C++ 建立本地网络服务器 （Boost.Asio库）
引言
寸光阴，当下我们或许更需要利用现有的知识，应用现有的技术。网络是当前互联网的根本，了解网络便开始显得极其重要。今天我们利用Boost库中Asio部分，浅尝网络服务器。此处不做过于深入的开展，为达成学习目的，只做简单的异步并发服务器。
注意：本篇代码没有直接引用boost等命名空间，为的是新入门Boost的同学能够更好的了解每个参数在boost的具体命名空间位置，有助于更好的理解boost的布局。
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服务器用例
我们在做服务器之前，首先细想一下，服务器应具备哪些基本特质。
1、构建：一个服务器应该具备被连接的IP地址（网络地址）、可以被访问的Port（端口号）
2、聆听：服务器应该能够实时处理基本的连接请求
3、处理：交互才是目的，可以与客户端实现基本的交互
4、异步：处理客户端的请求时，不会因为客户端的延迟响应而导致程序假死
建造（Build）
电脑里有非常多的端口，而客户端只会把消息传到约定的地址与端口，只有在正确的端口等待，才能接到自己预期的客户。
就好像楼房里有非常多层楼一样，而快递员只会把物品送到约定的楼层，只有在正确的楼层等待，才能达成预期的结果。
#include
#include
int main(void) {
try {
std::cout << "server start." << std::endl;
// asio程序必须的io_service对象
boost::asio::io_service ios;
// 具体的服务器地址与端口
boost::asio::ip::tcp::endpoint endpotion(boost::asio::ip::tcp::v4(), 13695);
// 创建acceptor对象，当前的IPV4作为服务器地址(127.0.0.1 || 0.0.0.0)，接受端口13695的消息.
boost::asio::ip::tcp::acceptor acceptor(ios, endpotion);
// 打印当前服务器地址
std::cout << "addr: " << acceptor.local_endpoint().address() << std::endl;
// 打印当前服务器端口
std::cout << "port: " << acceptor.local_endpoint().port() << std::endl;
}
catch (...) {
std::cout << "server exceptional." << std::endl;
}
std::cout << "server end." << std::endl;
getchar();
return 0;
} 聆听（Listen）
一个基本的连接，在正常的情况下，应该由客户端发起，服务器应该处于实时监听的状态，因为能接到客户端发起的连接请求，这才是网络操作的根本。
#include
#include
int main(void) {
try {
std::cout << "server start." << std::endl;
// asio程序必须的io_service对象
boost::asio::io_service ios;
// 具体的服务器地址与端口
boost::asio::ip::tcp::endpoint endpotion(boost::asio::ip::tcp::v4(), 13695);
// 创建acceptor对象，当前的IPV4作为服务器地址(127.0.0.1 || 0.0.0.0)，接受端口13695的消息.
boost::asio::ip::tcp::acceptor acceptor(ios, endpotion);
// 打印当前服务器地址
std::cout << "addr: " << acceptor.local_endpoint().address() << std::endl;
// 打印当前服务器端口
std::cout << "port: " << acceptor.local_endpoint().port() << std::endl;
// 循环执行服务
while (true) {
// 一个临时的socket对象
boost::asio::ip::tcp::socket socket(ios);
// 阻塞等待客户端连接，连接成功后返回socket, accept这个函数使用引用来调取socket.
acceptor.accept(socket);
// 打印与本机服务器取得连接的客户端IP地址
std::cout << "client: " << socket.remote_endpoint().address() << std::endl;
}
}
catch (std::exception& _e) {
std::cout << "server exceptional." << std::endl;
std::cout << _e.what() << std::endl;
}
std::cout << "server end." << std::endl;
getchar();
return 0;
} 处理（Operation）
一旦服务器收到客户端发起的连接请求，便为客户端建立服务。与客户端建立连接的目的，始终是为了交互，我们不能本末倒置。
我们尝试一下，第一次交互的滋味。
#include
#include
int main(void) {
try {
std::cout << "server start." << std::endl;
// asio程序必须的io_service对象
boost::asio::io_service ios;
// 具体的服务器地址与端口
boost::asio::ip::tcp::endpoint endpotion(boost::asio::ip::tcp::v4(), 13695);
// 创建acceptor对象，当前的IPV4作为服务器地址(127.0.0.1 || 0.0.0.0)，接受端口13695的消息.
boost::asio::ip::tcp::acceptor acceptor(ios, endpotion);
// 打印当前服务器地址
std::cout << "addr: " << acceptor.local_endpoint().address() << std::endl;
// 打印当前服务器端口
std::cout << "port: " << acceptor.local_endpoint().port() << std::endl;
// 循环执行服务
while (true) {
// 一个临时的socket对象
boost::asio::ip::tcp::socket socket(ios);
// 阻塞等待客户端连接，连接成功后返回socket, accept这个函数使用引用来调取socket.
