三、Linux C/C++ 基于epoll的反应堆模式(reactor)

本文详细介绍了Reactor模式,包括其定义、主要角色(如Handle、EventHandler和Dispatcher等)以及在代码中的应用,通过epoll机制实现网络连接的异步处理。

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1、Reactor模式的定义

Reactor反应堆模式,也叫做分发者模式,也叫做通知者模式。它是一种设计模式,将就绪事件派发给对应服务器处理程序。按事件分类处理。

2、Reactor模式中的主要角色

在Reactor模式当中有几个关键的参与者,下面我们来看看他们分别是什么?

  • Handle(句柄):由操作系统提供用来标识每个事件如Socket描述符、文件描述符等通常是用整数来标识。
  • EventHandler(事件处理器):由一个或者多个回调函数组成,这些回调方法用来处理对应的事件
  • Dispatcher(派发器):当事件就绪时派发器分配任务给对应的事件处理器
  • ConcreteEvent:事件处理器中的各个回调方法的具体实现
  • SychronousEvent Demultiplexer(同步事件分离器):本质是系统调用,在Linux当中是指多路IO复用比如说:select、poll、epoll等。

3、代码实现

#include <iostream>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <string.h>
#include <sys/poll.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/epoll.h>

using namespace std;

#define BUFFER_LEN 1024
#define CLIENT_MAX_COUNT 2048
typedef int (*EPOLL_CALLBACK)(int fd);
struct CONNECT_ITEM {
	char rBuffer[BUFFER_LEN] = {0};
	int rLen = 0;
	char wBuffer[BUFFER_LEN] = {0};
	int wLen = 0;

	union {
		EPOLL_CALLBACK accept_callback = nullptr;
		EPOLL_CALLBACK recv_callback;
	}recv_t;
	EPOLL_CALLBACK send_callback = nullptr;
}connect_item[CLIENT_MAX_COUNT];

int epfd = 0;

enum _EPOLL_CTRL{
	ADD,
	MOD
};

void setEvent(int fd, EPOLL_EVENTS events, _EPOLL_CTRL ctrl) {
	epoll_event ev;
	ev.events = events; //默认水平触发(LT),有(数据)事件就会一直触发,知道全部处理完
	/*
		EPOLLET为边沿触发(ET),当有事件发生时只触发一次,
		比如来数据了,如果一次没有读完,不会再触发了,所以必须全部读完,在进行下一次epoll_wait
	*/
	//ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;
	ev.data.fd = fd;
	epoll_ctl(epfd, ctrl == ADD ? EPOLL_CTL_ADD : EPOLL_CTL_MOD, fd, &ev);
}

int recv_cb(int fd) {
	char* buffer = connect_item[fd].rBuffer;
	int index = connect_item[fd].rLen;

	int count = recv(fd, buffer + index, BUFFER_LEN - index, 0);
	
	if (count == 0) {
		printf("disconnect: %d\n", fd);

		epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, fd, NULL);		
		close(fd);
		
		return count;
	}else if (count < 0) {
		printf("error\n");

		return count;
	}

	connect_item[fd].rLen += count; //这里的rLen可能会超出buffer的大小,这里就不做处理了
	printf("RECV===>>> clientfd: %d, count: %d, buffer: %s\n", fd, count, buffer);

	//改变该文件描述符的事件类型为EPOLLOUT
	setEvent(fd, EPOLLOUT, MOD);

	//发送buffer赋值
	memcpy(connect_item[fd].wBuffer, connect_item[fd].rBuffer, connect_item[fd].rLen);
	connect_item[fd].wLen = connect_item[fd].rLen;

	return count;
}

int send_cb(int fd) {
	char* buffer = connect_item[fd].wBuffer;
	int index = connect_item[fd].wLen;
	
	int count = send(fd, buffer, connect_item[fd].wLen, 0);

	//改变该文件描述符的事件类型为EPOLLIN
	setEvent(fd, EPOLLIN, MOD);

	return count;
}

int accept_cb(int fd) {
	struct sockaddr_in clientaddr;
	socklen_t len = sizeof(clientaddr);
	
	int clientfd = accept(fd, (struct sockaddr*)&clientaddr, &len);

	setEvent(clientfd, EPOLLIN, ADD);

	memset(connect_item[clientfd].rBuffer, 0, sizeof(connect_item[clientfd].rBuffer));
	connect_item[clientfd].rLen = 0;
	memset(connect_item[clientfd].wBuffer, 0, sizeof(connect_item[clientfd].wBuffer));
	connect_item[clientfd].wLen = 0;
	connect_item[clientfd].recv_t.recv_callback = recv_cb;
	connect_item[clientfd].send_callback = send_cb;
	
	printf("ACCEPT===>>> clientfd:%d\n", clientfd);

	return clientfd;
}

int main() {
    int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    sockaddr_in serverAddr;
    memset(&serverAddr, 0, sizeof(serverAddr));
    serverAddr.sin_family = AF_INET;
    serverAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    serverAddr.sin_port = htons(2048);
    bind(listenfd, (sockaddr*)&serverAddr, sizeof(serverAddr));

    listen(listenfd, 10);

    epfd = epoll_create(1); // int size

	connect_item[listenfd].recv_t.accept_callback = accept_cb;
	setEvent(listenfd, EPOLLIN, ADD);

	struct epoll_event events[1024] = {0};
	while (1) {
		int nready = epoll_wait(epfd, events, 1024, -1);

		for (int i = 0; i < nready; i++) {
			int connfd = events[i].data.fd;
		    if (events[i].events & EPOLLIN) {
				int count = connect_item[connfd].recv_t.recv_callback(connfd);
			}else if (events[i].events & EPOLLOUT) {
				connect_item[connfd].send_callback(connfd);
			}
		}
	}

    close(listenfd);
    return 0;
}
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