boost::asio基本使用

一、Asio网络库

  截止到C++17,C++标准库都没有加入网络通信库。实际项目网络编程是非常常见的功能,直接使用操作系统API是低效率且不稳定的,比较好的方法是借助第三方成熟可靠的网络库。据我所知C++中目前比较有名的网络库有ACE、libevent和boost.Asio,这三个库都是跨平台的,各有特色,对于一般的应用来说,使用这些库都是没什么问题。由于C++标准库和boost库的亲缘关系,我经常使用boost中其它的库,所以选择了Asio库。在网络上搜索了大家对Asio的评价,发现Asio库作为跨平台的网络库还是相当优秀的。

  Linux系统高效网络I/O是epoll,windows系统高效的网络I/O是iocp,epoll是一种同步I/O复用技术,iocp是异步I/O。同步I/O指内核通知应用程序数据有了,应用程序可以获取了;异步I/O是内核负责读数据,读好后通知应用程序可以用了。所以一般来说异步I/O相比同步I/O的效率更高一些,但是Linux中异步I/O(aio)并不比epoll高效。为了使的Asio库跨平台,最终Asio选择Linux系统在epoll的基础上用iocp的思想的封装一层,这在一定上损失了Linux平台I/O的效率。总的来说Asio网络通信库是主动器模式(proactor),而libevent使用的是reactor模式。

二、反应器模式/主动器模式

  反应器是比较容易理解的I/O模式,也是使用比较多的模式。主要内容来自于《IO设计模式:Reactor和Proactor对比》。

Reactor包含如下角色:

  • Handle 句柄;用来标识socket连接或是打开文件;
  • Synchronous Event Demultiplexer:同步事件多路分解器:由操作系统内核实现的一个函数;用于阻塞等待发生在句柄集合上的一个或多个事件;(如select/epoll;)
  • Event Handler:事件处理接口
  • Concrete Event HandlerA:实现应用程序所提供的特定事件处理逻辑;
  • Reactor:反应器,定义一个接口,实现以下功能: 
    1)供应用程序注册和删除关注的事件句柄; 
    2)运行事件循环; 
    3)有就绪事件到来时,分发事件到之前注册的回调函数上处理;

Proactor主动器模式包含如下角色

  • Handle 句柄;用来标识socket连接或是打开文件;
  • Asynchronous Operation Processor:异步操作处理器;负责执行异步操作,一般由操作系统内核实现;
  • Asynchronous Operation:异步操作
  • Completion Event Queue:完成事件队列;异步操作完成的结果放到队列中等待后续使用
  • Proactor:主动器;为应用程序进程提供事件循环;从完成事件队列中取出异步操作的结果,分发调用相应的后续处理逻辑;
  • Completion Handler:完成事件接口;一般是由回调函数组成的接口;
  • Concrete Completion Handler:完成事件处理逻辑;实现接口定义特定的应用处理逻辑;

  主动和被动以主动写为例,Reactor将handle放到select(),等待可写就绪,然后调用write()写入数据;写完处理后续逻辑;Proactor调用aoi_write后立刻返回,由内核负责写操作,写完后调用相应的回调函数处理后续逻辑;可以看出,Reactor被动的等待指示事件的到来并做出反应;它有一个等待的过程,做什么都要先放入到监听事件集合中等待handler可用时再进行操作;Proactor直接调用异步读写操作,调用完后立刻返回。

三、基本使用

1.基本的同步客户端架构

1 using boost::asio;
2 io_service service;
3 ip::tcp::endpoint ep( ip::address::from_string("127.0.0.1"), 2001);
4 ip::tcp::socket sock(service);
5 sock.connect(ep);

2.基本的同步服务器架构

 1 typedef boost::shared_ptr<ip::tcp::socket> socket_ptr;
 2 io_service service;
 3 ip::tcp::endpoint ep( ip::tcp::v4(), 2001)); // listen on 2001
 4 ip::tcp::acceptor acc(service, ep);
 5 while ( true) {
 6     socket_ptr sock(new ip::tcp::socket(service));
 7     acc.accept(*sock);
 8     boost::thread( boost::bind(client_session, sock));
 9 }
10 void client_session(socket_ptr sock) {
11     while ( true) {
12         char data[512];
13         size_t len = sock->read_some(buffer(data));
14         if ( len > 0)
15             write(*sock, buffer("ok", 2));
16     }

3.基本的异步客户端架构

1 using boost::asio;
2 io_service service;
3 ip::tcp::endpoint ep( ip::address::from_string("127.0.0.1"), 2001);
4 ip::tcp::socket sock(service);
5 sock.async_connect(ep, connect_handler);
6 service.run();
7 void connect_handler(const boost::system::error_code & ec) {
8     // 如果ec返回成功我们就可以知道连接成功了
9 }

4.基本的异步服务器架构

 1 using boost::asio;
 2 typedef boost::shared_ptr<ip::tcp::socket> socket_ptr;
 3 io_service service;
 4 ip::tcp::endpoint ep( ip::tcp::v4(), 2001)); // 监听端口2001
 5 ip::tcp::acceptor acc(service, ep);
 6 socket_ptr sock(new ip::tcp::socket(service));
 7 start_accept(sock);
 8 service.run();
 9 void start_accept(socket_ptr sock) {
10     acc.async_accept(*sock, boost::bind( handle_accept, sock, _1) );
11 }
12 void handle_accept(socket_ptr sock, const boost::system::error_code &
13 err) {
14     if ( err) return;
15     // 从这里开始, 你可以从socket读取或者写入
16     socket_ptr sock(new ip::tcp::socket(service));
17     start_accept(sock);
18 }

参考:IO设计模式:Reactor和Proactor对比

《Boost.Asio C++网络编程》

时间: 2024-10-20 14:42:55

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