muduo库的EventLoop类剖析

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原创最新推荐文章于 2026-05-13 10:53:52 发布 3.4k 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

[Muduo网络库]：三大核心库Channel类、Poller/EpollPoller类以及EventLoop类除了循环，什么都没做的loop()"，这句话的意思并非是loop()只是一个空循环，而是它的主要功能并未通过自身定义的函数实现。loop函数中主要通过调用一次Poller::poll方法它就能给你返回事件监听器的监听结果，然后调用这些Channel里面保管的不同类型事件的处理函数。loop()函数最主要的作用是实现循环，负责驱动“循环”的重要模块。Channel类其实相当于一个文件描述符的保姆！2.2.1 Channel类概述-我在地铁站里吃闸机。阅读详情

本文地址：http://blog.youkuaiyun.com/freeelinux/article/details/53510541

一：采用的线程通信机制

首先来看一下一个进程（线程）如何通知另一个个等待中的（线程），有三种方法：

1.pipe，使用fd[0] 为读端，fd[1]为写端，半双工。等待线程关注fd[0]的可读事件。

2.socketpair，也有一对文件描述符，可用于双向通信，全双工。

3.eventfd。eventfd是一个比pipe更搞笑的线程间事件通知机制，一方面它比pipe少用一个pipe descriptor，节省了资源。另一方面，eventfd的缓冲区管理也简单的多，全部“buffer"

只有定长8bytes，不想pipe那样可能有不定长的真正buffer。

实际上线程还可以使用条件变量condition来实现消息通信。

muduo采用的就是eventfd，来看一下它的函数：

#include <sys/eventfd.h>

int eventfd(unsigned int initval, int flags);


第一个参数是初始值，一般设置为0，后面是O_NONBLOCK之类的标志。
简单来说eventfd就是一个文件描述符，它引用了一个内核维护的eventfd object，是uint64_t类型，也就是8个字节，可以作为counter。支持read，write，以及有关epoll等操作。
该值不为0，read就可以读了。

关于eventfd更多内容参考我的博客：http://blog.youkuaiyun.com/freeelinux/article/details/53511331



二：EventLoop剖析

 EventLoop是整个muduo网络库的核心类，其重要性不言而喻。首先来看一下它的类图：


 


 



 图片来自：
 http://blog.youkuaiyun.com/KangRoger/article/details/47266785




 我们来看一下EventLoop的主要成员：


 typedef std::vector<Channel*> ChannelList;

  bool looping_; /* atomic */    //loop循环标志
  bool quit_; /* atomic and shared between threads, okay on x86, I guess. */   //是否退出标志
  bool eventHandling_; /* atomic */     //是否在处理事件标志
  bool callingPendingFunctors_; /* atomic */   //是否调用pendingFunctors标志
  int64_t iteration_;       //迭代器
  const pid_t threadId_;   //当前所属对象线程id
  Timestamp pollReturnTime_;    //时间戳，poll返回的时间戳
  boost::scoped_ptr<Poller> poller_;  //poller对象
  boost::scoped_ptr<TimerQueue> timerQueue_;    //TimerQueue类型对象指针，构造函数中new
  int wakeupFd_;     		//用于eventfd，线程间通信
  // unlike in TimerQueue, which is an internal class,
  // we don't expose Channel to client.
  boost::scoped_ptr<Channel> wakeupChannel_;   //wakeupfd所对应的通道，该通道会纳入到poller来管理
  boost::any context_;    //暂未剖析

  // scratch variables
  ChannelList activeChannels_;   //Poller返回的活动通道，vector<channel*>类型
  Channel* currentActiveChannel_;   //当前正在处理的活动通道

  MutexLock mutex_;
  std::vector<Functor> pendingFunctors_; // GuardedBy mutex_ //本线程或其它线程使用queueInLoop添加的任务，可能是I/O计算任务

