基于c++11新标准开发一个支持多线程高并发的网络库

背景

        新的c++11标准出后，c++语法得到了很多的扩展，比起以往任何时候都要灵活和高效，提高了程序编码的效率，为软件开发人员节省了不少的时间。 之前我也写过基于ACE的网络服务器框架，但ACE毕竟有些臃肿，内部对象关系错综复杂，容易给人造成只见树木不见森林的错觉。 所以打算用c++11开发一个较为简洁，高效，支持高并发的网络库。

开源

        基础的结构已经开发完成，代码也开源在github上，网址是 https://github.com/lichuan/fly 欢迎各位提出建议。

结构

        fly网络库主要分为base模块，task模块，net模块。base主要是一些最基础的功能集合，包括日志，id分配器，随机数，队列等；task主要封装了任务抽象以及任务调度执行等功能；net主要是实现网络层面的封装，为上层使用者提供简单易用的网络接口，这也是fly库的核心模块，实现了解析协议的Parser封装，负责监听网络的Acceptor，负责网络连接io功能的Poller封装体，在Parser、Acceptor、和Poller的基础上还进一步封装了作为服务器来使用的Server类和作为客户端来使用的Client类，这两个类是fly库的核心类，上层的应用可以直接使用Server对象和Client对象来建立网络服务器。作为网络连接概念的Connection对象则是通过std::shared_ptr来管理它的生命周期的，shared_ptr内置共享对象的功能大大地简化了网络连接生命期的管理。

协议

        fly库的网络协议基于全世界最通用的json格式，而它的解析则依赖于rapidjson第三方库来完成。

        协议组成如下：

        |长度字段|{协议类型：类型值，协议命令：命令值，其他json字段}|

        协议类型和协议命令组成了二级消息字，就可以组合出各种约定的协议了。

应用

        fly库的test目录提供了一个简单的例程。其中test_server.cpp代码如下：

/* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
 *                    _______    _                                     *
 *                   (  ____ \  ( \     |\     /|                      * 
 *                   | (    \/  | (     ( \   / )                      *
 *                   | (__      | |      \ (_) /                       *
 *                   |  __)     | |       \   /                        *
 *                   | (        | |        ) (                         *
 *                   | )        | (____/\  | |                         *
 *                   |/         (_______/  \_/                         *
 *                                                                     *
 *                                                                     *
 *     fly is an awesome c++11 network library.                        *
 *                                                                     *
 *   @author: lichuan                                                  *
 *   @qq: 308831759                                                    *
 *   @email: [email protected]                                          *
 *   @github: https://github.com/lichuan/fly                           *
 *   @date: 2015-06-10 13:34:21                                        *
 *                                                                     *
 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * */

#include 
#include 
#include "fly/init.hpp"
#include "fly/net/server.hpp"
#include "fly/base/logger.hpp"

using namespace std::placeholders;

class Test_Server : public fly::base::Singleton
{
public:
    bool allow(std::shared_ptr connection)
    {
        return true;
    }
    
    void init(std::shared_ptr connection)
    {
        std::lock_guard guard(m_mutex);
        m_connections[connection->id()] = connection;
        LOG_INFO("connection count: %u", m_connections.size());
    }
    
    void dispatch(std::unique_ptr message)
    {
        std::shared_ptr connection = message->get_connection();
        const fly::net::Addr &addr = connection->peer_addr();
        LOG_INFO("recv message from %s:%d raw_data: %s", addr.m_host.c_str(), addr.m_port, message->raw_data().c_str());
    }
    
    void close(std::shared_ptr connection)
    {
        LOG_INFO("close connection from %s:%d", connection->peer_addr().m_host.c_str(), connection->peer_addr().m_port);
        std::lock_guard guard(m_mutex);
        m_connections.erase(connection->id());
        LOG_INFO("connection count: %u", m_connections.size());
    }
    
    void be_closed(std::shared_ptr connection)
    {
        LOG_INFO("connection from %s:%d be closed", connection->peer_addr().m_host.c_str(), connection->peer_addr().m_port);
        std::lock_guard guard(m_mutex);
        m_connections.erase(connection->id());
        LOG_INFO("connection count: %u", m_connections.size());
    }
    
    void main()
    {
        //init library
        fly::init();
        
        //init logger
        fly::base::Logger::instance()->init(fly::base::DEBUG, "server", "./log/");
        
        //test tcp server
        std::unique_ptr server(new fly::net::Server(fly::net::Addr("127.0.0.1", 8899),
                                                                      std::bind(&Test_Server::allow, this, _1),
                                                                      std::bind(&Test_Server::init, this, _1),
                                                                      std::bind(&Test_Server::dispatch, this, _1),
                                                                      std::bind(&Test_Server::close, this, _1),
                                                                      std::bind(&Test_Server::be_closed, this, _1)));

        if(server->start())
        {
            LOG_INFO("start server ok!");
            server->wait();
        }
        else
        {
            LOG_ERROR("start server failed");
        }
    }
    
private:
    std::unordered_map> m_connections;
    std::mutex m_mutex;
};

int main()
{
    Test_Server::instance()->main();
}

        Server对象构造时会要求传入监听地址和回调函数，当Server对象start启动时，fly库底层就会建立相应的Poller、Parser、Acceptor对象，如果想实现多线程Poller和Parser，则需传入并发线程数量即可，回调函数说明如下：

        allow_cb：当有新的连接到达时调用，来判断是否允许该连接的注册。

        init_cb：当把连接对象注册到某一个Poller和Parser后调用，进行初始化处理。

        dispatch_cb：当有消息到达时会调用，进行消息派发。

        close_cb：主动关闭连接对象时调用。

        be_closed_cb：检测到对端关闭连接对象时调用。

        test_client.cpp主要使用Client对象来连接到某一个服务器，同样Client构造时也需要传入回调函数，其作用与Server构造时传入的回调一样。