C++（九）-Reactor结构

一、Reactor的基本概念

一、问题回顾

1、端口复用、地址复用使用什么函数进行设置？参数是什么？

2、IO多路复用的形式有哪三种？

3、select对应的函数接口、使用方式如何？有什么特点？优缺点？

4、poll对应的函数接口、使用方式如何？有什么特点？优缺点？

5、epoll的函数借楼、使用方式如何？有什么特点？优缺点？

6、有哪五种网络IO模型？

二、ReactorV1版本

1、类的设计过程

Socket类：所有与套接字相关的操作全部封装到该类中。包括：套接字的创建、套接字的关闭、套接字的获取。

InetAddress类：将所有与地址相关的操作全部封装到该类中。包括：ip地址的获取、端口号的获取以及通过ip与端口号创建InetAddress类的对象、包括struct sockaddr_in变量的获取。

Acceptor类：将所有服务器的主要函数全部封装到该类中。包括：地址复用、端口复用、bind函数、listen函数、accept函数。只要Acceptor类调用了accept函数就表明三次握手建立成功。

TcpConnection类：如果Acceptor类调用accept函数有正确的返回结构，就表明三次握手建立成功，就可以创建一条连接，该连接就是TcpConnection连接，就可以用该连接发送数据，即send数据，与接收数据，即receive数据。

SocketIO类：该类的作用就是为了完成数据的真正的收发。也就是完成系统调用read/recv/write/send的封装。还需要具体进行封装数据的收发数据量。

首先，客户端与服务器进行连接，就是客户端发送数据，服务器接收数据，然后服务器对数据进行处理后再发送给客户端。很明显，首先便是需要创建套接字连接，然后找到对应的ip地址和端口号，确保发送成功。然后服务器进行操作。就像bind,listen,accept函数都调用一遍，而且一般来说肯定不只是一台客户端，所以你应该支持多台客户端都可以与服务器进行连接，这样你就需要进行地址复用和端口复用。然后，建立连接后，就需要对数据进行操作，发送数据和接收数据，发送数据是send函数，接收数据是receive函数。除此之外，这些数据还需要进行处理，这个处理就是读写操作。

根据上面这整个流程，我们可以将它分开，比如，与套接字有关的抽象成一个类，与地址有关的抽象成一个类，还有服务器的主要函数抽象一个类，还有你建立连接的过程也抽象一个类，还有根据单一功能原则，数据的封装和修改这里最好也抽象成一个类。那么这个过程就可以根据面向对象的方法抽象成几个不同的类，然后再进行操作。

2、类图设计

3、重难点

==recv使用MSG_PEEK数据是从内核态缓存区拷贝到用户态缓冲区，但是数据在内核态缓冲区中还存在。如果直接使用read，那么数据会从内核态缓冲区被读取到用户态，并给数据在内核态会被清空。==

一、ReactorV2版本（==重难点==）

1、TCP网络编程最本质的是处理三个半事件

连接建立：包括服务器端被动接受连接（accept）和客户端主动发起连接（connect）。TCP连接一旦建立，客户端和服务端就是平等的，可以各自收发数据。(三次握手)
连接断开：包括主动断开（close、shutdown）和被动断开（read()返回0）。（四次挥手）
消息到达：文件描述符可读。这是最为重要的一个事件，对它的处理方式决定了网络编程的风格（阻塞还是非阻塞，如何处理分包，应用层的缓冲如何设计等等）。
消息发送完毕：这算半个。对于低流量的服务，可不必关心这个事件；另外，这里的“发送完毕”是指数据写入操作系统缓冲区（内核缓冲区），将由TCP协议栈负责数据的发送与重传，不代表对方已经接收到数据。

