Linux 多线程服务端编程读书笔记(八)

Linux 多线程服务端编程读书笔记(八)

第八章 muduo 网络库设计与实现

​ 这一章从0开始实现一个类似muduo的基于Reactor模式的C++网络库

1、 Evenloop类

1. one loop per thread 顾名思义每个线程都只能有一个Evenloop对象。故构造之前要检查当前线程是否已经创建
2. 其构造函数会记住本对象所属的线程，创建了Evenloop对象的线程时IO线程，主要功能是运行事件循环
3. 除此之外，该类还拥有一个Poller类对象和一个ChannelList对象(用于保存Poller对象返回的所有的活跃fd)。

2、Channel class类

1. 每一个Channel对象自始至终只属于一个EvenLoop，因此每个Channel对象都只属于某一个IO线程
2. 每个Channel对象自始至终只负责一个文件描述符（fd）的IO事件分发，但不拥有这个fd，也不会再析构的时候关闭这个fd.
3. Channel会把不同的IO事件分发为不同的回调，例如ReadCallback、WriteCallback等
4. Channel的成员函数都只能在IO线程调用，因此更新数据都不需要加锁

3 、 Poller class

1. Poller class 是IO多路复用的封装，同时支持poll（2）和epoll（4）两种多路复用机制
2. Poller 是EvenLoop的间接成员，只供其owner EvenLoop在IO线程中调用，因此无需加锁。其生命期与EvenLoop相等。
3. Poller并不拥有Channel,Channel在析构之前必须自己unregister(EventLoop::removeChannel（）），避免空悬指针

4、TimerQueue定时器

​ 传统的Reactor通过控制select(2)和poll(2)的等待时间来实现定时，而现在在Linux中有了timerfd,我们可以处理IO事件相同的方式来处理定时,代码的一直性要求的更好

1. muduo的定时器功能由三个class实现，TimeId、Timer、TimeQueue。用户只能看到第一个class,另外两个都是内部实现的细节
2. 使用的数据结构是std::set
3. TimerQueue使用了一个Channel来观察timerfd_上的readable事件

5、 EventLoop::runInLoop()函数

1. EvenLoop在它的IO线程内执行某个用户任务回调即runInLoop(),如果用户在当前IO线程调用这个函数，回调会同步进行；如果用户在其他线程调用该函数，回调函数cb会加入到队列，IO线程会被唤醒来调用这个Functor

   void EventLoop::runInLoop(const Functor& cb)
   {
     if (isInLoopThread())
     {
       cb();
     }
     else
     {
       queueInLoop(cb);
     }
   }
   

   有了这个功能，我们就能够轻易地在线程间调配任务，比方说吧TimerQueue的成员函数调用移动到IO线程，这样可以在不用锁的情况下保证线程安全性

2. IO线程平时阻塞到事件循环EvenLoop::loop()的poll(2)调用中，为了让IO线程立刻唤醒它，传统的方法是使用pipe(2),IO线程始终监视此管道的可读事件，需要唤醒的时候，其他线程网管道里写一个字节。** 现在的Linux有了eventfd(2),可以更加高效的唤醒，因为不必管理缓冲区

3. EventLoopThread class

   1. 一个线程可以有不止一个IO线程，可以按照优先级将不同的Socket分给不同的IO线程，避免优先级反转，为了方便将来使用故定义了此类

   2. EventLoopThread 会启动自己的线程，并在其中运行EventLoop::loop();

      ventLoop* EventLoopThread::startLoop()
      {
        assert(!thread_.started());
        thread_.start();
      
        {
          MutexLockGuard lock(mutex_);
          while (loop_ == NULL)
          {
            cond_.wait();
          }
        }
      
        return loop_;
      }
      
      void EventLoopThread::threadFunc()
      {
        EventLoop loop;
      
        {
          MutexLockGuard lock(mutex_);
          loop_ = &loop;
          cond_.notify();
        }
      
        loop.loop();
        //assert(exiting_);
      }
      

6 、实现TCP网络库

本节开始，逐步实现一个非阻塞TCP网络库

1. Acceptor class

   用于accept(2)新TCP连接，并通过回调通知使用者，是内部类，供TcpServer使用，声明周期由后者控制。

2. TcpServer class

   • 它的功能是管理accept(2)获得的TcpConnection。Tcpserver是供用户直接使用的，生命周期由用户控制用户只需要设置好callback，调用start()即可
   • TcpServer内部使用Acceptor来获得新连接的fd。它保存用户提供的Connection callback和MessageCallBack。
   • 每个TcpConnection对象都有一个名字，这个名字是由其所属的TcpServer在创建TcpConnection对象时生成的，名字是ConnectionMap的key

3. TcpConnecttion class

   该类时muduo里面最复杂，最核心的class

   • 是muduo里面唯一默认使用shared_ptr来管理的class,也是唯一继承enable_shared_from_this的class
   • muduo里面只有一种关闭连接的方式，被动关闭，即对方先关闭连接，本地read(2)返回0，触发关闭逻辑

7 、Epoll

1. epoll(4)是Linux独有的高效的IO多路复用机制，与poll的不同之处在于poll每次返回整个文件的描述符数组，用户代码需要遍历数组以找到哪些文件描述符上面有IO事件，而epoll_wait返回的是活动的fd的列表，需要遍历的数组通常会小很多
2. 在并发连接数大而活动连接比例不高时候，epoll(4)比poll(2)更加高效

注意： 本部分主要设计到网络库的开发过程，具体需结合课本与源码结合起来看