然后下面是它的构造函数：

EventLoop::EventLoop()
  : looping_(false),  //表示还未循环
    quit_(false),
    eventHandling_(false),
    callingPendingFunctors_(false),
    iteration_(0),
    threadId_(CurrentThread::tid()),   //赋值真实id
    poller_(Poller::newDefaultPoller(this)),   //构造了一个实际的poller对象
    timerQueue_(new TimerQueue(this)),   //构造一个timerQueue指针，使用scope_ptr管理
    wakeupFd_(createEventfd()),   //创建eventfd作为线程间等待/通知机制
    wakeupChannel_(new Channel(this, wakeupFd_)),   //创建wakeupChannel通道，
    currentActiveChannel_(NULL)
{
  LOG_DEBUG << "EventLoop created " << this << " in thread " << threadId_;
  if (t_loopInThisThread)  //每个线程最多一个EventLoop对象，如果已经存在，使用LOG_FATAL终止abort它。
  {
    LOG_FATAL << "Another EventLoop " << t_loopInThisThread
              << " exists in this thread " << threadId_;
  }
  else
  {
    t_loopInThisThread = this; //this赋给线程局部数据指针，凭借这个这以保证per thread a EventLoop
  }

  //设定wakeupChannel的回调函数，即EventLoop自己的的handleRead函数
  wakeupChannel_->setReadCallback(
      boost::bind(&EventLoop::handleRead, this));
  // we are always reading the wakeupfd
  wakeupChannel_->enableReading();
}

构造函数中创建了一个wakeupFd以及wakeupChannel。之前我们说过Channel类的生命周期由TCPConnection，Acceptor类管理，唯有这个wakeupChannel类不同。这个类和

EventLoop类是组合关系，是EventLoop中的对象，所以它的生命周期由EventLoop负责。实际上，它就是EventLoop类中用来自己给自己通知的一个通道，它利用同是类成员的

wakeupFd_构造，负责提供线程间等待/通知机制。接下俩会具体说。

来看一下EventLoop类的核心函数loop()函数：

//事件循环，不能跨线程调用
//只能在创建该对象的线程中调用
void EventLoop::loop()
{
  assert(!looping_);
  assertInLoopThread();  //断言处于创建该对象的线程中
  looping_ = true;
  quit_ = false;  // FIXME: what if someone calls quit() before loop() ?
  LOG_TRACE << "EventLoop " << this << " start looping";

  while (!quit_)
  {
    activeChannels_.clear();  //首先清零
    pollReturnTime_ = poller_->poll(kPollTimeMs, &activeChannels_);  //调用poll返回活动的通道，有可能是唤醒返回的
    ++iteration_; 
    if (Logger::logLevel() <= Logger::TRACE)
    {
      printActiveChannels();  //日志登记，日志打印
    }
    // TODO sort channel by priority
    eventHandling_ = true;  //true
    for (ChannelList::iterator it = activeChannels_.begin();
        it != activeChannels_.end(); ++it)  //遍历通道来进行处理
    {
      currentActiveChannel_ = *it;
      currentActiveChannel_->handleEvent(pollReturnTime_);
    }
    currentActiveChannel_ = NULL;   //处理完了赋空
    eventHandling_ = false;  //false
 //I/O线程设计比较灵活，通过下面这个设计也能够进行计算任务，否则当I/O不是很繁忙的时候，这个I/O线程就一直处于阻塞状态。
 //我们需要让它也能执行一些计算任务 
    doPendingFunctors();   //处理用户回调任务
  }

  LOG_TRACE << "EventLoop " << this << " stop looping";
  looping_ = false;
}

wait函数中启用Poller开始wait，等待事件发生，也就是activeChannels_返回。返回后然后挨个处理发生的事件，调用每个返回的Channel的handle_event()函数。

我们来看一下，位于Channel.cc中：

//处理所有发生的事件，如果活着，底层调用handleEventWithGuard
void Channel::handleEvent(Timestamp receiveTime) //事件到来调用handleEvent处理
{
  boost::shared_ptr<void> guard;
  if (tied_)
  {
    guard = tie_.lock();
    if (guard)
    {
      handleEventWithGuard(receiveTime);
    }
  }
  else
  {
    handleEventWithGuard(receiveTime);
  }
}

这里使用了shared_ptr保证线程安全，保证不会调用一个已经销毁了的对象，如果活着（此处具体解释待更新），内部调用handleEventWithGuard()函数处理细节。

