A Tiny Network Library

Tiny C++ Network Library

Part Ⅰ	Part Ⅱ	Part Ⅲ	Part Ⅳ	Part Ⅴ	Part Ⅵ	Part Ⅶ
項目介紹	項目特點	開發環境	並發模型	構建項目	運行案例	模塊講解

項目介紹

本項目是參考muduo 實現的基於Reactor 模型的多線程網絡庫。使用C++ 11 編寫去除muduo 對boost 的依賴，內部實現了一個小型的HTTP 服務器，可支持GET 請求和靜態資源的訪問，且附有異步日誌監控服務端情況。

項目已經實現了Channel 模塊、Poller 模塊、事件循環模塊、HTTP 模塊、定時器模塊、異步日誌模塊、內存池模塊、數據庫連接池模塊。

項目特點

• 底層使用Epoll + LT 模式的I/O 復用模型，並且結合非阻塞I/O 實現主從Reactor 模型。
• 採用「one loop per thread」線程模型，並向上封裝線程池避免線程創建和銷毀帶來的性能開銷。
• 採用eventfd 作為事件通知描述符，方便高效派發事件到其他線程執行異步任務。
• 基於自實現的雙緩衝區實現異步日誌，由後端線程負責定時向磁盤寫入前端日誌信息，避免數據落盤時阻塞網絡服務。
• 基於紅黑樹實現定時器管理結構，內部使用Linux 的timerfd 通知到期任務，高效管理定時任務。
• 遵循RAII 手法使用智能指針管理內存，減小內存洩露風險。
• 利用有限狀態機解析HTTP 請求報文。
• 參照Nginx 實現了內存池模塊，更好管理小塊內存空間，減少內存碎片。
• 數據庫連接池可以動態管理連接數量，及時生成或銷毀連接，保證連接池性能。

開發環境

• 操作系統： Ubuntu 18.04.6 LTS
• 編譯器： g++ 7.5.0
• 編輯器： vscode
• 版本控制： git
• 項目構建： cmake 3.10.2

並發模型

項目採用主從Reactor 模型，MainReactor 只負責監聽派發新連接，在MainReactor 中通過Acceptor 接收新連接並輪詢派發給SubReactor，SubReactor 負責此連接的讀寫事件。

調用TcpServer 的start 函數後，會內部創建線程池。每個線程獨立的運行一個事件循環，即SubReactor。 MainReactor 從線程池中輪詢獲取SubReactor 並派發給它新連接，處理讀寫事件的SubReactor 個數一般和CPU 核心數相等。使用主從Reactor 模型有諸多優點：

1. 響應快，不必為單個同步事件所阻塞，雖然Reactor 本身依然是同步的；
2. 可以最大程度避免複雜的多線程及同步問題，並且避免多線程/進程的切換；
3. 擴展性好，可以方便通過增加Reactor 實例個數充分利用CPU 資源；
4. 復用性好，Reactor 模型本身與具體事件處理邏輯無關，具有很高的複用性；

構建項目

安裝Cmake

sudo apt-get update
sudo apt-get install cmake

下載項目

git clone [email protected]:Shangyizhou/tiny-network.git

執行腳本構建項目

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

運行案例

這里以一個簡單的迴聲服務器作為案例， EchoServer默認監聽端口為8080 。

 cd ./example
./EchoServer

執行情況：

http模塊有一個小型的HTTP服務器案例，也可以執行。其默認監聽8080 ：

 cd ./src/http && ./HttpServer

模塊講解

這裡的某些模塊會配置muduo 源碼講解，有些使用的是本項目的源碼，不過實現思路是一致的。

Channel模塊

Poller模塊

EventLoop模塊

Buffer模塊

定時器模塊

HTTP模塊

異步日誌模塊

內存池模塊

數據庫連接池模塊

優化計劃

1. 計劃使用std::chrono 實現底層時間戳
2. 使用優先級隊列管理定時器結構
3. 覆蓋更多的單元測試

感謝

• 《Linux高性能服務器編程》
• 《Linux多線程服務端編程：使用muduo C++網絡庫》
• https://github.com/chenshuo/muduo