acceptor.accept(socket);
// 打印与本机服务器取得连接的客户端IP地址
std::cout << "client: " << socket.remote_endpoint().address() << std::endl;
//////////////////////////////处理/////////////////////////////////
std::string msg;
// 阻塞发送作者名称到客户端
socket.write_some(boost::asio::buffer("hello CSND_Ayo"));
// 阻塞接收客户端发来的数据
socket.read_some(boost::asio::buffer(msg));
// 打印客户端发来的数据
std::cout << "client reply: " << msg.c_str() << std::endl;
}
}
catch (std::exception& _e) {
std::cout << "server exceptional." << std::endl;
std::cout << _e.what() << std::endl;
}
std::cout << "server end." << std::endl;
getchar();
return 0;
} 异步（Async）
处理客户端的请求时，不会因为客户端的延迟响应而导致程序假死
#include
#include
#include
// 异步服务器类
class Server {
private:
// 服务实例
boost::asio::io_service& ios_;
// 接收器实例
boost::asio::ip::tcp::acceptor acceptor_;
// socket智能指针
typedef boost::shared_ptr socket_ptr;
public:
Server(boost::asio::io_service& _ios) : ios_(_ios),
acceptor_(_ios, boost::asio::ip::tcp::endpoint(boost::asio::ip::tcp::v4(), 13695)) {
// 默认执行
start();
}
// 启动网络侦听的操作入口
void start(void) {
// 自定义的智能指针
socket_ptr socket(new boost::asio::ip::tcp::socket(ios_));
// 异步侦听，若有服务连接，则自动调用Server::handler_accept函数，并将error, socket传入作为参数
acceptor_.async_accept(*socket,
boost::bind(&Server::accept_handler, this,
boost::asio::placeholders::error/* 此处作为占位符 */, socket));
}
// 请求者响应后触发的处理器
void accept_handler(const boost::system::error_code& _ec, socket_ptr _socket) {
// 错误码检测
if (_ec) {
return;
}
// 打印当前连接进来的客户端
std::cout << "client: " << _socket->remote_endpoint().address() << std::endl;
// 异步发送 "hello CSND_Ayo" 消息到客户端，发送成功后，自动调用Server::write_handler函数
_socket->async_write_some(boost::asio::buffer("hello CSND_Ayo"),
boost::bind(&Server::write_handler, this,
boost::asio::placeholders::error/* 此处作为占位符 */));
// 启动新的异步监听
start();
}
// 完成异步写操作后的处理器
void write_handler(const boost::system::error_code& _ec) {
std::cout << "server: send message complete." << std::endl;
}
};
int main(void) {
try {
std::cout << "server start." << std::endl;
// 建造服务对象
boost::asio::io_service ios;
// 构建Server实例
Server server(ios);
// 启动异步调用事件处理循环
ios.run();
}
catch (std::exception& _e) {
std::cout << _e.what() << std::endl;
}
std::cout << "server end." << std::endl;
return 0;
} 作者的简易并发服务器类
使用两个类来撰写了一个并发的服务器类
Server（服务器监听类）、Session（会话类）
Server（服务器监听类）、Session（会话类）
具备功能：
1、异步监听客户端连接
2、客户连接时，首包要求具有特定格式（协议包）
3、并发处理客户端交互
当前类的网络交互协议拓扑图
Server.h
#ifndef __CLY_SERVER_H__
#define __CLY_SERVER_H__
#include
#include
#include
class Session;
class Server {
private:
// 会话 - 智能指针
typedef boost::shared_ptr session_ptr;
public:
Server(boost::asio::io_service &_ioService, boost::asio::ip::tcp::endpoint &_endpoint);
virtual ~Server(void);
// 监听
void start(void);
// 异步
void run(void);
private:
// 数据导出接口
void callback_session(std::string _fromIp, std::string _info);
// 会话启动
void accept_handler(session_ptr _chatSession, const boost::system::error_code& _error);
private:
boost::asio::io_service &ioService_;
boost::asio::ip::tcp::acceptor acceptor_;
};
#endif // __CLY_SERVER_H__
Server.cpp
#include
#include "Server.h"
#include "Session.h"
Server::Server(boost::asio::io_service &_ioService, boost::asio::ip::tcp::endpoint &_endpoint)
: ioService_(_ioService), acceptor_(_ioService, _endpoint) {
start();
}
Server::~Server(void) {
}
void Server::start(void) {
session_ptr new_chat_session(new Session(ioService_));
acceptor_.async_accept(new_chat_session->socket(),
boost::bind(&Server::accept_handler, this, new_chat_session,
boost::asio::placeholders::error));
}
void Server::run(void) {
ioService_.run();
}
void Server::callback_session(std::string /*_fromIp*/, std::string /*_info*/) {
return;
}
void Server::accept_handler(session_ptr _chatSession, const boost::system::error_code& _error) {
if (!_error && _chatSession) {
try {
_chatSession->start();
start();
}
catch (...) {
return;
}
}
} Session.h
#ifndef __CLY_SESSION_H__
#define __CLY_SESSION_H__
#include
#include
#include
#include
#define REPLY_SIZE (32)
// 会话类
class Session : public boost::enable_shared_from_this
{
public:
typedef void pSessionCallback(std::string, std::string);
public:
Session(boost::asio::io_service& _ioService);
virtual ~Session(void);
void start(void);