看一下这个函数：

//处理所有发生的事件
void Channel::handleEventWithGuard(Timestamp receiveTime)
{
  eventHandling_ = true;
  LOG_TRACE << reventsToString();
  if ((revents_ & POLLHUP) && !(revents_ & POLLIN))  //判断返回事件类型
  {
    if (logHup_)  //如果有POLLHUP事件，输出警告信息
    {
      LOG_WARN << "fd = " << fd_ << " Channel::handle_event() POLLHUP";
    }
    if (closeCallback_) closeCallback_(); //调用关闭回调函数
  }

  if (revents_ & POLLNVAL)  //不合法文件描述符，并没有终止，因为服务器程序要保证一天二十四小时工作。
  {
    LOG_WARN << "fd = " << fd_ << " Channel::handle_event() POLLNVAL";
  }

  if (revents_ & (POLLERR | POLLNVAL))
  {
    if (errorCallback_) errorCallback_();
  }
  if (revents_ & (POLLIN | POLLPRI | POLLRDHUP)) //POLLRDHUP是对端关闭连接事件，如shutdown等
  {
    if (readCallback_) readCallback_(receiveTime);
  }
  if (revents_ & POLLOUT)
  {
    if (writeCallback_) writeCallback_();
  }
  eventHandling_ = false;  //处理完了=false
}

没错，它实际上就是用来处理fd相应的事件，执行相应回调函数的。这些函数我们在fd注册的时候同时注册过，现在事件发生了，就执行相应的回调就行了。

到目前为止，实际上EventLoop完成了它的主要功能了。主要功能就是使用epoll等待事件，事件发生处理事件，然后回去再进行epoll_wait()就可以了，基本功能就是这样。

不过还是要继续往下看，EventLoop还有它额外的功能，此时再回到loop()函数，它会执行到最后一句，是一个函数调用：

  doPendingFunctors();   //

这个函数是用来干什么的呢？其实他是用来让I/O线程执行额外的计算任务的，因为如果没有事件发生，I/O线程会一直处于I/O空闲状态，这个时候我们可以利用I/O线程来执行一些额外的任务。先说一下大概流程:

假设我们有这样的调用：loop->runInLoop(run)，说明想让IO线程执行一定的计算任务，此时若是在当前的IO线程，就马上执行run()；如果是其他线程调用的，那么就执行

queueInLoop(run),将run异步添加到队列，当loop内处理完事件后，就执行doPendingFunctors()，也就执行到了run()；最后想要结束线程的话，执行quit。

我们在看doPendingFunctors()函数之前先来看一下runInLoop()函数：

//顾名思义，在I/O线程中调用某个函数，该函数可以跨线程调用
void EventLoop::runInLoop(const Functor& cb)
{
  //如果是在当前I/O线程中调用，就同步调用cb回调函数
  if (isInLoopThread())
  {
    cb();
  }
  else
  {
  	//否则在其他线程中调用，就异步将cb添加到任务队列当中，以便让EventLoop真实对应的I/O线程执行这个回调函数
    queueInLoop(cb);
  }
}

实际上就是如果是I/O线程主动调用该函数想要执行，那就同步执行该函数。如果是其他线程施加给I/O线程的任务，那么其他线程就需要把回调函数加入I/O线程的队列，等待异步执行。

下面是queueInLoop()函数：

//将任务添加到队列当中，队就是成员pendingFunctors_数组容器
void EventLoop::queueInLoop(const Functor& cb)
{
  {
  MutexLockGuard lock(mutex_);
  pendingFunctors_.push_back(cb);   //添加到任务队列当中
  }
  //如果当前调用queueInLoop调用不是I/O线程，那么唤醒该I/O线程，以便I/O线程及时处理。
  //或者调用的线程是当前I/O线程，并且此时调用pendingfunctor，需要唤醒
  //只有当前I/O线程的事件回调中调用queueInLoop才不需要唤醒
  if (!isInLoopThread() || callingPendingFunctors_)  
  {
    wakeup();
  }
}