2、类图设计

3、代码难点（==重难点==）

3.1、键值对的数据成员

3.2、EventLoop中三个回调数据成员

3.3、EventLoop中三个回调的注册

3.4、EventLoop构造函数中监听 fd

3.5、获取vector首元素的地址

3.6、waitEpollFd的实现

3.7、handleNewConnection的实现（==重要==）

3.8、EventLoop中的handleMessage

3.9、TcpConnection中注册回调函数做数据成员

3.10、TcpConnection中的三个回调函数的注册

3.11、防止智能指针的误用

二、ReactorV3版本

1、类图的设计

第三个版本就是在第二个版本的基础上进行了封装。

2、代码解析

2.1、子对象的初始化

2.2、服务器的启动

2.3、三个回调函数同时注册

三、ReactorV4版本

1、v3版本的瓶颈

当业务逻辑比较复杂的时候，就需要CPU大量参与进来，但是本版本中，接收数据、传输数据以及发送数据是串行执行的，所以需要将业务逻辑的处理交给线程池做。

2、V4版本的逻辑图

四、eventfd的使用

1、作用

eventfd可以在进程或者线程之间进行通信。

2、函数接口

#include <sys/eventfd.h>

int eventfd(unsigned int initval, int flags);
//initval：初始化计数器值，该值保存在内核
//flags:如果是2.6.26或之前版本的内核，flags 必须设置为0。
//flags支持以下标志位：
//EFD_NONBLOCK      类似于使用O_NONBLOCK标志设置文件描述符。
//EFD_CLOEXEC  类似open以O_CLOEXEC标志打开， O_CLOEXEC 应该表示执行exec()时，之前通过open()打开的文件描述符会自动关闭.

//返回值：函数返回一个文件描述符，与打开的其他文件一样，可以进行读写操作

//eventfd返回的文件描述符是可以被read/write读写的，也可以被IO多路复用进行监听select/poll/epoll

write操作eventfd返回的文件描述符，可以将内核计数器进行累加，但是如果只要read一次eventfd返回的文件描述符，就可以将内核计数器的值清空。

同时我们看成eventfd可以在进程之间进行通信。

3、封装eventfd

3.1、类图

3.2、代码难点

3.2.1、EventFd的start函数实现

3.2.2、自己构建新的线程，然后主子线程之间通信

一、ReactorV4版本

1、类图设计

2、代码难点

2.1、TcpConnection中的sendInLoop函数

2.2、EventLoop中的runInLoop

2.3、EventLoop中的doPengdingFunctors

2.4、测试代码中的回调函数onMessage与线程池的关系

2.5、MyTask中的process的分析

3、流程图

一、ReactorV5版本

1、类图设计

二、timerfd的封装

1、timerfd的基本特征

timerfd是Linux提供的一个定时器接口。这个接口基于文件描述符，通过文件描述符的可读事件进行超时通知，所以能够被用于select/poll/epoll的应用场景

2、函数接口

#include <sys/timerfd.h>
int timerfd_create(int clockid, int flags);
//功能：该函数生成一个定时器对象，返回与之关联的文件描述符。

//参数详解：
//clockid:可设置为
//CLOCK_REALTIME：相对时间，从1970.1.1到目前的时间。更改系统时间 会更改获取的值，它以系统时间为坐标。
//CLOCK_MONOTONIC：绝对时间，获取的时间为系统重启到现在的时间，更改系统时间对齐没有影响。
//flags: 可设置为
//TFD_NONBLOCK（非阻塞），
//TFD_CLOEXEC（同O_CLOEXEC）
//linux内核2.6.26版本以上都指定为0


int timerfd_settime(int fd, int flags,
                    const struct itimerspec *new_value,
                    struct itimerspec *old_value);
//功能：该函数能够启动和停止定时器

//参数详解：
//fd: timerfd_create对应的文件描述符
//flags: 0表示是相对定时器,TFD_TIMER_ABSTIME表示是绝对定时器
//new_value:设置超时时间，如果为0则表示停止定时器。
//old_value:一般设为NULL, 不为NULL,则返回定时器这次设置之前的超时时间

struct timespec 
{
    time_t tv_sec;                /* Seconds */
    long   tv_nsec;               /* Nanoseconds */
};

struct itimerspec 
{
    struct timespec it_interval;  /* Interval for periodic timer *///周期时间
    struct timespec it_value;     /* Initial expiration *///初始时间
};

3、timerfd的封装

3.1、封装