004 仿muduo实现高性能服务器组件_Buffer模块与Socket模块的实现

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前言

这章将会向你介绍仿muduo高性能服务器组件的buffer模块与socket模块的实现

Buffer模块

设计思想

实现思想：

1、实现缓冲区得有一块内存空间，采用vector，string字符串的操作遇到’\0’就停止了，网络操作中什么样的数据都有，'\0’可能也有，string大部分的操作都是字符串操作，所以不太行

2、记录当前的读取数据位置与当前的写入数据位置，避免每次写入数据需要重新遍历数组找写入读入位置

3、考虑整体缓冲区空闲空间是否足够 （因为读位置也会向后偏移，前边有可能会有空间） 足够：则将数据（读位置开始）移动到起始位置即可
不够：扩容，从当前写位置开始扩容足够大小 数据一旦写入成功，当前写位置就要向后偏移

4、读取数据/写入数据
当前的读取/写入位置指向哪里，就从哪里开始读取/写入，前提是有数据可读/有空间可写，读取/写入完数据，读偏移/写偏移向后偏移

为了方便查阅

代码如下：

class Buffer{
private:std::vector<char> _buffer; //使用vector进行内存空间管理uint64_t _reader_idx; //读偏移uint64_t _writer_idx; //写偏移
public:Buffer():_reader_idx(0), _writer_idx(0) ,_buffer(BUFFER_SIZE) {}//获取_buffer起始元素的地址char* begin() {return &*_buffer.begin();}//获取当前写入起始地址（_buffer的空间起始地址，加上写偏移量char* WritePos() { return begin() + _writer_idx; }//获取当前读取起始地址（_buffer的空间起始地址，加上读偏移量char* ReadPos() { return begin() + _reader_idx; }//获取缓冲区末尾空闲空闲大小--写偏移之后的空闲空间uint64_t TailIdleSize() {return _buffer.size() - _writer_idx; }//获取缓冲区起始地址空闲空间大小--读偏移之前的空闲空间uint64_t HeadIdleSize() {return _reader_idx; }//获取可读数据大小uint64_t ReadAbleSize() {return _writer_idx - _reader_idx; }//读取数据后，将读偏移向后移动void MoveReadOffest(uint64_t len) {   //向后移动的大小，必须小于可读数据大小assert(len <= ReadAbleSize());_reader_idx += len; }//写入数据后，将写偏移向后移动void MoveWriteOffest(uint64_t len) { _writer_idx += len; }//确保可写空间足够（整体空闲空间够了就移动数据，否则就扩容）void EnsureWriteSpace(uint64_t len){//如果末尾空闲空间大小足够，直接返回if(len < TailIdleSize()) return;//如果不够，判断加上起始位置的空闲空间大小是否足够，够了就将可读数据移动到起始位置else if(len <= HeadIdleSize() + TailIdleSize()) {uint64_t sz = ReadAbleSize();   //可读数据大小_reader_idx = 0;    //更新读偏移_writer_idx = sz;   //更新写偏移return;}//总体空间不够，则需要扩容，不移动数据，直接给写偏移之后扩容足够空间即可else _buffer.resize(_writer_idx + len);}//写入数据void Write(const void* data, uint64_t len){//保证是否有足够空间EnsureWriteSpace(len);const char* d = (const char* )data;//拷贝数据到buffer当中std::copy(d, d + len, WritePos());}void WriteAndPush(const void* data, uint64_t len){Write(data, len);MoveWriteOffest(len);}//写入一个字符串void WriteString(const std::string &data){Write(data.c_str(), data.size());}//向buffer中写入一个字符串并向后移动writevoid WriteStringAndPush(const std::string &data){WriteString(data);MoveWriteOffest(data.size());}//把一个buffer类型的数据写入void WriteBuffer(Buffer &data){Write(data.ReadPos(), data.ReadAbleSize());}//向buffer中写入一个并向后移动writevoid WriteBufferAndPush(Buffer &data){WriteBuffer(data);MoveWriteOffest(data.ReadAbleSize());}//读取数据void Read(void* buf, uint64_t len){assert(len <= ReadAbleSize());//保持参数类型一致std::copy(ReadPos(), ReadPos() + len, (char*)buf);}void ReadAndPop(void* buf, uint64_t len){Read(buf, len);MoveReadOffest(len);}//把读取的数据当作一个string返回  std::string ReadAsString (uint64_t len){assert(len <= ReadAbleSize());std::string str;str.resize(len);//从缓冲区中读取长度为len的数据，并将其存储到字符串str的内存地址开始处的位置Read(&str[0], len);return str;}//读取一个string并向后移动（确保下一次不会重复读取）std::string ReadAsStringAndPop(uint64_t len){assert(len <= ReadAbleSize());std::string str = ReadAsString(len);MoveReadOffest(len);return str;}/*由于后面我们的高并发服务器会支持应用层协议的HTTP，而在HTTP协议中通常就是读取一行的数据，因为请求行和请求报头以及响应行和响应报头都是以\r\n作为分隔符的，都是一行行的数据所以我们的缓冲区也提供一个查找换行字符的位置*/char* FindCRLF(){//在可读数据范围内查找第一个出现的换行符的位置char* res = (char*)memchr(ReadPos(), '\n', ReadAbleSize());return res;}//获取一行数据std::string Getline(){char* pos = FindCRLF();if(pos == nullptr) return "";/*将换行符\n前的数据读出，+1：包括换行符（不然的话下一次再查找，换行符就在开头） */return ReadAsString(pos - ReadPos() + 1); }//读出一行数据后，将读偏移向后移std::string GetLineAndPop(){std::string str = Getline();MoveReadOffest(str.size());return str;}//清空缓冲区void clear(){//只需要将偏移量归零_writer_idx =  _reader_idx = 0;}
};

