c++项目网络聊天服务器实现；QPS测试

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/JK01WYX/article/details/146803507

源码 https://github.com/DBWGLX/SZU_system_programming

技术设计

编码

JSON的替换

JSON 不提供强类型，必须手动检查字段类型。而Protobuf 反序列化时，会自动检查字段类型。

JSON编程时，每个 k 的设置解析都得检查。
json_t *response = json_object(); 对象创建，最后还要释放。

Protobuf

已结合 K-L-V

官方编码文档学习 https://blog.youkuaiyun.com/JK01WYX/article/details/146919585?spm=1001.2014.3001.5501

网络

线程池更高效率

网络字节序的考虑

htol

send可能无法一次性发送全部数据！

EPOLLHUP , EPOLLERR 的正确处理

直接看 events 部分：https://blog.youkuaiyun.com/JK01WYX/article/details/132699613

IO

数据库操作的更高性能

数据库查询需要时间，可以不去等其操作完

开发日志

2025.3

项目搭好，跑了下，感觉一点问题没有。

a.粘包问题

压测下，注册5W个用户：！json解析错误，粘包了！json是一起解析的，毕竟找 {} 即可。

和同学交流后得知，json报文不是很好的选择，启动protobuf

2025.4

protobuf + KLV 启动

b.多个线程同时读取同一个文件描述符问题

任务队列recv 出问题

接着注册5w个用户

我用一个客户端发起5w份注册请求 —— 只注册了前5个

epoll 收到 IO 只放到任务队列，那同一个socket文件描述符就可能被多个线程同时读取，这是错误的

可以分离接收数据和数据处理，后期接收数据用协程和高性能的io_uring

第一次批量注册成功1W用户

通过减慢发送速度，提升缓冲区 net.core.rmem_max，维护 recv接收完整（服务器这边是一个线程再处理）

用时 2m40s (第一个创建时间和最后一个创建时间之差)

在这里插入图片描述

用的默认 net rmem 缓冲区大小

wyx@ubuntu:~/work/SZU_system_programming/ChatServer$ sysctl net.core.rmem_max
net.core.rmem_max = 212992
wyx@ubuntu:~/work/SZU_system_programming/ChatServer$ sysctl net.core.rmem_default
net.core.rmem_default = 212992

不限制发送方发送速度，程序正常运行

2m18s
在这里插入图片描述

提升 net.core.rmem_max 为 16MB，速度提升至 52s

sudo sysctl -w net.core.rmem_max=16777216
sudo sysctl -w net.core.rmem_default=8388608

在这里插入图片描述

【500qps】

现在分出4个客户端，并行请求：（此时服务器4个线程并行处理）

18s => 1e4 / 18 = 555 queries per second！
在这里插入图片描述
（插入时分配主键，根据主键id排序的）

c.数据库连接池没必要问题

【700qps】

数据库连接池的思想是不用频繁创建释放数据库连接。然而多线程从连接池中取连接，也会出现竞态条件
我这里4核4任务线程，不算多，可以给每个线程分配一个连接

14s => 1w注册请求： 1e4 ➗ 14 = 714 qps !
在这里插入图片描述

（top）运行时占用：
在这里插入图片描述

客户端发送第一个前的时间：
在这里插入图片描述
服务器同一时刻收到注册请求：

d. 高并发均匀处理问题 [ EPOLLONESHOT ]

在 epoll 的边缘触发（Edge Triggered，ET）模式下结合 EPOLLONESHOT 使用时，一个 socket 文件描述符在加入 epoll 实例前收到消息，加入后仍可以收到这次 IO 事件

连接一直连接断开前，recv可以一直阻塞，导致任务线程阻塞，服务器没法处理其他请求了。

所以应设置超时，或者就按任务队列顺序处理。

但是！按照任务队列顺序处理，之前补丁加的set 有漏洞，可能会忽视一些边缘驱动，应使用 EPOLLONESHOT

19s => 1e4 / 19 = 526 qps
在这里插入图片描述

接着就可以写 io_uring 啦！

1万个套接字分别发送测试

用时 18s ：555qps
证明该服务器处理大量连接请求基本没有问题~
在这里插入图片描述

细节：

正是不同的连接，尽管客户端是按顺序发送，服务器处理顺序却有所不同：

在这里插入图片描述

测试客户端是 for循环创建1w个套接字，然后 for循环发送 1w个注册请求的。
创建套接字用时4s：

在这里插入图片描述

不过 connect 并不是同时到达，服务器这边是先接收了6000+后，就开始接收注册请求了：

e. 10000连接，服务器先接收了6300+

可能是服务器的 accept() 处理速度无法跟上客户端的连接建立速率

在这里插入图片描述
开始处理：

最后到达的连接：

在这里插入图片描述

这说明了 阻塞 connect() ≠ 等服务器处理完 ！

这和网络协议栈 + 内核调度 + 服务端处理模型有关。内核在连接，而服务器层只是处理~

最大连接数？

在这里插入图片描述
16000+

限制因素：

每个进程最大文件描述符数目
socket数量限制
cat /proc/sys/fs/file-max
cat /proc/sys/net/core/somaxconn
cat /proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range
端口耗尽 (28K个)

解决方法：

# 临时提升当前会话文件描述符数目限制
ulimit -n 1000000

# 设置允许的最大文件数
sysctl -w fs.file-max=2097152

# 设置 backlog 队列长度
sysctl -w net.core.somaxconn=65535

# 设置临时端口范围（默认通常是 32768-60999）
sysctl -w net.ipv4.ip_local_port_range="1024 65535"

多进程/多机压测