【项目】Reactor模式的服务器

目录

Reactor完整代码连接

前置知识：

 1.普通的epoll读写有什么问题？

2.Connection内的回调函数是什么

3.服务器的初始化（Connection只是使用的一个结构体）

4.等待就绪事件：有事件就绪，对使用Connection的不同对象（封装fd，回调方法）调用对应的回调方法；

5._listenSock读取 ：Accepter函数获取新链接怎么处理的

6.普通套接字读取：Recver

7.对写事件的关心是按需关系的：

8.执行效果：

9.Reactor的优势：

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Reactor完整代码连接

前置知识：

Reactor叫做反应堆模式；反应：对已经就绪的事件（读、写、异常）进行处理；

我们使用epoll来实现，select、poll、epoll是多路转接的发展史，epoll完善了select、poll的缺点；

• 需要程序员维护数组                                      select/poll都有这个缺点    
• 有大量的遍历                                                 select/poll都有这个缺点 
• 大量参数为输入输出型参数，需要重新设置  select有
• 管理的fd有上限                                              select有

 1.普通的epoll读写有什么问题？

• 使用的是一个静态数组读取；报文长，读到就是不完整报文，报文短，一次读取可能有多个报文，最后一个报文可能不是完整的；
• 这样的错误报文没法分析和处理，就不能构造响应报文；

综上所述：问题为没法保证读取到的是完整报文，导致没法分析和处理、构建响应报文；

    void Read(int fd)
    {
        char buff[1024];
        ssize_t s = read(fd, buff, 1023);
        if(s > 0){
            buff[s] = 0;
            LOG2(INFO, buff, fd);
        }

解决办法：将文件描述符封装，并且有接受发送缓冲区，使用string就可以；

1. 使用静态数组读取，然后添加到接受缓冲区保存；
2. 读取完毕，对接受缓冲区分析是否有完整报文；
3. 处理完整请求报文，构建响应报文添加到发送缓冲区；

using func_t = std::function;
using cals_t = std::function;

class Connection{
public:
    Connection(int fd = -1 ):_fd(fd), _ts(nullptr)
    {}
    ~Connection()
    {
        if(_fd >= 0)
            close(_fd);
    }
public:
    int _fd;

    //读写异常回调方法
    func_t _recver;
    func_t _sender;
    func_t _exception;

    //接受缓冲区
    std::string _outbuff;
    //发送缓冲区
    std::string _inbuff;

    //TcpServer的回指指针，对写事件的关心是按需打开
    TcpServer *_ts;
    
    //连接最近活跃活动的时间
    time_t _times;
};

2.Connection内的回调函数是什么

一个包装器；返回值为void，参数为Connection*,的函数指针、仿函数、lamada表达，它都可以接受；

using func_t = std::function;

优势：

• _listenSock是读方法是接受新连接，普通是读取请求报文
• 初始化时设置读写异常回调方法（回调：使用函数指针执行的函数），不需要判断是_listenSock还是普通套接字，统一使用con->_recver；

3.服务器的初始化（Connection只是使用的一个结构体）

1. 套接字创建，bind，监听；
2. 构建epoll模型，epoll函数也封装了，_epfd封装在Epoll类内；
3. 初始化_listenSock    Connection结构体；读取回调方法Accept是类函数，多一个this指针，需要使用std::bind来改变参数个数，进行传递给包装器；
4. epoll_wait的事件就绪队列初始化；

class TcpServer{
    const static int gport = 8080;
    const static int gnum = 128;
    TcpServer(int port = gport, int num = gnum):_port(gport), _evts_num(num)
    {
        //套接字，创建bind监听
        _listenSock = Sock::Socket();
        Sock::Bind(_listenSock,_port);
        Sock::Listen(_listenSock);

        //构建epoll模型
        _epoll.CreateEpoll();

        //listensock添加epoll模型和_connections管理起来
        AddConnection(_listenSock, std::bind(&TcpServer::Accepter, this, std::placeholders::_1), nullptr, nullptr);

        //epoll_wait就绪队列,获取已就绪的事件
        _evts = new epoll_event[_evts_num];
    }
    ~TcpServer()
    {
        if(_listenSock >= 0)
            close(_listenSock);
        if(_evts != nullptr)
            delete[] _evts;
        for(auto &pr : _connections)
        {
            _connections.erase(pr.first);
            delete pr.second;
        }
    }
private:
    int _listenSock;

    //epoll
    Epoll _epoll;
    //就绪队列
    epoll_event* _evts;
    int _evts_num;

    //管理connection对象
    std::unordered_map _connections;
    int _port;

    //业务处理的回调指针
    cals_t _cb;
};

4.等待就绪事件：有事件就绪，对使用Connection的不同对象（封装fd，回调方法）调用对应的回调方法；

    void LoopOnce()
    {
        int n = _epoll.WaitEpoll(_evts, _evts_num);
        //有事件就绪
        if(n > 0)
        {
            //LOG2(INFO, "epoll wait success",fd);
            for(int i=0; ievents;

