 virtual void arg(void *param); 168 virtual void reset(GEV_PER_HANDLE_DATA *gphd, GEV_PER_TIMER_DATA *gptd, IEventBase *base); 169 virtual bool on_read(GEV_PER_IO_DATA *gpid); 170 virtual void on_read_msg(Json::Value const& root) = 0; 171 virtual bool on_timeout(GEV_PER_TIMER_DATA *gptd); 172 virtual void cleanup(bool terminal); 173 174 protected: 175 // protect m_stub to prevent multi-entry 176 #ifdef HAS_ET 177 std::mutex m_mutex; 178 #endif 179 180 std::string m_stub; 181 };
這裏主要有兩個類，GEventHandler 處理通用的基於流的數據；GJsonEventHandler 處理基於 json 格式的數據。
前者需要重寫 on_read 方法來處理塊數據；後者需要重寫 on_read_msg 方法來處理 json 數據。
目前 json 的解析是通過 jsoncpp 庫完成的，這個庫本身是跨平台的（本 git 庫僅提供 64 位 Linux 靜態鏈接庫及 VS2013 的 32 位 Release 版本 Windows 靜態庫）。
svc_handler 與 clt_handler 均從 GJsonEventHandler 派生。
如果有新的流格式需要處理 ，只需要從 GEventHandler 類派生新的處理類即可。
除了讀取連接上的數據，還有其它一些重要的回調接口，列明如下：
- on_read，連接上有數據到達；
- on_error，連接斷開；
- on_tmeout，定時器事件；
- ……
如果有新的事件需要處理 ，也可以在這裏擴展。
最後看下 GEventBaseWithAutoReconnect 提供的與自動重連相關的接口：
EventBaseAR.h
1 #pragma once 2 3 4 #include "EventBase.h" 5 #include <thread> 6 7 #define GEV_RECONNECT_TIMEOUT 2 // seconds 8 #define GEV_MAX_RECONNECT_TIMEOUT 256 // seconds 9 10 class GEventBaseWithAutoReconnect : public GEventBase 11 { 12 public: 13 GEventBaseWithAutoReconnect(int reconn_min = GEV_RECONNECT_TIMEOUT, int reconn_max = GEV_MAX_RECONNECT_TIMEOUT); 14 ~GEventBaseWithAutoReconnect(); 15 16 bool do_connect(unsigned short port, void *arg); 17 GEventHandler* connector(); 18 19 protected: 20 virtual void on_error(GEventHandler *h); 21 virtual bool on_timeout(GEV_PER_TIMER_DATA *gptd); 22 23 virtual void on_connect_break(); 24 virtual bool on_connected(GEventHandler *app); 25 26 protected: 27 void do_reconnect(void *arg); 28 29 protected: 30 unsigned short m_port; 31 GEventHandler* m_app; 32 GEventHandler* m_htimer; 33 void* m_timer; 34 int m_reconn_min; 35 int m_reconn_max; 36 int m_reconn_curr; 37 };
其實比較簡單，只比 GEventBase 類多了一個 do_connect 方法，來擴展 connect 不能自動重連的問題。
底層的話，是通過定時器來實現指數後退重連算法的。
最後，如果你還是感到雲里霧裡的，可以參考一下下面的類結構圖：
黑色標註的是框架提供的類，紅色是服務端派生的類，藍色是客戶端派生的類，其實 GMyEventBase 的唯一作用就是將 svc_handler 與 clt_handler 分別引入各自的框架中，
所以用戶的關注點主要還是在派生自己的 GEventHandler 類，並在其中的回調接口中處理數據就可以了。
後記
這個框架已經應用到我司的公共產品中，併為數個 tcp 服務提供底層支撐，經過百萬級別用戶機器驗證，運行穩定性還是可以的，所以當得起“工業級”這三個字。
前面在說到開源庫的選型時還留了一個口子沒有交待，這裏一併說下。
其實最早的重構版本是使用 libevent 來實現的，但是發現它在 windows 上使用的是低效的 select，
而且為了增加、刪除句柄，它又使用了一種 self-pipe-trick 的技巧，簡單說來的就是下面的代碼序列：
listen (listen_fd, 1); …… connect (connect_fd, &addr, size); …… accept_fd = accept (listen_fd, &addr, &size);
在缺乏 pipe 調用的 win32 環境製造了一個 socket 自連接，從而進行一些通知。
這一步是必要的，如果不能成功連接就會導致整個 libevent 初始化失敗，從而運行不起來。
不巧的是，在一些 windows 機器上（約佔用戶總量 10%），由於防火牆設置嚴格，上述 listen 與 connect 調用可以成功，
但是 accept 會失敗返回，從而導致整個服務退出 （防火牆會嚴格禁止不在白名單上偵聽的端口的連接）。
對於已知端口，可以通過在防火牆上設置白名單來避免，但是對於這種隨機 listen 的端口，真的是太難了，基本無解。
回頭考察了一下 asio，windows 上使用的是 iocp，自然沒有這個自連接；
ACE 有多種實現可供選擇，如果使用 ACE_Select_Reactor / ACE_TP_Reactor 是會有這個自連接，
但是你可以選擇其它實現，如基於 WaitForMultipleEvents 的 ACE_WFMO_Reactor（最大隻支持 62 個句柄，放棄），
或基於 iocp 的 ACE_Proactor （前攝式，與反應式在編程上稍有不同，更接近於 asio）就沒有這個自連接。
再說的深一點，其實公司最早的網絡庫使用的就是基於 boost 的 asio，大量的使用了 c++ 模板，
有時候產生了一些崩潰，但是根據 dump 完全無法定位崩潰點（各種冗長的模板展開名稱），
導致了一些頑固的已知 bug 一直找不到崩潰點而無法解決（雖然量不大），所以才有了要去重新選型網絡庫以及後來這一系列的東西。
本來一開始我是想用 ACE 的，因為我讀過這個庫的源碼，對裏面所有的東西都非常熟悉，
但是看看 ACE 小 5 MB 的 dll 尺寸，還是放棄了（產品本身安裝包也就這麼大吧），
對於一個公司底層的公共組件，被各種產品攜帶，需要嚴格控制“體重”
（後來聽說 ACE 按功能拆分了代碼模塊，你只需要選自己依賴的部分即可，不過我還沒有試過）。
使用這個庫代替之前的 boost::asio 后，我還有一個意外收穫，就是編譯出來的 dll 尺寸明顯小了很多，700 K -> 500 K 的樣子，看來所謂模板膨脹是真有其事……
最後奉上 gevent 的 github 鏈接，歡迎有相同需求的小夥伴前來“復刻” ：
https://github.com/goodpaperman/gevent
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