void setCallback(pSessionCallback* _callback) { callback_ = _callback; }
// socket 实例
boost::asio::ip::tcp::socket& socket(void);
private:
// 第一个协议包
void init_handler(const boost::system::error_code& _error);
// 解析协议包
void analyse_handler(const boost::system::error_code& _error);
// 完成数据传输后触发的收尾工作
void done_handler(const boost::system::error_code& _error);
// 读取成功后触发的函数
void read_handler(const boost::system::error_code& _error, size_t _readSize);
// 写入完成后触发的函数
void write_handler(const boost::system::error_code& _error);
private:
// 临时信息缓冲区
char msg_[1024];
std::string currentMsg_;
// 数据总数量
int sumSize_;
// 单个数据包大小
unsigned int maxSize_;
// socket句柄
boost::asio::ip::tcp::socket socket_;
// 回调
pSessionCallback* callback_;
};
#endif // __CLY_SESSION_H__
Session.cpp
#include
#include "Session.h"
Session::Session(boost::asio::io_service& _ioService)
:socket_(_ioService) {
memset(msg_, 0, sizeof(msg_));
}
Session::~Session(void)
{
}
void Session::start(void) {
// 告诉链接成功的客户端，你想要的信息。
char msg[256] = "001:Connect Succeed! Please tell me with 10 bytes, the total data and the size of each package, example:128 1024";
boost::asio::async_write(socket_, boost::asio::buffer(msg, strlen(msg)),
boost::bind(&Session::init_handler, shared_from_this(),
boost::asio::placeholders::error));
}
boost::asio::ip::tcp::socket& Session::socket(void) {
return socket_;
}
// 第一个协议包
void Session::init_handler(const boost::system::error_code& _error) {
if (_error) {
return;
}
// 读取客户端发来的 10 bytes，确定单个包的大小以及数据总大小
boost::asio::async_read(socket_, boost::asio::buffer(msg_, 10),
boost::bind(&Session::analyse_handler, shared_from_this(),
boost::asio::placeholders::error));
}
void Session::analyse_handler(const boost::system::error_code& _error) {
if (_error) {
return;
}
// 分析协议包格式
bool bflag = true;
// 正则分析格式
// do something.
if (!bflag) {
start();
return;
}
// 格式化保存协议包数据
std::stringstream io(msg_);
io >> maxSize_;
io >> sumSize_;
// 发送接收请求信息
char msg[REPLY_SIZE];
sprintf_s(msg, "001:is ok, data remaining %d.", sumSize_);
boost::asio::async_write(socket_, boost::asio::buffer(msg, REPLY_SIZE),
boost::bind(&Session::write_handler, shared_from_this(),
boost::asio::placeholders::error));
}
// 完成数据传输
void Session::done_handler(const boost::system::error_code& _error) {
if (_error) {
return;
}
currentMsg_ += msg_;
// 发送信息到回调
if (!currentMsg_.empty() && callback_ != nullptr) {
callback_(socket_.remote_endpoint().address().to_string(), currentMsg_);
currentMsg_.clear();
}
memset(msg_, 0, sizeof(msg_));
char msg[32] = "001:will done.";
boost::asio::async_write(socket_, boost::asio::buffer(msg, REPLY_SIZE),
boost::bind(&Session::init_handler, shared_from_this(),
boost::asio::placeholders::error));
}
void Session::read_handler(const boost::system::error_code& _error, size_t _readSize) {
if (_error) {
return;
}
// 数据处理
currentMsg_ += msg_;
if (currentMsg_.size() > 1024 * 512) {
// 发送信息到回调
if (callback_ != nullptr) {
callback_(socket_.remote_endpoint().address().to_string(), currentMsg_);
currentMsg_.clear();
}
}
memset(msg_, 0, sizeof(msg_));
// 计算当前剩余数据数量
sumSize_ -= _readSize;
// 接收完成
if (0 > sumSize_) {
done_handler(_error);
}
// 继续接收
else {
char msg[REPLY_SIZE];
sprintf_s(msg, "001:%d.", sumSize_);
boost::asio::async_write(socket_, boost::asio::buffer(msg, REPLY_SIZE),
boost::bind(&Session::write_handler, shared_from_this(),
boost::asio::placeholders::error));
std::cout << "send client recv succeed: " << msg << std::endl;
}
}
void Session::write_handler(const boost::system::error_code& _error) {
if (_error) {
return;
}
boost::asio::async_read(socket_, boost::asio::buffer(msg_, maxSize_),
boost::bind(&Session::read_handler, shared_from_this(),
boost::asio::placeholders::error, boost::asio::placeholders::bytes_transferred));
} main.cpp
#include
#include
#include
#include "Server.h"
int main(void) {
try {
std::cout << "server start." << std::endl;
// 建造服务对象
boost::asio::io_service ios;
// 具体的服务器地址与端口
boost::asio::ip::tcp::endpoint endpotion(boost::asio::ip::tcp::v4(), 13695);
// 构建Server实例
Server server(ios, endpotion);
// 启动异步调用事件处理循环
server.run();
}
catch (std::exception& _e) {
std::cout << _e.what() << std::endl;
}
std::cout << "server end." << std::endl;
return 0;
}