muduo網絡庫架構總結

目錄

• muduo網絡庫簡介
• muduo網絡庫模塊組成
  • Recator反應器
  • EventLoop的兩個組件
    • TimerQueue定時器
    • Eventfd
  • Connector和Acceptor鏈接器和監聽器
    • Acceptor
    • Connector
  • TcpConnection
  • TcpServer和TcpClient
• muduo中的線程安全日誌
  • AsyncLogging異步日誌

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本篇結束muduo網絡庫部分學習的筆記，總結一下muduo網絡庫的模塊組成，同時會提供筆記中個模塊的實現代碼，這些模塊代碼單獨抽出同時去除了muduo中對boost的依賴，改用c++11中的組件或者用單獨的類替換，會使得muduo的各個組件會更爲簡潔易學。
基於C++11的muduo ：https://github.com/BethlyRoseDaisley/SimpleMuduo 代碼可能還有些bug和不完善的地方，簡單使用和學習的話徹底夠用，也可自行完善。

muduo網絡庫簡介

muduo是一個高質量的事件驅動型的網絡庫，其核心代碼不超過4500行，使用的non-blocking IO(IO multiplexing)+ one loop per
thread模型。此模型每一個IO線程裏面只有一個事件循環(即一個Reactor)，處理讀寫和定時事件，激活的事件經過回調方式提供用戶處理業務邏輯。
在linux下的話，能夠把事件當作一個文件描述符，換句話也就是說一個file descriptor只能由一個線程讀寫。
一個線程最多隻有一個EventLoop，而EventLoop中的循環便是在不停的監視這些描述符，當描述符可讀或可寫的時候，經過回調函數提供給用戶處理。
這樣咱們能夠很方便地把不一樣的socket套接字的描述符放到不一樣的線程去， 也能夠把一些socket放到一個線程裏，這樣這些socket就是線程安全的，由於始終只有EventLoo所在線程在讀寫它們，極大的下降了咱們的編程複雜性。

使用起來的話，它對外看上去應該這個樣子，EventLoop一直處在事件循環中，經過IO複用機制select/poll/epoll回調激活的事件。

muduo網絡庫模塊組成

muduo的組件大體可劃分爲 5個部分， Reactor、TimerQueue和Eventfd、Acceptor和Connector、TcpConnection、TcpServer和TcpClient。
muduo網絡部分的簡化類圖

若是隻注重服務端的話，能夠TcpClient省去，Poller在muduo中是個純虛基類，如今用poll(2)具體化它，省略它們後的結構應該是這樣的。
EventLoop和Poller及Channel組成Reactor部分、Acceptor做爲TcpServer的監聽器、TcpConnection負責處理socket的讀寫等事件、而TcpServer處理TcpConnection讀寫完成後的回調事件。

Recator反應器

Reactor由三部分組成，EventLoop、Poller、Channel.
EventLoop即IO線程中的事件循環.它能確保全部註冊的事件都在EventLoop對象所在的線程中執行，不用考慮事件的併發。它是線程安全的，且容許其餘線程往EventLoop裏面塞東西。

Poller 是IO multiplexing的封裝，它是EventLoop的組成，與EventLoop的生命期至關，爲EventLoop提供poll()方法。

Channel 每一個Channel對象自始至終只負責一個文件描述符（fd） 的IO事件分發，但它不擁有這個fd，也不會在析構的時候關閉這個fd。每一個Channel對象自始至終只屬於一個EventLoop，所以每一個Channel對象都只屬於某一個IO線程。 Channel會把不一樣的IO事件分發爲不一樣的回調， 例如ReadCallback、 WriteCallback等

Reactor的實現筆記 muduo學習筆記(二)Reactor關鍵結構
Reactor部分實現源碼及簡單測試 : https://github.com/BethlyRoseDaisley/SimpleMuduo/tree/master/Reactor
Reactor的時序圖 :

EventLoop的兩個組件

TimerQueue定時器

TimerQueue 並未在類圖中單獨給出，它是EventLoop的組件，爲EventLoop提供了定時任務，和週期任務的接口。經過註冊一個Timerfd到Poller實現.

