Boost.Asio使用入门

Boost.Asio使用入门

　　1、概述：Boost.Asio是一个跨平台的C++库，用于网络和底层I/O编程，可以在I/O对象（如socket）上执行同步和异步操作。

　　2、简略的过程分析。以socket的连接操作为例：

　　你的程序中需要至少定义一个io_service对象：boost::asio::io_service io_service。io_service表示程序到操作系统I/O服务的“连接”。

　　为执行I/O操作，还需要一个I/O对象（通常需要使用io_service构造），如一个TCP套接字：boost::asio::ip::tcp::socket socket(io_service)。

　　1）同步的连接过程中，发生以下事件序列（对应下面的左图）：

　　（1）程序通过I/O对象启动连接操作：socket.connect(server_endpoint)；

　　（2）I/O对象将请求转发给io_service；

　　（3）io_service请求操作系统去执行连接操作；

　　（4）操作系统将操作结果返回给io_service；

　　（5）io_service将操作的（错误）结果转换成boost::system::error_code对象，并回传给I/O对象；

　　（6）如果操作失败，I/O对象抛出boost::system::system_error异常。

　　如果是使用以下方式，则只设置错误码，不会抛出异常：

boost::system::error_code ec;
socket.connect(server_endpoint, ec);

　　2）异步的连接过程中，发生以下事件序列（对应下面的中图和右图）：

　　（1）程序通过I/O对象启动连接操作：socket.async_connect(server_endpoint, your_completion_handler);

　　your_completion_handler是一个函数（对象），原型：void your_completion_handler(const boost::system::error_code& ec);

　　（2）I/O对象将请求转发给io_service；

　　（3）io_service发信号给操作系统，告知它去开始一个异步的连接操作；

　　一段时间过去... ...注意，在同步的情形下，程序会一直等待连接操作完成，而异步则是先立即返回。

　　（4）连接操作完成时，操作系统把结果放在队列中；

　　（5）程序必须调用io_service::run()（或类似函数）以取得操作结果。一般在你刚启动第一个异步操作时就要调用run()；

　　io_service对象未停止（stopped()返回false）且还有未完成的操作时，run()会一直阻塞，否则直接返回。

　　我的理解（io_service对象未停止时）：如果当前有未完成的异步操作且队列为空，则需要等待，因此run()将阻塞（在Linux下借助pstack可知是阻塞于epoll_wait()或pthread_cond_wait()等）。操作系统完成某个异步操作后，把结果放到队列并通知应用程序。run()被“唤醒”，从队列中取出结果并调用相应的回调函数；如果当前没有未完成的异步操作且队列为空，表示所有异步操作已经完成，则run()将直接返回；当然，如果当前队列非空，则run()直接取出结果并调用回调函数。

　　asio保证了回调函数只会被run()所在线程调用。因此，若没有run()，回调函数永远不会被调用。

　　（6）在run()中io_service将操作结果取出队列并翻译成error_code，然后传递给your_completion_handler。

　　

　　3、例子：

// 一个简单的回显服务器

#include 
#include 
#include 
#include 
using boost::asio::ip::tcp;
// 服务器和某个客户端之间的“会话”
// 负责处理读写事件
class session : public std::enable_shared_from_this
{
public:
    session(tcp::socket s) : socket_(std::move(s)) {}
    void start()
    {
        async_read();
    }
private:
    void async_read()
    {
        auto self(shared_from_this());
        socket_.async_read_some(boost::asio::buffer(data_),  // 异步读
            [this, self](const boost::system::error_code &ec, size_t bytes_transferred)  // 读操作完成时回调该函数
            {  // 捕获`self`使shared_ptr的引用计数增加1，在该例中避免了async_read()退出时其引用计数变为0
                if (!ec)
                    async_write(bytes_transferred);  // 读完即写
            }
        );
    }
    void async_write(std::size_t length)
    {
        auto self(shared_from_this());
        boost::asio::async_write(socket_, boost::asio::buffer(data_, length),  // 异步写
            [this, self](const boost::system::error_code &ec, size_t)
            {
                if (!ec)
                    async_read();
            }
        );
    }
    tcp::socket socket_;  // “会话”基于已经建立的socket连接
    std::array data_;
};
// 服务器类
// 监听客户端连接请求（async_accept）。与某个客户端建立socket连接后，为它创建一个session
class server
{
public:
    server(boost::asio::io_service &io_service, short port)
        : acceptor_(io_service, tcp::endpoint(tcp::v4(), port)), socket_(io_service)
    {
        async_accept();
    }
private:
    void async_accept()
    {
        acceptor_.async_accept(socket_, std::bind(&server::handle_accept, this, std::placeholders::_1));  // 异步accept。socket连接建立后，调用handle_accept()
    }
    void handle_accept(const boost::system::error_code &ec)
    {
        if (!ec)
        {
            std::shared_ptr session_ptr(new session(std::move(socket_)));
            session_ptr->start();
        }
        async_accept();  // 继续监听客户端连接请求
    }
    tcp::acceptor acceptor_;
    tcp::socket socket_;
};
int main(int argc, char* argv[])
{
    boost::asio::io_service io_service;
    server s(io_service, 52014);
    io_service.run();
    return 0;
}