【Linux多线程服务端编程】| 【06】TCP网络编程及五个应用示例

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我是靠谱客的博主隐形流沙，最近开发中收集的这篇文章主要介绍【Linux多线程服务端编程】| 【06】TCP网络编程及五个应用示例，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

文章目录

- 1 由来
- 2 TCP网络编程注意事项
- TCP_SERVER封装
- 3 TCP简单示例
- - - 3.1 discard
    - 3.2 daytime
    - 3.3 time
    - 3.4 echo
    - 3.5 chargen
    - 3.6 总述

1 由来

socket编程时，使用并不难，但容易忽略问题，出现错误，因此封装后以此来降低开发难度；

2 TCP网络编程注意事项

【TCP网络编程最本质的是处理三个半事件】

【1】连接的建立，包括服务端accept新连接和客户端成功发起connect；TCP连接一旦建立，cs是平等的，可以各自收发数据；
【2】连接的断开，包括主动断开close、shutdown和被动断开 read返回0；
【3】消息到达，文件描述符可读，是最为重要的一个事件；
【3.5】消息发送完毕，这算半个。低流量的服务，可不关心该事件；“发送完毕”是指将数据写入操作系统的缓冲区，将由TCP协议栈负责数据的发送与重传，不代表对方已经收到数据；

【3.5中有许多细节要注意】

【若要主动关闭连接，如何保证对方已收到全部数据？】
【若应用层有缓冲，如何保证先发送完缓冲区中的数据，在断开连接？】
【若主动发起连接，但对方主动拒绝，如何定期重试？】
【电平触发，需要什么时候关注EPOLLOUT事件？会不会造成busy-loop】
【边沿触发，如何防止漏读造成饥饿？】
【epoll一定比poll快吗】
【在非阻塞网络中，为什么要使用应用层发送缓冲区？若有40Kb数据要发送，但系统的TCP发送缓冲区只剩25K空间，剩下的15KB咋办？】
- 在等待OS buf可用，回阻塞当前线程，由于不清楚对方何时收到并读取数据，故网络库需要将15KB缓存，放到TCP链接的应用层发送缓冲区，等待socket可写立刻发送数据，该发送操作不会阻塞；若还有数据要发送，则追加到缓冲区；
【非阻塞网络中，为什么用应用层接收缓冲区？若一次读到的数据不够一个完成包，则已读到的包是否需要暂存，等数据都收到在一并处理？】
在非阻塞网络中，如何设计并使用缓冲区？需要考虑减少系统调用，数据一次读多点，且需要考虑内存占用；

TCP_SERVER封装

【主要数据成员】

m_socks：存储已连接的套接字；
m_worker：工作线程；
m_acceptWorker：用于处理连接的线程；
m_recvTimeout：接收超时时间；
m_name：服务器类型；
m_stop：服务是否停止；

【主要成员函数】

构造函数：默认初始化两个工作线程；
析构函数：将所有套接字都关闭，并清空套接字列表，避免引用计数无法释放；
bind：提供单个地址或多个地址绑定、监听；
start：启动TcpServer开始accept客户端；
stop：取消套接字的所有事件、并关闭；
handleClient：为虚函数，具体实现交给子类，当连接后，对如何响应客户端，如何处理客户端的请求；
startAccept：为虚函数，处理连接客户端；

class TcpServer : public std::enable_shared_from_this<TcpServer> , Noncopyable{
public:
    typedef std::shared_ptr<TcpServer> ptr;
    TcpServer(sylar::IOManager* woker = sylar::IOManager::GetThis(),
                sylar::IOManager* accept_woker = sylar::IOManager::GetThis());
    virtual ~TcpServer();

    virtual bool bind(sylar::Address::ptr addr);
    virtual bool bind(const std::vector<Address::ptr>& addrs
                      ,std::vector<Address::ptr>& fails);
    virtual bool start();
    virtual void stop();

    uint64_t getReadTimeout() const { return m_recvTimeout; }
    std::string getName() const { return m_name; }
    void setReadTimeout(uint64_t v) { m_recvTimeout = v; }
    void setName(const std::string& v) { m_name = v; }

    bool isStop() const { return m_stop; }

protected:
    virtual void handleClient(Socket::ptr client);

    virtual void startAccept(Socket::ptr sock);
private:
    std::vector<Socket::ptr> m_socks;
    IOManager* m_worker;
    IOManager* m_acceptWorker;
    uint64_t m_recvTimeout;
    std::string m_name;
    bool m_stop;
};