                //连接关闭或者错误，改为读写统一处理，读写失败调异常处理；
                if( events & EPOLLHUP){
                    LOG2(INFO,"连接关闭",fd);
                    events |= (EPOLLIN | EPOLLOUT);
                }
                if( events & EPOLLERR){
                    LOG2(INFO,"错误",fd);
                    events |= (EPOLLIN | EPOLLOUT);
                } 

                if(_connections.count(fd) && events & EPOLLIN)
                {
                    if(IsConnectionExits(fd) && _connections[fd]->_recver != nullptr){
                        _connections[fd]->_recver(_connections[fd]);
                    }
                }
                if(_connections.count(fd) && events & EPOLLOUT)
                {
                    if(IsConnectionExits(fd) && _connections[fd]->_sender != nullptr)
                        _connections[fd]->_sender(_connections[fd]);
                }
            }
        }
        else if(n == 0)
        {
            LOG(INFO, "timeout");
        }
        else
        {
            LOG(FATAL,"epoll wait fail");
            exit(4);
        }
    }
    void Dispatcher(cals_t cb)
    {
        _cb = cb;
        while(true)
        {
            //去除不活跃的连接
            DeleteInactivity();
            LoopOnce();
        }
    }

5._listenSock读取 ：Accepter函数获取新链接怎么处理的

• 得到新连接，如果新的fd是合法的，设置对应的读写异常回调方法，读：读取请求报文，写：发送响应报文，异常：出现错误进行处理；
• 所有的套接字都是使用ET模式（通知效率高，只支持非阻塞读写），EPOLLET因该被设置；

void Accepter(Connection * con)
    {
        while(true)
        {
            con->_times = time(nullptr);
            struct sockaddr_in tmp;
            socklen_t tlen = sizeof(tmp);
            int new_sock = accept(con->_fd, (struct sockaddr *)&tmp, &tlen);
            if(new_sock < 0)
            {
                //所以事件处理完毕
                if(errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK)
                    break;
                else if(errno == EINTR)//可能被信号中断，概率极小
                    continue;
                else
                {
                    std::cout << "accept fail , errno :" << errno << strerror(errno) << std::endl;
                    break;
                }
            } 
            else//添加到epoll模型和_connections中管理；
            {
                if(AddConnection(new_sock, std::bind(&TcpServer::Recver, this, std::placeholders::_1), 
                                std::bind(&TcpServer::Sender, this, std::placeholders::_1),
                                std::bind(&TcpServer::Exception, this, std::placeholders::_1)
                                ))
                    LOG2(INFO, "add connection success",new_sock);
                else
                    LOG2(RISK, "add connection fail", new_sock);
            }
        }
    }

6.普通套接字读取：Recver

1. 一直读取，直到错误或者读取完毕；每次读取的结果都放到接受缓冲区；
2. 读取完毕，对接受缓冲区处理，拿出一个个完整的报文，对请求报文进行业务处理；

    void Recver(Connection *con)
    {
        con->_times = time(nullptr);
        const int buff_size = 1024;
        char buff[buff_size];
        while(true)
        {
            ssize_t s = recv(con->_fd, buff, buff_size - 1, 0);
            if(s > 0)
            {
                buff[s] = 0;
                con->_outbuff += buff;
            }
            else if(s == 0)
            {
                LOG2(INFO, "写端关闭", con->_fd);
                con->_exception(con);
                return;
            }
            else
            {
                //读取完毕
                if(errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK )
                {
                    LOG2(INFO, "处理完毕", con->_fd);
                    break;
                }
                else if(errno == EINTR)
                    continue;
                else
                {
                    LOG2(ERROR, "recv fail ,fd: ", con->_fd);
                    con->_exception(con);
                    return;
                }
            }
        }
        std::cout << "fd: " << con->_fd << "outbuff: " << con->_outbuff < out;
        //分隔报文，函数在protocol.hpp
        SplitMessage(out, con->_outbuff);
        for(auto &s : out)
            _cb(s, con);//业务逻辑回调指针，在主函数

    }

7.对写事件的关心是按需关系的：

• 如果开启关心，还没有数据发送，写事件会一直就绪；所以按需关心；
• 请求报文业务处理完毕，构建好响应报文，一定有响应，打开对写事件的关心；
• 也是Connection为什么封装一个Tcperver指针的原因，这里开启写事件的关心；

//业务处理
void CalArguments(std::string &str, Connection *con)
{
    //请求报文反序列化
    Request req;
    //std::cout<_fd);
        return;
    }

    //对数据处理
    Response res;
    calculator(req, res);

    //响应报文序列化
    std::string s = res.Serialize();

    //添加到inbuff
    con->_inbuff += s;

    //一定有响应报文，打开写事件的关系
    con->_ts->EnableReadWrite(con->_fd, true, true);
}

8.执行效果：

• 我写的协议是对任意两个数加减乘除；
• 每个请求或者响应都是用 x  做为分割符的；

9.Reactor的优势：

和进程/线程做比较：

• 它是一个单进程的就可以并发处理请求的服务器，比进程/线程减少了创建、销毁、调度的时间；
• 它的等待一批fd，减少了单位等待时间；一个线程等待对应一个fd；
• 有很高的复用性，替换业务逻辑就行了；