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目标网络编程关注的问题连接的建立连接的断开消息的到达消息发送完毕
网络 IO 职责检测 IO检测 io剖析
操作 IO
阻塞IO 和 非阻塞IOIO 多路复用epoll结构以及接口
reactor编程连接建立连接断开数据到达数据发送完毕
reactor 应用：后续补充源码解析单 reacrtor多 reactor（one eventloop per thread）多线程多进程
目标
明白网络模块要处理那些事情reactor 是怎么处理这些事情的reactor 如何封装的网络模块与业务逻辑的关系如何优化 reactor
网络编程关注的问题
连接的建立
分为两种： 服务端处理接收客户端的连接； 服务端作为客户端连接第三方服务（如数据库）
int clientfd = accept(listenfd, addr, sz);
// 举例为非阻塞io，阻塞io成功直接返回0；
int connectfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
int ret = connect(connectfd, (struct sockaddr
*)&addr, sizeof(addr));
// ret == -1 && errno == EINPROGRESS 正在建立连接
// ret == -1 && errno = EISCONN 连接建立成功
连接的断开
分为两种: 主动断开 被动断开
// 主动关闭
close(fd);
shutdown(fd, SHUT_RDWR);
// 主动关闭本地读端，对端写段关闭
shutdown(fd, SHUT_RD);
// 主动关闭本地写端，对端读段关闭
shutdown(fd, SHUT_WR);
// 被动：读端关闭
// 有的网络编程需要支持半关闭状态
int n = read(fd, buf, sz);
if (n == 0) {
close_read(fd);
// write()
// close(fd);
}
// 被动：写端关闭
int n = write(fd, buf, sz);
if (n == -1 && errno == EPIPE) {
close_write(fd);
// close(fd);
}
消息的到达
从缓冲区中读取数据
int n = read(fd, buf, sz);
if (n < 0) { // n == -1
if (errno == EINTR || errno == EWOULDBLOCK)
break;
close(fd);
} else if (n == 0) {
close(fd);
} else {
// 处理 buf
}
消息发送完毕
往缓冲区中写数据
int n = write(fd, buf, dz);
if (n == -1) {
if (errno == EINTR || errno == EWOULDBLOCK) {
return;
}
close(fd);
}
网络 IO 职责
检测 IO
io 函数本身可以检测 io的状态；但是只能检测一个 fd对应的状态； io 多路复用可以同时检测多个 io的状态； 区别： io 函数可以检测具体的状态，io 多路复用只能检测出可读、可写、错误、断开等笼统的事件
检测 io剖析
io 函数和系统调用中都有用到 检测 io。主要功能就是检测 io 是否就绪，如果对应到 socket 网络通信来说每个函数检测的部分如下：
acccept();//检测全连接队列是否有数据：
//第 1 次握手:将数据放到半连接队列
//第 3 次握手:将数据放入全连接队列
connect();//检测是否收到 ACK，收到 ACK 就代表 IO 就绪，连接成功
//第 2 次握手成功，就表示 client 连接成功
read = 0; //检测 buf 是否含有 EOF 标记
//关闭连接时，会往对应的缓冲区写入 EOF，读到 EOF 就会返回 0
write //就是把数据写到 send_buf 缓冲区中，至于数据什么时候写，以什么形式写，何时到达对端，都是根绝协议栈来决定的
操作 IO
只能使用 io 函数来进行操作；分为两种操作方式： 阻塞 io 非阻塞 io
阻塞IO 和 非阻塞IO
阻塞在网络线程连接的 fd阻塞属性决定了 io函数是否阻塞具体差异在：io 函数在数据未到达时是否立刻返回
// 默认情况下，fd 是阻塞的，设置非阻塞的方法如下；
int flag = fcntl(fd, F_GETFL, 0);
fcntl(fd, F_SETFL, flag | O_NONBLOCK);
详细分析可以看I/O详解与五种网络I/O模型
IO 多路复用
io 多路复用只负责检测io，不负责操作 io int n = epoll_wait(epfd, evs, sz, timeout); timeout = -1 一直阻塞直到网络事件到达； imeout = 0 不管是否有事件就绪立刻返回； timeout = 1000 最多等待 1 s，如果1 s内没有事件触发则返回；
详细分析可以看I/O详解与五种网络I/O模型
epoll
结构以及接口
struct eventpoll {
// ...
struct rb_root rbr; // 管理 epoll 监听的事件
struct list_head rdllist; // 保存着 epoll_wait
返回满⾜条件的事件
// ...
};
struct epitem {
// ...
struct rb_node rbn; // 红⿊树节点
struct list_head rdllist; // 双向链表节点
struct epoll_filefd ffd; // 事件句柄信息
struct eventpoll *ep; // 指向所属的eventpoll对
象
struct epoll_event event; // 注册的事件类型
// ...
