boost asio 应用案例_libevent、libev、libuv、libhv、asio、poco、muduo

• libevent、libev、libuv、libhv、boost.asio、poco、muduo七种echo-server实现对比
• libhv中的宏艺术
  • C语言宏基础知识
  • golang defer 宏实现
  • java synchronized 一行宏实现
• http模块（包含http、https、http2、grpc、RESTful API）
• 日志模块
• libhv应用程序框架
• libhv事件循环使用入门
• libhv如何实现跨平台的
• libhv多线程同步相关知识
• 跨平台socket编程
• 如何编写兼容IPv6的网络程序
• c语言如何实现c++的继承
• libhv事件循环逻辑
• IO与timer的完美结合
  • 设置连接超时
  • 设置keepalive超时
  • 设置心跳
• libhv完美结合openssl
• master-worker 多进程|多线程模型

libhv简介

libhv是一个跨平台的类似libevent、libev、libuv的异步事件驱动库，但提供了更加接近原生的API接口和更加丰富的协议。libhv已被awesome-c收录。 libhv已广泛实用在公司的IOT平台、http API服务之中，正确性、稳定性、可扩展性、性能都有保证，完全开源，请放心使用。

项目地址：https://github.com/ithewei/libhv.git

码云镜像：https://gitee.com/ithewei/libhv.git

QQ技术交流群：739352073

libhv博客专栏：https://hewei.blog.csdn.net/category_9866493.html

注：libhv每日一学博文为QQ群里的libhv每日一学技术分享整理所得，方便新老朋友查阅学习，该博文每隔几日会同步更新一次。

http模块（包含http、https、http2、grpc、RESTful API）

http编译测试，包含web service、indexof service、api service （支持RESTful API）

ContentType支持application/json、application/x-www-form-urlencoded、multipart/form-data的构造和解析

git clone https://github.com/ithewei/libhv.git
cd libhv
make httpd curl

bin/httpd -h
bin/httpd -d
#bin/httpd -c etc/httpd.conf -s restart -d
ps aux | grep httpd

# http web service
bin/curl -v localhost:8080

# http indexof service
bin/curl -v localhost:8080/downloads/

# http api service
bin/curl -v localhost:8080/ping
bin/curl -v localhost:8080/echo -d "hello,world!"
bin/curl -v localhost:8080/query?page_no=1&page_size=10
bin/curl -v localhost:8080/kv   -H "Content-Type:application/x-www-form-urlencoded" -d 'user=admin&pswd=123456'
bin/curl -v localhost:8080/json -H "Content-Type:application/json" -d '{
      "user":"admin","pswd":"123456"}'
bin/curl -v localhost:8080/form -F "user=admin pswd=123456"
bin/curl -v localhost:8080/upload -F "file=@LICENSE"

bin/curl -v localhost:8080/test -H "Content-Type:application/x-www-form-urlencoded" -d 'bool=1&int=123&float=3.14&string=hello'
bin/curl -v localhost:8080/test -H "Content-Type:application/json" -d '{
      "bool":true,"int":123,"float":3.14,"string":"hello"}'
bin/curl -v localhost:8080/test -F 'bool=1 int=123 float=3.14 string=hello'
# RESTful API: /group/:group_name/user/:user_id
bin/curl -v -X DELETE localhost:8080/group/test/user/123

# webbench (linux only)
make webbench
bin/webbench -c 2 -t 60 localhost:8080

libhv提供的httpd性能可媲美nginx

indexof service目录服务效果图：

https编译测试，集成了openssl库（修改config.mk中WITH_OPENSSL=yes）

http2编译测试，集成了nghttp2库

注：以下是模拟HTTP1的打印结果，HTTP2是二进制协议，采用了HPACK头部压缩和帧的概念

通过libhv库编写http API是如此简单，支持RESTful API，并且可扩展成多进程/多线程模型 下面贴出最基础的body用法，其它ContentType用法见examples/httpd/

