Pistache源码分析 —— PollableQueue类

前言

PollableQueue，在普通Queue的基础之上，使用epoll和eventfd机制，实现的可监听的Queue，可以用来实现异步操作。

Pistache 没有使用std::queue,而是自己实现了一个基于 Non-intrusive MPSC node-based queue设计的队列Pistache::Queue，MPSC，即多生产者，单消费者的队列模型，无锁的设计。

Pistache::Queue 是非阻塞的，如果空队列执行pop()返回nullptr。

一般使用popSafe()，来返回数据，Safe根据的我的理解并不是线程安全，而是会帮你释放资源，具体的看Queue的实现。

PollableQueue

PollableQueue的实现还是非常简单的，主要就是新增了对eventfd的操作。PollableQueue应该不是线程安全的，但是单生产者，单消费者的情况下是可以的。

    template 
    class PollableQueue : public Queue
    {
    public:
        typedef typename Queue::Entry Entry;
        PollableQueue()
            : event_fd(-1)
        { }
        ~PollableQueue() override
        {
            if (event_fd != -1)
                close(event_fd);
        }
        bool isBound() const { return event_fd != -1; }
        Polling::Tag bind(Polling::Epoll& poller);

        template 
        void push(U&& u);

        Entry* pop() override;
        Polling::Tag tag() const;
        void unbind(Polling::Epoll& poller);
    private:
        int event_fd;
    };

• bool isBound() const
  判断PollableQueue是否，设置了eventfd，并绑定到了epoll中。
  如果没有和epoll绑定，那么PollableQueue和普通Queue没有任何区别

• Polling::Tag bind(Polling::Epoll& poller)
  初始化eventfd，并绑定到epoll上，注意这里使用了LT模式。初始化eventfd时，指定了非阻塞参数，详见eventfd。

Polling::Tag bind(Polling::Epoll& poller)
{
    using namespace Polling;

    if (isBound())
    {
        throw std::runtime_error("The queue has already been bound");
    }

    event_fd = TRY_RET(eventfd(0, EFD_NONBLOCK));
    Tag tag_(event_fd);
    poller.addFd(event_fd, Flags(NotifyOn::Read), tag_);

    return tag_;
}

• template void push(U&& u)
  向队列中写入一条数据，如果绑定了epoll，则向eventfd写入1。
  这样epoll就会收到POLLIN的事件，从而处理队列中的数据。

template 
void push(U&& u)
{
    Queue::push(std::forward(u));

    if (isBound())
    {
        uint64_t val = 1;
        TRY(write(event_fd, &val, sizeof val));
    }
}

• Entry* pop() override
  弹出一条队列头数据，同时read一下eventfd，这回导致eventfd直接清零，这样下一次read的时候就会返回EAGAIN。执行一下read是必须的，LT模式下，只要可读，就会一直触发事件，不像ET仅仅在新数据到达时才会触发。但是for循环的作用其实没有，理论上只需要read一次就可以了。需要注意，在pistache在使用上进行pop操作的时候，是不会进行push操作的，worker线程是单线程的事件循环，pop和push不会在同一个循环上使用。 上面这句话对于异步写是适用的，但是对于peerQueue而言，的确是主线程负责push，而工作线程进行pop，这样就可能引起线程安全。
  此外需要注意，pop()是重载了父类的Queue的函数，其返回值是Entry*，这是因为我们传入的数据类型，被Queue::Entry给封装了，所以pop()之后再执行entry.data()即可。或者执行popSafe()返回一个指向结果的智能指针。
  推荐使用popSafe()返回数据，因为popSafe()会释放资源，如果使用pop()需要手动释放。

Entry* pop() override
{
    auto ret = Queue::pop();
    if (isBound())
    {
        uint64_t val;
        for (;;)
        {
            ssize_t bytes = read(event_fd, &val, sizeof val);
            if (bytes == -1)
            {
                if (errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK)
                    break;
                else
                {
                    // TODO
                }
            }
        }
    }
    return ret;
}

• void unbind(Polling::Epoll& poller)
  取消绑定，需要将eventfd从epoll中移除，然后close(eventfd)

void unbind(Polling::Epoll& poller)
{
    if (event_fd == -1)
    {
        throw std::runtime_error("The mailbox is not bound");
    }

    poller.removeFd(event_fd);
    close(event_fd), event_fd = -1;
}

应用：PollableQueue peersQueue

首先看一下PeerEntry，就是存放了peer的只能指针。

struct PeerEntry
{
    explicit PeerEntry(std::shared_ptr peer_)
        : peer(std::move(peer_))
    { }

    std::shared_ptr peer;
};

我们在《Pistache源码分析 —— Server的初始化和请求处理》中，描述了peersQueue的使用：

• 主线程处理新连接的最后一步就是将新连接的peer添加到peerQueue中：

PeerEntry entry(peer);
peersQueue.push(std::move(entry));

• 然后worker线程的epoll就会监听到，并开始执行事件处理函数：

else if (entry.getTag() == peersQueue.tag())
{
    handlePeerQueue();
}

• peersQueue中可能包含了多个数据，因为第一步可能执行了多次，显然概率不大

void Transport::handlePeerQueue()
{
    for (;;)
    {
        auto data = peersQueue.popSafe();
        if (!data)
            break;

        handlePeer(data->peer);
    }
}

需要注意这里使用的是peersQueue.popSafe();