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 IO
epoll_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
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