3 TCP简单示例

3.1 discard

丢弃所有收到的数据，为最简单的TCP协议；


#ifndef __DISCARD_SERVER_H__
#define __DISCARD_SERVER_H__

#include "sylar/tcp_server.h"

namespace sylar {
namespace http {

class Discard: public TcpServer {
public:
    typedef std::shared_ptr<Discard> ptr;

    Discard(sylar::IOManager* worker = sylar::IOManager::GetThis()
               ,sylar::IOManager* accept_worker = sylar::IOManager::GetThis());

protected:
    virtual void handleClient(Socket::ptr client) override;
};

}
}

#endif
=============================cpp=================================

static sylar::Logger::ptr g_logger = SYLAR_LOG_NAME("system");

Discard::Discard(sylar::IOManager* worker, sylar::IOManager* accept_worker)
               : TcpServer(worker, accept_worker){
        setName("discard");
}

void Discard::handleClient(Socket::ptr client) {
    char buf[1024] = {0};
    do {
        int rt = client->recv(buf, 1024);
        SYLAR_LOG_INFO(g_logger) << getName() << " recv size: " << rt;
        if(!client->isConnected() || !strncmp(buf, "q", 1)) {
            SYLAR_LOG_INFO(g_logger) << getName() << "close";
            break;
        }
}

在这里插入图片描述

3.2 daytime

短链接协议，发生完当前时间后，由服务端主动断开连接；

class DayTime: public TcpServer {
public:
    typedef std::shared_ptr<DayTime> ptr;

    DayTime(sylar::IOManager* worker = sylar::IOManager::GetThis()
               ,sylar::IOManager* accept_worker = sylar::IOManager::GetThis());

    void getTime();

protected:
    virtual void handleClient(Socket::ptr client) override;

private:
    struct tm m_tm;
    char m_time[128];
};

static sylar::Logger::ptr g_logger = SYLAR_LOG_NAME("system");

DayTime::DayTime(sylar::IOManager* worker, sylar::IOManager* accept_worker)
               : TcpServer(worker, accept_worker){
        setName("daytime Server");
}

void DayTime::getTime() {
    time_t t = time(0);
    localtime_r(&t, &m_tm);
    strftime(m_time, sizeof(m_time), "%Y-%m-%d %H:%M:%S", &m_tm);
    m_time[sizeof(m_time)] = 'n';
}


void DayTime::handleClient(Socket::ptr client) {
    if(client->isConnected()) { 
        getTime();
        client->send(m_time, sizeof(m_time)+1);
        SYLAR_LOG_INFO(g_logger) << getName() << " send msg: " << m_time;
    }
}

在这里插入图片描述

3.3 time

类似daytime，返回32bit整数，发送时间后，关闭连接；

time客户端

3.4 echo

双向协议，服务端把客户端的消息返回；
当读到数据即发送，避免客户端恶意发送，导致服务端内存暴涨；

void Echo::handleClient(Socket::ptr client) {
    do {
        char buf[1024] = {0};
        int rt = client->recv(buf, sizeof(buf));
        SYLAR_LOG_INFO(g_logger) << getName() << " recv size: " << rt 
                << "content: " << buf;
        if(!client->isConnected() || !strncmp(buf, "q", 1)) {
            SYLAR_LOG_INFO(g_logger) << getName() << "close";
            break;
        }
        client->send(buf, sizeof(buf));
    } while(true);

在这里插入图片描述

3.5 chargen

该协议只发送数据，不接收数据，发送数据不能快于客户端接收速度，还需要用到流量统计功能，定时器功能；

在这里插入图片描述


void Chargen::handleClient(Socket::ptr client) {
    char buf[1024] = "Hellon";
    do {
        client->send(buf, sizeof(buf));
        SYLAR_LOG_INFO(g_logger) << getName() << " send msg: " << buf; 
        if(!client->isConnected() || !strncmp(buf, "q", 1)) {
            SYLAR_LOG_INFO(g_logger) << getName() << "close";
            break;
        }
    } while(true);
}