Asio源码分析（1）：概述

Asio源码分析（1）：概述

Asio是一个跨平台的C++网络库，目前它的一部分已经成为了C++ Networking TS（C++ Technical specifications），并有望加入到C++23。从Asio将并入标准库这一点来看，它应该是一个不错的网络库，有一定的学习价值。

这是Asio源码分析系类文章的第一篇，这个系列要解决的问题主要有：

• Asio的源码用到了哪些C++技巧，做了哪些优化？
• 在Linux下，Asio是如何通过epoll来实现Proactor模式的？
• 在Linux下，Asio是如何实现并发的？
• Asio的异步模型是如何与C++20协程结合的？

该系列使用的Asio版本为1.18.2。通过对Asio源码的阅读，可以感受到作者C++编码水平的高超，整个库提供了很多定制点（Customization points）。

Proactor和Reactor设计模式

Asio的异步支持基于Proactor设计模式。首先，我们简单对比一下Reactor模式和Asio的Proactor模式有什么不同。

当前普遍存在的网络库很多都是Reactor设计模式，例如libevent、muduo。而Asio是Proactor模式。Asio的Proactor模式会导致编写的代码很奇怪，它会将程序的业务逻辑分散在各个回调函数之中，提高了编码的复杂度，相对不如Reactor模式清晰（其实Asio也支持Reactor-style的编码方式）。例如使用Asio实现一个tcp echo server。但Proactor可以很轻易地与协程相结合，让我们可以编写和goroutine一样简洁的代码。

从UNIX网络编程中定义的5中I/O模型来看，Proactor模式类似于异步I/O，而Reactor模式类似于I/O多路复用。

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Reactor模式的实现方式基本为I/O多路复用，其中的select、poll或epoll就是一个Reactor。

• 以读操作为例，Reactor模式的大致流程为：用户注册一个读回调函数，程序阻塞在Reactor上，每当有读操作可用时便调用该回调函数（一些网络库还会管理缓冲，在执行完读操作后才调用回调函数）。一般读回调函数不需要重复注册，只需注册一次即可。
• 而进行写操作时，一般会由网络库负责完整地将数据发出，用户只需要调用对应的函数然后直接返回即可。

Reactor模式在用户的角度来看，程序阻塞于Reactor，等待读操作可用，而写操作立即返回。

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而Proactor模式与Reactor模式的流程有一些不同。

• 以读操作为例，Proactor模式有一个Initiator用于发起一次异步读操作，其中指定一个回调函数，然后立即返回。当读操作可用并执行完读操作之后，调用Initiator指定的回调函数。
• 写操作与读操作类似，只是将发起一次读操作换成发起一次异步写操作而已。

Proactor模式在用户的角度来看，读写操作都立即返回。

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Asio的Proactor模式的典型代码大致如下（忽略错误处理和tcp消息边界相关问题） ：

#include <iostream>

#include "asio.hpp"

char read_buf[4096];