#include "HttpServer.h"

int main() {
      
    HttpService service;
    service.base_url = "/v1/api";
    service.POST("/echo", [](HttpRequest* req, HttpResponse* res) {
      
        res->body = req->body;
        return 200;
    });

    http_server_t server;
    server.port = 8080;
    server.service = &service;
    http_server_run(&server);
    return 0;
}

日志模块

libhv应用程序框架

libhv提供了命令行解析、INI配置文件解析、日志文件、pid文件、信号处理等创建一个应用程序的常用模块

参考examples/hmain_test.cpp，讲解这些模块使用方法

测试示例：

make test
bin/test -h
bin/test -v
bin/test -t
bin/test -d
ps aux | grep test
bin/test -s status
bin/test -s stop
ps aux | grep test
bin/test -s start -d
ps aux | grep test
bin/test -s restart -d
ps aux | grep test

流程图：

libhv事件循环使用入门

参考examples/loop.c、examples/timer.c、examples/tcp.c、examples/udp.c、examples/nc.c

make tcp udp nc
bin/tcp 1111
bin/nc 127.0.0.1 1111

bin/udp 2222
bin/nc -u 127.0.0.1 2222

make hloop_test
bin/hloop_test
bin/nc 127.0.0.1 10514

TCP echo server示例代码

#include "hloop.h"

void on_close(hio_t* io) {
      
}

void on_recv(hio_t* io, void* buf, int readbytes) {
      
    hio_write(io, buf, readbytes);
}

void on_accept(hio_t* io) {
      
    hio_setcb_close(io, on_close);
    hio_setcb_read(io, on_recv);
    hio_read(io);
}

int main(int argc, char** argv) {
      
    if (argc < 2) {
      
        printf("Usage: cmd portn");
        return -10;
    }
    int port = atoi(argv[1]);

    hloop_t* loop = hloop_new(0);
    hio_t* listenio = hloop_create_tcp_server(loop, "0.0.0.0", port, on_accept);
    if (listenio == NULL) {
      
        return -20;
    }
    hloop_run(loop);
    hloop_free(&loop);
    return 0;
}

流程图：

libevent、libev、libuv、libhv、boost.asio、poco、muduo七种echo-server实现对比

https://github.com/ithewei/libhv/tree/master/echo-servers中包含libevent、libev、libuv、libhv、boost.asio、poco、muduo七种echo-server实现，感兴趣的可以看看

编译测试步骤见README.md 中的echo-servers/benchmark

# ubuntu16.04
sudo apt install libevent-dev libev-dev libuv1-dev libboost-dev libboost-system-dev libasio-dev libpoco-dev
# muduo install => https://github.com/chenshuo/muduo.git
cd echo-servers
./build.sh
./benchmark.sh

压力测试结果图：

注：客户端和服务端位于同一台电脑，有一定随机性，仅供参考，总的来说，这几个库性能接近，都将IO多路复用用到了极致。

libhv如何实现跨平台的

主要靠两个文件：

1、./configure生成的hconfig.h configure脚本中检测头文件、函数是否存在定义相应宏(如HAVE_PTHREAD_H、HAVE_GETTIMEOFDAY)

2、base/hplatform.h中 操作系统宏：(如_WIN32、__linux__等) 编译器宏：(如__GNUC__、__clang__、_MSC_VER等) CPU体系结构宏：(如__i386__、__x86_64__、__arm__、__aarch64__等) 编程语言宏：__cplusplus

以获取当前本地日期时间为例，见base/htime.c

libhv中的宏艺术

C语言宏基础知识

宏是C/C++语言的一大特色，它将一个标识符定义为一个字符串，在预处理阶段源程序中的该标识符均以指定的字符串来代替，使用宏可以使代码更加简洁和增强可读性。

#define <宏名> (<参数表>) <宏体>
#undef <宏名>

#ifdef <宏名>
    ...
#else
    ...
#endif

//define中的三个特殊符号：#，##，#@
#define STRCAT(x,y) x##y //连接x和y成一个字符串
#define TOCHAR(x) #@x  //给x加上单引号
#define TOSTR(x) #x //给x加上双引号