TimerQueue的實現筆記 muduo網絡庫學習筆記(三)TimerQueue定時器隊列
TimerQueue實現部分源碼及簡單測試 : https://github.com/BethlyRoseDaisley/SimpleMuduo/tree/master/TimerQueue

Eventfd

Eventfd 這個就是其餘線程能往EventLoop線程裏面塞任務的實現核心，它是 一個事件文件描述符fd，EventLoop經過將它註冊到Poller，當其餘線程往EventLoop裏面塞任務的時候，先將任務存儲在EventLoop的容器中，而後激活Eventfd，處理容器中存儲的任務，固然賽任務須要一把鎖來保護。

Eventfd的實現筆記 muduo網絡庫學習筆記(四) 經過eventfd實現的事件通知機制

Connector和Acceptor鏈接器和監聽器

Acceptor

Acceptor它是服務端TcpServer類的主要組件，封裝服務端的鏈接監聽部分，在非阻塞網絡編程中，accept的描述符可讀，代表有新的鏈接上來，鏈接創建後經過回調告知用戶有新的鏈接上來。

Acceptor的筆記 muduo網絡庫學習筆記(五) 連接器Connector與監聽器Acceptor
Acceptor實現部分源碼及簡單測試 : https://github.com/BethlyRoseDaisley/SimpleMuduo/tree/master/Acceptor
Acceptor的時序圖 :

Connector

在非阻塞網絡編程中，發起鏈接的基本方式是調用connect(2)，當socket變得可寫時代表鏈接創建完畢，可是其中要處理各類類型的錯誤，muduo中把它封裝爲Connector class.
Connector 和 Acceptor 設計思路基本一致，只是Acceptor經過判斷套接字是否可讀來執行回調，而Connector是判斷套接字是否可寫來執行回調，可是要注意的是socket可寫不必定就是鏈接創建好了 ， 當鏈接創建出錯時，套接口描述符變成既可讀又可寫，這時咱們能夠經過調用getsockopt來獲得套接口上待處理的錯誤(SO_ERROR)，若是錯誤是0表示鏈接成功。

Connector的筆記 muduo網絡庫學習筆記(五) 連接器Connector與監聽器Acceptor
Connector實現部分源碼及簡單測試 : https://github.com/BethlyRoseDaisley/SimpleMuduo/tree/master/Connector
Connector的時序圖 :

TcpConnection

Buffer muduo中的buffer經過vector和一個棧上空間實現，動態可調，其結構很精妙，感興趣的話建議直接閱讀陳碩Buffer部分設計的文章. 這個buffer主要作爲TcpConnection的組件。
Socket 封裝一個套接字，管理了這個套接字描述符的生命期，是TcpConnection的組件，TcpConnection 經過這個套接字描述符註冊讀寫事件，SocketHelp一個純接口文件，封裝了Socket的操做接口。
TcpConnection 封裝一條Tcp鏈接， 處理這條鏈接中的讀寫及錯誤，鏈接關閉等事件，這些事件會在TcpConnection的內部先進行處理，而後經過回調函數將TcpConnection緩衝的Buffer提供給用戶處理。

TcpServer和TcpClient

Tcpserver 主要使用組件Acceptor，有新的鏈接到來時會new一個TcpConnection保存在ConnectionMaps(TcpConnection共享指針的一張映射表)中，經過建立時註冊的名字索引管理全部的鏈接；有數據可讀時經過MessgeCallBack回調提供用戶使用。
TcpClient 主要組件Connector， 它的實現與TcpServer類似，只不過每一個TcpClient只管理一個TcpConnection。

Reactor部分和EventLoop的組件理解後，TcpConnection和TcpServer部分就很好看懂了，因此也沒有單獨寫新的文章。
TcpServer實現部分源碼及簡單測試 : https://github.com/BethlyRoseDaisley/SimpleMuduo/tree/master/TcpServer
TcpClient實現部分源碼及簡單測試 : https://github.com/BethlyRoseDaisley/SimpleMuduo/tree/master/TcpClient

Tcpserver的時序圖 :

muduo中的線程安全日誌

AsyncLogging異步日誌

AsyncLogging一個C++Stream風格的多線程安全非阻塞日誌，是muduo庫中的另外一個部分組成。
這個日誌使用了雙緩衝機制，這樣新建的日誌沒必要等待磁盤操做，也避免了每條新的日誌都觸發日誌線程，而是將多條日誌拼程一個大的buffer 和後端buffer交換，後端線程就實時將後端buffer寫入本地文件. 至關於批處理，減小線程喚醒頻率 ，大大下降開銷。
另外 ，爲了及時將 日誌消息寫入文件， 便是 buffer A 中尚未push進來日誌 也會每週期執行一次上述的寫入操做。
可是有個問題，若是宕機，宕機瞬間緩存中的日誌確定是還沒寫完的。
用了一陣子，總的來講，這個日誌我的很喜歡，輕巧簡潔，十分便利。
AsyncLogging日誌的格式化部分實現筆記 一個輕巧高效的多線程c++stream風格異步日誌(一)、
AsyncLogging的雙緩衝機制一個輕巧高效的多線程c++stream風格異步日誌(二)
AsyncLogging的源碼 : https://github.com/BethlyRoseDaisley/SimpleMuduo/tree/master/AsyncLogging
直接包含Logger.hh 和 AsycnLogging.hh便可直接使用。
AsyncLogging類結構 :