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Tiny C++ Network Library

Part Ⅰ Part Ⅱ Part Ⅲ Part Ⅳ Part Ⅴ Part Ⅵ Part Ⅶ
项目介绍 项目特点 开发环境 并发模型 构建项目 运行案例 模块讲解

项目介绍

本项目是参考 muduo 实现的基于 Reactor 模型的多线程网络库。使用 C++ 11 编写去除 muduo 对 boost 的依赖,内部实现了一个小型的 HTTP 服务器,可支持 GET 请求和静态资源的访问,且附有异步日志监控服务端情况。

项目已经实现了 Channel 模块、Poller 模块、事件循环模块、HTTP 模块、定时器模块、异步日志模块、内存池模块、数据库连接池模块。

项目特点

  • 底层使用 Epoll + LT 模式的 I/O 复用模型,并且结合非阻塞 I/O 实现主从 Reactor 模型。
  • 采用「one loop per thread」线程模型,并向上封装线程池避免线程创建和销毁带来的性能开销。
  • 采用 eventfd 作为事件通知描述符,方便高效派发事件到其他线程执行异步任务。
  • 基于自实现的双缓冲区实现异步日志,由后端线程负责定时向磁盘写入前端日志信息,避免数据落盘时阻塞网络服务。
  • 基于红黑树实现定时器管理结构,内部使用 Linux 的 timerfd 通知到期任务,高效管理定时任务。
  • 遵循 RALL 手法使用智能指针管理内存,减小内存泄露风险。
  • 利用有限状态机解析 HTTP 请求报文。
  • 参照 Nginx 实现了内存池模块,更好管理小块内存空间,减少内存碎片。
  • 数据库连接池可以动态管理连接数量,及时生成或销毁连接,保证连接池性能。

开发环境

  • 操作系统:Ubuntu 18.04.6 LTS
  • 编译器:g++ 7.5.0
  • 编辑器:vscode
  • 版本控制:git
  • 项目构建:cmake 3.10.2

并发模型

image.png

项目采用主从 Reactor 模型,MainReactor 只负责监听派发新连接,在 MainReactor 中通过 Acceptor 接收新连接并轮询派发给 SubReactor,SubReactor 负责此连接的读写事件。

调用 TcpServer 的 start 函数后,会内部创建线程池。每个线程独立的运行一个事件循环,即 SubReactor。MainReactor 从线程池中轮询获取 SubReactor 并派发给它新连接,处理读写事件的 SubReactor 个数一般和 CPU 核心数相等。使用主从 Reactor 模型有诸多优点:

  1. 响应快,不必为单个同步事件所阻塞,虽然 Reactor 本身依然是同步的;
  2. 可以最大程度避免复杂的多线程及同步问题,并且避免多线程/进程的切换;
  3. 扩展性好,可以方便通过增加 Reactor 实例个数充分利用 CPU 资源;
  4. 复用性好,Reactor 模型本身与具体事件处理逻辑无关,具有很高的复用性;

构建项目

安装Cmake

sudo apt-get update
sudo apt-get install cmake

下载项目

git clone git@github.com:Shangyizhou/tiny-network.git

执行脚本构建项目

cd ./tiny-network && bash build.sh

运行案例

这里以一个简单的回声服务器作为案例,EchoServer默认监听端口为8080

cd ./example
./EchoServer

执行情况:

img

http模块有一个小型的HTTP服务器案例,也可以执行。其默认监听8080

cd ./src/http && ./HttpServer

img

模块讲解

这里的某些模块会配置 muduo 源码讲解,有些使用的是本项目的源码,不过实现思路是一致的。

Channel模块

Poller模块

EventLoop模块

Buffer模块

定时器模块

HTTP模块

异步日志模块

内存池模块

数据库连接池模块

优化计划

  1. 计划使用 std::chrono 实现底层时间戳
  2. 使用优先级队列管理定时器结构
  3. 覆盖更多的单元测试

感谢