基于多反应堆的高并发服务器【C/C++/Reactor】（中）创建并初始化TcpServer实例 以及 启动

对于一个TcpServer来说，它的灵魂是什么？就是需要提供一个事件循环EventLop(EventLoop)，不停地去检测有没有客户端的连接到达，有没有客户端给服务器发送数据，描述的这些动作，反应堆模型能够胜任。当服务器和客户端建立连接之后，剩下的就是网络通信，在通信的时候，需要把接收的数据和要发送的数据存储到一块内存里边，Buffer(Buffer)就是为此量身定制的。另外，如果服务器想和客户端实现并发操作，需要用到多线程。我们提供了线程池ThreadPool(ThreadPool),剩下的事就是把服务器模型里边的代码实现一下，基于服务器的整体流程实现一下TcpConnection。

这个TcpConnection就是服务器和客户端建立连接之后，它们是在通信的时候，其实就需要用到Http,如果想要实现一个HttpServer，就需要用到Http协议，再把HttpRequest和HttpResponse写出来之后，整个项目的流程就全部走通了。

基于多反应堆的高并发服务器【C/C++/Reactor】（中）创建一个TcpConnection实例 以及 接收客户端数据-CSDN博客https://blog.csdn.net/weixin_41987016/article/details/135416445?spm=1001.2014.3001.5501 基于多反应堆的高并发服务器【C/C++/Reactor】（中）在TcpConnection 中接收并解析Http请求消息-CSDN博客https://blog.csdn.net/weixin_41987016/article/details/135469611?csdn_share_tail=%7B%22type%22%3A%22blog%22%2C%22rType%22%3A%22article%22%2C%22rId%22%3A%22135469611%22%2C%22source%22%3A%22weixin_41987016%22%7D

TcpServer分为几个部分:

1. 主线程需要有一个Listener（包括端口port,监听的文件描述符listenFd）
2. 主线程的事件循环MainEventLoop（反应堆）
3. 一个线程池ThreadPool
4. TcpConnection其实是子线程的任务。服务器与客户端建立连接之后，子线程要是想工作的话，就必须创建一个TcpConnection实例。如果没有这个TcpConnection模块，子线程就不知道在建立连接之后需要做什么事情

struct Listener {
    int lfd;
    unsigned short port;
};

struct TcpServer {
    struct Listener* listener; // 监听套接字
    struct EventLoop* mainLoop; // 主线程的事件循环（反应堆模型）
    struct ThreadPool* threadPool; // 线程池
    int threadNum; // 线程数量
};

一、创建并初始化TcpServer实例

（1）初始化监听

// 初始化监听
struct Listener* listenerInit(unsigned short port);

// 初始化监听
struct Listener* listenerInit(unsigned short port) {
    // 创建一个Listner实例 -> listener
    struct Listener* listener = (struct Listener*)malloc(sizeof(struct Listener));
    // 1.创建一个监听的文件描述符 -> lfd
    int lfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); // AF_INET -> （网络层协议：Ipv4） ；SOCK_STREAM -> （传输层协议：流式协议）  ；0 -> :表示使用Tcp
    if(lfd == -1) {
        perror("socket");              
        return -1;
    }   
    // 2.设置端口复用
    int opt = 1;
    int ret =  setsockopt(lfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&opt,sizeof(opt)); 
    if(ret == -1) {
        perror("setsockopt");
        return -1;
    }
    // 3.绑定
    struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(port);// 主机字节序（小端）转成网络字节序（大端） 端口的最大数量：2^16=65536
    addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;// 0.0.0.0 
    ret = bind(lfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr));
    if(ret == -1) {
        perror("bind");
        return -1;
    }
    // 4.设置监听
    ret = listen(lfd,128);
    if(ret == -1) {
        perror("listen");
        return -1;
    }
    listener->lfd = lfd;
    listener->port = port;
    return listener;
}

（2）创建并初始化TcpServer实例

TcpServer结构与工作原理 

（一）服务器结构

1. Listener: 监听特定端口，等待客户端的连接请求。主要包括端口和监听的文件描述符
2. MainEventLoop主线程事件循环（主线程反应堆）: 负责接收和处理来自客户端的请求
3. ThreadPool线程池: 用于处理并发连接，每个新连接都会有一个子线程处理
4. TcpConnection: 每个客户端连接都会有一个对应的TcpConnection实例，用于处理该连接的通信

（二）初始化步骤

（1）创建服务器实例:申请TcpServer结构体的内存空间

（2）初始化Listener:

• 指定服务器要绑定的本地端口（unsigned short类型）
• 初始化监听的文件描述符

（3）初始化MainEventLoop主线程的事件循环或反应堆

（4）ThreadPool线程池初始化:根据需要的子线程数量（threadNum）初始化线程池

（5）返回值: 返回初始化完成的TcpServer的地址给调用者

// 初始化
struct TcpServer* tcpServerInit(unsigned short port,int threadNum)；

// 初始化
struct TcpServer* tcpServerInit(unsigned short port,int threadNum) {
    struct TcpServer* tcp = (struct TcpServer*)malloc(sizeof(struct TcpServer));
    tcp->listener = listenerInit(port); // 创建listener
    tcp->mainLoop = eventLoopInit(); // 主线程的事件循环（反应堆模型）
    tcp->threadPool = threadPoolInit(tcp->mainLoop,threadNum); // 创建线程池
    tcp->threadNum = threadNum; // 线程数量
    return tcp;
}

二、启动TcpServer

// 启动服务器（不停检测有无客户端连接）
void tcpServerRun(struct TcpServer* server);

// 启动服务器（不停检测有无客户端连接）
void tcpServerRun(struct TcpServer* server) {
    // 启动线程池
    threadPoolRun(server->threadPool);
    // 初始化一个channel实例
    struct Channel* channel = channelInit(server->listener->lfd,ReadEvent,acceptConnection,NULL,server);
    // 添加检测的任务 
    eventLoopAddTask(server->mainLoop,channel,ADD);
    // 启动反应堆模型
    eventLoopRun(server->mainLoop);
}

>>启动服务器（不停检测有无客户端连接）

启动线程池，之后，需要让它处理任务，对于当前的TcpServer来说，是有任务可以处理的。在当前服务器启动之后，需要处理的文件描述符有且只有一个，就是用于监听的文件描述符，因此需要把待检测的文件描述符（用于监听的）添加到（mainLoop）事件循环里边。接着初始化一个channel实例，可调用eventLoopAddTask函数实现添加任务到任务队列。

• 回顾channelInit函数：Channel模块的封装主要包括文件描述符、事件检测和回调函数。在服务器端，Channel主要用于封装文件描述符，用于监听和通信。事件检测是基于IO多路模型的，当文件描述符对应的事件被触发时，会调用相应的事件处理函数。在Channel结构中，需要指定读事件和写事件对应的回调函数。此外，还有一个data参数用于传递动态数据。

// 定义函数指针
typedef int(*handleFunc)(void* arg);
 
// 定义文件描述符的读写事件
enum FDEvent {
    TimeOut = 0x01;
    ReadEvent = 0x02;
    WriteEvent = 0x04;
};
 
struct Channel {
    // 文件描述符
    int fd;
    // 事件
    int events;
    // 回调函数
    handleFunc readCallback;// 读回调
    handleFunc writeCallback;// 写回调
    // 回调函数的参数
    void* arg;
};
 
// 初始化一个Channel 
struct Channel* channelInit(int fd, int events, handleFunc readFunc, handleFunc writeFunc, void* arg);

 tcpServerRun函数中使用channelInit函数，这个channel实例主要用于封装监听文件描述符（lfd），用于监听。当lfd对应的事件被触发时，会调用相应的事件处理函数。其中它的读事件的回调函数是acceptConnection函数:

// 初始化一个channel实例
struct Channel* channel = channelInit(server->listener->lfd,ReadEvent,acceptConnection,NULL,server);

int acceptConnection(void* arg) {
    struct TcpServer* server = (struct TcpServer*)arg;
    // 和客户端建立连接
    int cfd = accept(server->listener->lfd,NULL,NULL);
    if(cfd == -1) {
        perror("accept");
        return -1;
    }
    // 从线程池中去取出一个子线程的反应堆实例，去处理这个cfd
    struct EventLoop* evLoop = takeWorkerEventLoop(server->mainLoop);
    // 将cfd放到 TcpConnection中处理
    tcpConnectionInit(cfd, evLoop);// ...(未完，待补充)
    return 0;
}

• 回顾eventLoopAddTask函数：如果把channel放到了mainLoop的任务队列里边，任务队列在处理的时候需要知道对这个节点做什么操作，是添加到检测集合里去，还是从检测集合里删除，还是修改检测集合里的文件描述符的事件。那么对于监听的文件描述符，当然就是添加（ADD）

// 添加任务到任务队列
int eventLoopAddTask(struct EventLoop* evLoop,struct Channel* channel,int type);

还有启动反应堆模型

// 启动反应堆模型
eventLoopRun(server->mainLoop);

>>TCP服务器初始化与线程池、事件循环的启动

知识点1：线程池的创建与启动：在初始化TcpServer时，线程池随之被创建。 启动线程池的函数是threadPoolRun函数

知识点2：事件循环的启动与任务添加：服务器启动后，需要将监听的文件描述符添加到事件循环（mainLoop反应堆）中。 添加任务的函数是eventLoopAddTask函数

知识点3：Channel的初始化与使用：获取channel实例需要调用初始化函数channelInit函数。 当读事件触发时，表示有新的客户端连接到达，需要与其建立连接。