以base/herr.h、base/herr.c中对错误码定义为例：

#define FOREACH_ERR_COMMON(F)   
    F(0,    OK,             "OK")               
    F(1000, UNKNOWN,        "Unknown error")    
    
    F(1001, NULL_PARAM,     "Null parameter")   
    F(1002, NULL_POINTER,   "Null pointer")     
    F(1003, NULL_DATA,      "Null data")        
    F(1004, NULL_HANDLE,    "Null handle")      
    
    F(1011, INVALID_PARAM,      "Invalid parameter")
    F(1012, INVALID_POINTER,    "Invalid pointer")  
    F(1013, INVALID_DATA,       "Invalid data")     
    F(1014, INVALID_HANDLE,     "Invalid handle")   
    F(1015, INVALID_JSON,       "Invalid json")     
    F(1016, INVALID_XML,        "Invalid xml")      
    F(1017, INVALID_FMT,        "Invalid format")   
    F(1018, INVALID_PROTOCOL,   "Invalid protocol") 
    F(1019, INVALID_PACKAGE,    "Invalid package")  

#define FOREACH_ERR(F)      
    FOREACH_ERR_COMMON(F)   
    FOREACH_ERR_FUNC(F)     
    FOREACH_ERR_SERVICE(F)  
    FOREACH_ERR_GRPC(F)     

#undef ERR_OK // prevent conflict
enum {
#define F(errcode, name, errmsg) ERR_##name = errcode,
    FOREACH_ERR(F)
#undef  F
};
// errcode => errmsg
const char* hv_strerror(int err) {
    if (err > 0 && err <= SYS_NERR) {
        return strerror(err);
    }

    switch (err) {
#define F(errcode, name, errmsg) 
    case errcode: return errmsg;
    FOREACH_ERR(F)
#undef  F
    default:
        return "Undefined error";
    }
}

hv_strerror中宏替换后实际上是很多个case errcode: return errmsg;，添加一个错误码定义只需在头文件见中添加即可，无需改动源文件，代码更简洁，可扩展性更好

golang defer 宏实现

defer在作用域释放时做一些清理工作，可避免return前漏做，或者到处是调用清理函数，或者乱用goto导致的可读性差 等问题 见base/hscope.h，此头文件中还定义了很多利用作用域和RAII机制释放资源的模板类型，感兴趣的可以看看，用在自己项目中

// same as golang defer
class Defer {
      
public:
    Defer(Function&& fn) : _fn(std::move(fn)) {}
    ~Defer() {
       if(_fn) _fn();}
private:
    Function _fn;
};
#define defer(code) Defer STRINGCAT(_defer_, __LINE__)([&](){code});

测试代码见unittest/defer_test.cpp

java synchronized 一行宏实现

#define synchronized(lock) for (std::lock_guard _lock_(lock), *p = &_lock_; p != NULL; p = NULL)

测试代码见unittest/synchronized_test.cpp

libhv多线程同步相关知识

见base/hthread.h base/hmutex.h unittest/hmutex_test.c

pthread和hmutex对应的宏就不贴出来了，请自行查阅base/hmutex.h 编译运行单元测试

make unittest
bin/hmutex_test

跨平台socket编程

Windows网络编程和Unix网络编程区别：

- 头文件和库文件不同；

- Windows下需要调用WSAStartup初始化；

- 获取错误码方式不同，以及错误码不同，Windows错误码以WSA开头

- Unix下没有closesocket；

- 设置发送超时和接受超时参数类型要求不同；

- 设置非阻塞方式不同；

- 非阻塞connect返回值不同；

如何编写兼容IPv6的网络程序

c语言如何实现c++的继承

使用宏即可实现，原理如下

libhv中就应用了这种技巧，见event/hloop.h、event/hevent.h

libhv事件循环逻辑

int hloop_run(hloop_t* loop) {
      
    loop->status = HLOOP_STATUS_RUNNING;
    while (loop->status != HLOOP_STATUS_STOP) {
      