};
struct epoll_event {
__uint32_t events; // epollin epollout
epollel(边缘触发)
epoll_data_t data; // 保存 关联数据
};
typedef union epoll_data {
void *ptr;
int fd;
uint32_t u32;
uint64_t u64;
}epoll_data_t;
int epoll_create(int size);
/**
op:
EPOLL_CTL_ADD
EPOLL_CTL_MOD
EPOLL_CTL_DEL
event.events:
EPOLLIN 注册读事件
EPOLLOUT 注册写事件
EPOLLET 注册边缘触发模式，默认是水平触发
*/
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event* event);
/**
events[i].events:
EPOLLIN 触发读事件
EPOLLOUT 触发写事件
EPOLLERR 连接发生错误
EPOLLRDHUP 连接读端关闭
EPOLLHUP 连接双端关闭
*/
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event*
events, int maxevents, int timeout);
调用 epoll_create 会创建一个 epoll对象； 调用 epoll_ctl 添加到 epoll 中的事件都会与网卡驱动程序建立回调关系，相应事件触发是会调用回调函数(ep_poll_callback)，将触发的事件拷贝到 rdlist 双向链表中； 调用 epoll_wait 将会把 rdlist 中就绪事件拷贝到用户态中；
reactor编程
reactor为什么要引入 IO多路复用？ Q: 什么是 IO 复用，IO 多路复用是否具有操作 具体连接的 IO功能？ A: IO 多路复用只有检测 IO 的功能，能检测多条连接是否 IO 就绪，但是不具备 IO 操作的功能，无法操作 IO 数据 Q: 为什么要把 IO 检测的功能丢给 IO 多路复用去做，而不是 IO 函数自己来做？ A: 主要是为了提升性能，因为在大部分情况下，大会部分连接是没有交互的。 提升性能的原因如下，就 IO 是否阻塞的情况进行分析：
阻塞 IO ：若 IO 有自己检测，那么就代表每条 连接需要一条线程来处理非阻塞 IO ：每个 IO 都需要调用 while 循环在应用层检测
reactor 把对 IO 的处理转换成对事件的处理：
注册 IO 就绪事件，注册到 IO 多路复用之中。注册具体事件时，会绑定一个回调函数，当事件发生时调用该回调函数，并在回调函数中操作具体的 IOepoll_wait 收集事件，处理事件（通常是封装为事件循环）
reactor中用到了 IO 多路复用 和 非阻塞 IO，他们分别用到了 IO的哪种功能？
IO 多路复用 ：检测 IO非阻塞 IO：操作 IO
reactor 为什么要搭配非阻塞 IO？
多线程环境：将一个 listen放到多个 epoll中处理，如果此时有三个县城响应了，但是只会有一个线程抢到执行权，其余的线程就会一直被阻塞边缘触发：读事件出发时，如果 read 在一次事件中把 read_buf 读空后再 read，就会阻塞线程用select产生的bug：当一个数据到达时，select会报告读事件，但是数据可能没有通过校验和检测——所以该事件会被丢弃。但此时 select 已经上报读事件了，此时如果用的是阻塞 IO 去读，就会造成阻塞线程
Q: 是不是 IO 多路复用一定要搭配 非阻塞 IO？ A: 不一定：例如 MySQL
连接建立
// 一、处理客户端的连接
// 1. 注册监听 listenfd 的读事件
struct epoll_event ev;
ev.events |= EPOLLIN;
epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_ADD, listenfd, &ev);
// 2. 当触发 listenfd 的读事件，调用 accept 接收新的连
接
int clientfd = accept(listenfd, addr, sz);
struct epoll_event ev;
ev.events |= EPOLLIN;
epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_ADD, clientfd, &ev);
// 二、处理连接第三方服务
// 1. 创建 socket 建立连接
int connectfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
connect(connectfd, (struct sockaddr *)&addr,
sizeof(addr));
// 2. 注册监听 connectfd 的写事件
struct epoll_event ev;
ev.events |= EPOLLOUT;
epoll_ctl(efd, EPOLL_CTL_ADD, connectfd, &ev);
// 3. 当 connectfd 写事件被触发，连接建立成功
if (status == e_connecting && e->events &
EPOLLOUT) {
status == e_connected;
// 这里需要把写事件关闭
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, connectfd,
NULL);
}
连接断开
if (e->events & EPOLLRDHUP) {
// 读端关闭
close_read(fd);
close(fd);
}
if (e->events & EPOLLHUP) {
// 读写端都关闭
close(fd);
}
数据到达
// reactor 要用非阻塞io
// select
if (e->events & EPOLLIN) {
while (1) {
int n = read(fd, buf, sz);
if (n < 0) {
if (errno == EINTR)
continue;
if (errno == EWOULDBLOCK)
break;
close(fd);
} else if (n == 0) {
close_read(fd);
// close(fd);
}
// 业务逻辑了
}
}
数据发送完毕
int n = write(fd, buf, dz);
if (n == -1) {
if (errno == EINTR)
continue;
if (errno == EWOULDBLOCK) {
struct epoll_event ev;
ev.events = EPOLLOUT;
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &ev);
return;
}
close(fd);
}
// ...
if (e->events & EPOLLOUT) {
int n = write(fd, buf, sz);
//...
if (n == sz) {
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, fd, NULL);
}
}
reactor 应用：后续补充源码解析
The reactor design pattern is an event handling pattern （事件处理模式）for handling service requests delivered concurrently to a service handler by one or more inputs （处理一个或多个并发传递到服务端的服务请求）. The service handler then demultiplexes the incoming requests and dispatches them synchronously （同步）to the associated request handlers.
单 reacrtor
多 reactor（one eventloop per thread）
多线程
多进程
参考阅读
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