Linux应用框架cpp-tbox之事件驱动EventLoop

码农练功房

已于 2024-10-14 13:18:22 修改

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分类专栏： cpp-tbox 文章标签： linux 运维服务器

于 2024-10-10 11:20:19 首次发布

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cpp-tbox项目链接 https://gitee.com/cpp-master/cpp-tbox

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什么是Reactor模式

Reactor模式是一种事件驱动的设计模式，广泛应用于异步I/O处理，特别是在需要高效处理大量并发连接的服务器程序中，如Web服务器、数据库服务器、即时通讯软件等。

Reactor模式的核心组件是一个事件循环(EventLoop)线程，它负责监听、分发并处理来自I/O源的事件。

cpp-tbox采用的也是Reactor模式，为了便于我们理解什么是Reactor模式，库作者给出过一个贴近生活的例子：

Reactor线程就像是一个银行的办事柜台。如果遇到很轻松就能完成的事务，比如查询余额，柜台工作人员就立即处理了。

如果遇到的是比较繁重的工作，比如大额的取款，柜台工作人员便令后面的工作人员进行操作，让顾客在休息区等待。

柜台工作人员则继续接待其它的顾客。

等后面的工作人员取出了大金额的现金后，柜台工作人员呼叫取钱的顾客，并将现金给到该顾客。

这个过程中，柜台工作人员就是Reactor线程，后面的工作人员就是线程池的工作线程。

查询余额则是非阻塞性任务，取大额现金则是阻塞性的任务。

在 tbox.main 框架编程中，一切都是基于事件驱动的。具体操作就是：向Reactor注册某个事件的回调函数。当该事件发生了，Reactor就会回调之前注册的函数。这种模型对注册的回调函数有三个基本的要求：不要阻塞！不要阻塞！不要阻塞！。

Reactor模式关键组件

以下是基于Reactor模式EventLoop编程的基本组成部分：

事件分离器(Event Demultiplexer): 在大多数Unix-like系统中，可以是select、poll、epoll或kqueue等IO多路复用机制。它的作用是监控多个I/O事件源（如文件描述符），并告知哪些是就绪的（可读、可写或异常）。
事件处理器(Event Handler): 一个或多个处理器，负责具体的事件处理逻辑。每个事件（如新连接请求、数据可读取、数据写入完成）都有对应的处理器。
事件循环(Event Loop): 核心组件，不断地执行以下循环：

调用事件分离器等待就绪事件；

分发就绪事件给相应的事件处理器；

执行处理器中的回调函数或任务；

重复上述过程。

同步队列(Synchronization Queue): 可选组件，用于存放待处理的任务或事件，帮助管理并发和同步。

整体结构图

下图是cpp-tbox中EventLoop的代码模型：
请添加图片描述
其中Loop对象的创建、释放，由ContexImp对象负责管理。
Loop是一个抽象接口，用于屏蔽不同IO多路复用机制，CommonLoop则是对公共代码进行了提取，EpollLoop是对epoll的封装。
FdEvent封装了文件描述符，用于处理IO事件；SignalEvent和TimerEvent则分别对信号、定时器进行了封装。
这三类事件对象都由Loop提供对象创建接口，但是他们的生命周期由上层来管理。这三类事件先按下不表，我们此次着重Loop的设计。

runLoop

runLoop所在的线程也叫做IO线程，主要用来监控多个I/O事件源。

// cpp-tbox\modules\event\engines\epoll\loop.cpp
void EpollLoop::runLoop(Mode mode)
{
   
   
    if (epoll_fd_ < 0)
        return;
    std::vector<struct epoll_event> events;
    events.resize(max_loop_entries_);
    
    runThisBeforeLoop();
    keep_running_ = (mode == Loop::Mode::kForever);
    do {
   
   
        int fds = epoll_wait(epoll_fd_, events.data(), events.size(), getWaitTime());

        beginLoopProcess();

        handleExpiredTimers();  // 处理定时器事件

        for (int i = 0; i < fds; ++i) {
   
   
            epoll_event