asio C++ library核心理念和功能（一）

第一部分：总览

1.1 解释
大多数程序以某种方式与外部世界进行交互，无论是通过文件，网络，串行电报还是控制台。 有时候，就像网络一样，单个I / O操作可能需要很长时间才能完成。 这对应用程序开发提出了特别的挑战。
Asio提供了管理这些长时间运行的操作的工具，而无需程序使用基于线程和显式锁定的并发模型。
Asio库适用于使用C ++进行系统编程的程序员，在这种系统编程中，经常需要访问诸如网络等操作系统功能。 特别是，Asio致力于实现以下目标：
1 可移植性。 该库应支持一系列常用操作系统，并在这些操作系统中提供一致的行为。
2 可扩展性。 该库应该能够促进扩展到数千个并发连接的网络应用程序的开发。 每个操作系统的库实现应该使用 最能实现这种可伸缩性的机制。
3 效率。 该库应该支持分散/集中式I / O等技术，并允许程序尽量减少数据复制。
4 模型来自于已建立的API，如BSD套接字。 BSD套接字API被广泛的实现和理解，并且在许多文献中都有涉及。 其他编程语言通常使用类似的网络API接口。 只要是合理的，Asio应该利用现有的做法。
5 使用方便。 库应该通过采用工具包而不是框架方法为新用户提供较低的进入壁垒。也就是说，它应该尽量减少前期投资，及时学习一些基本规则和准则。 之后，用户只需要了解正在使用的特定功能。
6 基础上进一步抽象。 应该允许开发提供更高抽象级别的其他库。 例如，常用协议（如HTTP）的实现。
虽然Asio开始主要关注网络，但它的异步I / O概念已经扩展到包括其他操作系统资源，如串行端口，文件描述符等等。

1.2 核心理念和功能

1.2.1 对saio基本解剖
Asio可能用于对I / O对象（如套接字）执行同步和异步操作。 在使用Asio之前，先了解一下Asio的各个部分，程序以及它们如何一起工作的概念图。
作为一个介绍性的例子，我们来考虑一下在socket上执行连接操作时会发生什么。 我们将从检查同步操作开始。

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你的程序至少有一个io_service对象。 io_service表示您的程序与操作系统的链接
I / O服务。

asio::io_service io_service;

要执行I / O操作，您的程序将需要一个I / O对象，如TCP套接字：

asio::ip::tcp::socket socket(io_service);

当执行同步连接操作时，会发生以下事件序列：
1 您的程序通过调用I / O对象来启动连接操作：

socket.connect(server_endpoint);

2 I / O对象将请求转发给io_service。
3 io_service调用操作系统来执行连接操作
4 操作系统将操作结果返回给io_service。
5 io_service将操作产生的任何错误转换为asio :: error_code类型的对象。 error_code可以与特定值进行比较，或者作为布尔值进行测试（其中错误结果表示没有错误发生）。 结果然后转发回I / O对象。
6 如果操作失败，I / O对象将引发类型为asio :: system_error的异常。
如果启动操作的代码被写为：

asio::error_code ec;
socket.connect(server_endpoint, ec);

那么error_code变量ec将被设置为操作的结果，并且不会抛出异常。 当使用异步操作时，会发生不同的事件序列。

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1.您的程序通过调用I / O对象来启动连接操作：

socket.async_connect(server_endpoint, your_completion_handler);

其中your_completion_handler是带签名的函数或函数对象：

void your_completion_handler(const asio::error_code& ec);

所需的确切签名取决于正在执行的异步操作。 参考文件指出了每个操作的适当形式。

2. I / O对象将请求转发给io_service。

3. io_service发信号给操作系统，它应该启动一个异步连接。时间流逝。 （在同步情况下，这个等待完全被包含在连接操作的持续时间内。）

   
   
   

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   4.操作系统通过将结果放在队列中表明连接操作已完成，并准备由io_service接收。
   5.您的程序必须调用io_service :: run（）（或类似的io_service成员函数之一）才能检索结果。 调用io_service :: run（）时会阻塞未完成的异步操作，所以你通常会在您开始第一次异步操作时立即调用它。
   6.在对io_service :: run（）的调用中，io_service将操作结果出队，将其转换为error_code，然后将其传递给完成处理程序。 这是Asio如何运作的简单流程图。 如果您的需求更高级，您将需要深入研究文档，例如扩展Asio以执行其他类型的异步操作。

1.2.2 Proactor设计模式：没有线程的并发
Asio库为同步和异步操作提供并行支持。 异步支持基于Proactor设计模式[POSA2]。 下面概述了这种方法的优点和缺点，与同步或反应器方法相比。

Proactor和Asio
让我们来看看如何在Asio中实现Proactor设计模式，而不参考平台特定的细节。

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Proactor设计模式

• 异步操作
  -异步操作进程
• 完成事件队列
• 完成处理程序
• 异步事件解复用器
• Proactor
• 发起人

使用反应堆
在许多平台上，Asio使用反应器（如select，epoll或kqueue）实现Proactor设计模式。 该实现方法对应于Proactor设计模式，如下所示：

• 异步操作处理器
• 完成事件队列
• 异步事件解复用器

使用Windows重叠I / O实现
在Windows NT，2000和XP上，Asio利用重叠的I / O来提供Proactor设计模式的高效实现。 该实现方法对应于Proactor设计模式，如下所示：

• 异步操作处理器
• 完成事件队列
• 异步事件解复用器

优点

• 便携性。
• 从并发中解耦线程。
• 性能和可扩展性。
• 简化应用程序同步。
• 功能组成。

缺点

• 程序复杂性。
• 内存使用。