        if (loop->status == HLOOP_STATUS_PAUSE) {
      
            msleep(PAUSE_TIME);
            hloop_update_time(loop);
            continue;
        }
        ++loop->loop_cnt;
        if (loop->nactives == 0) break;
        hloop_process_events(loop);
        if (loop->flags & HLOOP_FLAG_RUN_ONCE) {
      
            break;
        }
    }
    loop->status = HLOOP_STATUS_STOP;
    loop->end_hrtime = gethrtime();
    if (loop->flags & HLOOP_FLAG_AUTO_FREE) {
      
        hloop_cleanup(loop);
        SAFE_FREE(loop);
    }
    return 0;
}

调用hloop_run后，我们就进入了libhv的事件循环，很简单，就是while循环中调用hloop_process_events处理各类事件

具体各类事件是如何处理的，感兴趣的可以研究源码

IO与timer的完美结合

设置连接超时

// connect timeout => hclose_cb
HV_EXPORT void hio_set_connect_timeout(hio_t* io, int timeout_ms DEFAULT(HIO_DEFAULT_CONNECT_TIMEOUT));

设置keepalive超时

一段时间内无数据收发，自动断开连接

// keepalive timeout => hclose_cb
HV_EXPORT void hio_set_keepalive_timeout(hio_t* io, int timeout_ms DEFAULT(HIO_DEFAULT_KEEPALIVE_TIMEOUT));

设置心跳

每隔一段时间触发发送心跳包回调

/*
void send_heartbeat(hio_t* io) {
    static char buf[] = "PINGrn";
    hio_write(io, buf, 6);
}
hio_set_heartbeat(io, 3000, send_heartbeat);
*/
typedef void (*hio_send_heartbeat_fn)(hio_t* io);
// heartbeat interval => hio_send_heartbeat_fn
HV_EXPORT void hio_set_heartbeat(hio_t* io, int interval_ms, hio_send_heartbeat_fn fn);

libhv完美结合openssl

libhv中使用openssl库实现TCP加密通信，这是几乎所有异步IO通信库都没有做的一点，而且libhv中开启SSL特别简单，仅需两个API

1、初始化全局的SSL_CTX，见base/ssl_ctx.h

int ssl_ctx_init(const char* crt_file, const char* key_file, const char* ca_file);

2、启用SSL，见event/hloop.h

int  hio_enable_ssl(hio_t* io);

libhv中的https即是最好的例子：

sudo apt-get install openssl libssl-dev # ubuntu下安装openssl依赖
make clean
make WITH_OPENSSL=yes
修改配置文件etc/httpd.conf => ssl = on
bin/httpd -d
bin/curl -v https://localhost:8080
curl -v https://localhost:8080 --insecure

master-worker 多进程|多线程模型

大多数库提供了ThreadPool线程池实现多线程模型 nginx中则实现了master-workers多进程模型 多线程的好处是数据共享以及跨平台性好（windows下实现多进程可不好做） 多进程的好处是一个worker进程崩溃了，不影响其它worker进程正常工作

libhv中提供了hthread_create创建线程，和spawn_proc（封装了fork）衍生进程 并封装了master-workers模型，见utils/hmian.h中定义的master_workers_run函数 给定一个工作函数（包含一个事件循环），可自由扩展成多进程 or 多线程 or 多进程|多线程 三种模式 http_server_run即是调用了master_worker_run实现的，见效果图：

简单说下master_workers_run的实现:

最后，如果你看到了这里，觉得该项目不错的，请github 上star下，支持下国内开源，感谢！