加入要执行的事件到队列中后，我们当然希望I/O线程立刻执行该任务，所以立刻调用wakeup函数，唤醒I/O线程，具体实现是这样的：

//唤醒EventLoop
void EventLoop::wakeup()    
{
  uint64_t one = 1;                                                           
  ssize_t n = sockets::write(wakeupFd_, &one, sizeof one);  //随便写点数据进去就唤醒了
  if (n != sizeof one)
  {
    LOG_ERROR << "EventLoop::wakeup() writes " << n << " bytes instead of 8";
  }
}

一看调用了write，且文件描述符为wakeupFd_，我们就知道这是往我们之前的eventfd写一点数据，实现等待/通知，去触发该fd可读。

我们再回头看一下EventLoop的构造函数，有这么两句：

//设定wakeupChannel的回调函数，即EventLoop的handleRead函数
  wakeupChannel_->setReadCallback(
      boost::bind(&EventLoop::handleRead, this));
  // we are always reading the wakeupfd
  wakeupChannel_->enableReading();

这几句可以说是合成了一个eventfd的通道Channel。所以会把它注册如Poller关注的事件里面。结果我找了几分钟没找到（这里有点遗憾，我之前框架都剖析过几次了，这过了一天就忘了），实际上它的这样注册进去的：

它调用Channel的成员函数enableReading()函数：

 void enableReading() { events_ |= kReadEvent; update(); }   //或上事件，就是关注可读事件，注册到EventLoop，通过它注册到Poller中

然后底层实际上是这样子：

void Channel::update()   //更新事件类型
{
  addedToLoop_ = true;
  loop_->updateChannel(this);  //调用loop的，loop再调用poll的注册pollfd
}

下面就不分析了，无非就是注册进epoll事件当中。

所以上面调用了write向eventfd写入几个字节后，EventLoop中poll会返回，然后开始进行事件处理，这次事件是wakeupFd产生的事件，loop()中这样执行：

    currentActiveChannel_ = *it;
      currentActiveChannel_->handleEvent(pollReturnTime_);

实际上调用的就是构造函数中注册的EventLoop::headleRead函数：

//实际上是wakeFd_的读回调函数
void EventLoop::handleRead()
{
  uint64_t one = 1;
  ssize_t n = sockets::read(wakeupFd_, &one, sizeof one);
  if (n != sizeof one)
  {
    LOG_ERROR << "EventLoop::handleRead() reads " << n << " bytes instead of 8";
  }
}

我们看到它从wakeupFd读取了值之后并未处理，因为我们只是把wakeupFd实际上是eventfd作为等待/通知机制实现，这里是为了当我们向EventLoop的queue中也就是

pendingFunctors_这个容器数组加入任务时，通过eventfd通知I/O线程从poll状态退出来执行I/O计算任务。

执行完eventfd的handleRead接下来就是loop()函数中处理任务函数了，就是最后一句：

doPendingFunctors();   //处理用户回调任务

看下它的实现：

// 1. 不是简单的在临界区内依次调用functor，而是把回调列表swap到functors中，这一方面减小了
//临界区的长度，意味着不会阻塞其他线程的queueInLoop()，另一方面也避免了死锁(因为Functor可能再次调用quueInLoop)
// 2. 由于doPendingFunctors()调用的Functor可能再次调用queueInLoop(cb)，这是queueInLoop()就必须wakeup(),否则新增的cb可能就不能及时调用了
// 3. muduo没有反复执行doPendingFunctors()直到pendingFunctors为空，这是有意的，否则I/O线程可能陷入死循环，无法处理I/O事件
void EventLoop::doPendingFunctors()
{
  std::vector<Functor> functors;
  callingPendingFunctors_ = true;

  //注意这里的临界区，这里使用了一个栈上变量functors和pendingFunctors交换
  {
  MutexLockGuard lock(mutex_);
  functors.swap(pendingFunctors_); //把它和空vector交换
  }

	//此处其它线程就可以往pendingFunctors添加任务

  //调用回调任务
  //这一部分不用临界区保护
  for (size_t i = 0; i < functors.size(); ++i)
  {
    functors[i]();
  }
  callingPendingFunctors_ = false;
}

它为了防止死锁与兼备高效性所采取的措施注释中已经解释过了，此刻I/O线程就可以顺利的执行这么些任务了。