Socket模块

设计思想：

在该模块当中除了对socket套接字原有的操作进行封装，还提供了直接创建服务端和客户端连接的接口
为了方便查阅

代码如下

#define MAX_LISTEN 1024
class Socket{private:int _sockfd;public:Socket():_sockfd(-1){}Socket(int fd):_sockfd(fd){}//关闭套接字~Socket() { Close(); }int Fd(){return _sockfd;}//创建套接字bool Create(){//int socket(int domain, int type, int protocol)  AF_INET: 表示使用ipv4地址族 SOCK_STREM: 表示创建面向连接的套接字类(TCP) IPPROTO_TCP: 表示使用TCP协议_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);if(_sockfd < 0){ERR_LOG("CREATE SOCKET FAILEDQ!");return false;}return true;}//绑定地址信息bool Bind(const std::string &ip, uint16_t port){struct sockaddr_in addr;addr.sin_family = AF_INET;      //ipv4地址域类型addr.sin_port = htons(port);    //将端口号通过主机转网络字节序addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip.c_str());   //将IP地址转化为网络字节序的32位ipv4地址socklen_t len = sizeof(struct sockaddr_in);//int bind(int socket, const struct sockaddr *addr. socklen_t addrlen);int ret = bind(_sockfd, (struct sockaddr*)&addr, len);if(ret < 0){ERR_LOG("BIND ADDRESS FAILEDQ!");return false;}return true;}//开始监听bool Listen(int backlog = MAX_LISTEN){int ret = listen(_sockfd, backlog);if(ret < 0){ERR_LOG("SOCKET LISTEN FAILED!");return false;}return true;}//向服务器发起连接(传入服务器的ip和端口信息)bool Connect(const std::string &ip, uint16_t port){//int connect(int sockfd, const struct sockaddr* addr, socklen_t addrlen);struct sockaddr_in addr;addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_port = htons(port);addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip.c_str());socklen_t len = sizeof(struct sockaddr_in);int ret = connect(_sockfd, (struct sockaddr*)&addr, len);if(ret < 0){ERR_LOG("CONNECT SERVER FAILEDQ!");return false;}return true;}//监听有新连接后，获取新连接（返回一个文件描述符）int Accept()    {int newfd = accept(_sockfd, nullptr, nullptr);if(newfd < 0){ERR_LOG("SOCKET ACCEPT FAILED!");return -1;}return newfd;}//接收数据(ssize_t为有符号整数，size_t无符号整数，默认0为阻塞操作)ssize_t Recv(void* buf, size_t len, int flag = 0){ssize_t ret = recv(_sockfd, buf, len, flag);if(ret <= 0){//EAGAIN 当前socket的接收缓冲区中没有数据了，在非阻塞的情况下才会有这个错误//EINTR 当前socket的阻塞等待被信号打断了if(errno == EAGAIN || errno == EINTR)return 0;else{ERR_LOG("SOCKET RECV FAILED");return -1;}}return ret; //返回实际接收的数据长度}ssize_t NonBlockRecv(void* buf, size_t len){return Recv(buf, len, MSG_DONTWAIT); // MSG_DONTWAIT 表示当前接收为非阻塞}//发送数据ssize_t Send(const void* buf, size_t len, int flag = 0){ssize_t ret = send(_sockfd, buf, len, flag);if(ret < 0){if(errno == EAGAIN || errno == EINTR){return 0;}ERR_LOG("SOCKET RECV FAILED");return -1;}return ret; //返回实际发送的数据长度}ssize_t NonBlockSend(void* buf, size_t len){Send(buf, len, MSG_DONTWAIT); // MSG_DONTWAIT 表示当前接收为非阻塞}//关闭套接字void Close(){if(_sockfd != -1){close(_sockfd);_sockfd = -1;}}//创建一个服务端连接bool CreateServer(uint16_t port, const std::string &ip = "0.0.0.0", bool block_flag = false){if(Create()==false) return false;//是否启动非阻塞if(block_flag) NonBlock();if(Bind(ip, port) == false) return false;if(Listen() == false) return false;ReuseAddress();return true;}//创建一个客户端连接bool CreateClient(uint16_t port, const std::string &ip){if(Create() == false) return false;if(Connect(ip, port) == false) return false;return true;}//设置套接字选项---开启地址端口重用void ReuseAddress(){// int setsockopt(int fd, int leve, int optname, void *val, int vallen)int val = 1;setsockopt(_sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (void*)&val, sizeof(int));val = 1;setsockopt(_sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEPORT, (void*)&val, sizeof(int));}//设置套接字阻塞属性---设置为非阻塞void NonBlock(){//int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );int flag = fcntl(_sockfd, F_GETFL, 0);fcntl(_sockfd, F_SETFL, flag | O_NONBLOCK);}
};

小结

今日的项目分享就到这里啦，下一篇将会向你介绍Channel与Poller模块