C++編寫高性能服務器實例教程
我將展示如何使用現(xiàn)代C++編寫一個Echo服務器，相當于分布式系統(tǒng)開發(fā)中的“Hello World”。這個服務器會將接收的消息直接返回。我們同時需要一個可以向我們的服務器發(fā)動消息的客戶端，在這里可以發(fā)現(xiàn)客戶端的源碼。
Wangle是一個用來搭建事件驅動的現(xiàn)代異步C++服務的C/S應用框架。Wangle最基本的抽象概念就是Pipeline(管線)。能夠理解這種抽象，將會很容易寫出各種復雜的現(xiàn)代C++服務，另一個重要的概念是Service(服務)，其可以看作一種更高級的Pipeline，不過超出了本文我們關注的范疇。
PipeLine
pipeline 是 Wangle 中最重要也是最強大的抽象，可以讓用戶在定制 request 和 response 的實現(xiàn)時擁有很大的自由。一個pipeline就是一系列request/response控制程序的嵌套。我試圖尋找一個真實世界中pipeline的類比，唯一我能想到的就是現(xiàn)實世界工廠中的生產線。一條生產線工作在一種順序模式下，所有的工人取得一個物體，并且只添加一種修改，再將其發(fā)送給上游的工人直到整個產品制造完成。這可能不是一個特別好的比喻,因為流水線上產品的流動是單向的，而一個pipeline能控制反方向的數(shù)據(jù)流動－－就好像將成品分解成原材料。
一個Wangle handler可以同時掌控上游和下游的兩個方向的數(shù)據(jù)流動。當你把所有的handler連接在一起，就可以用一種靈活的方式將原始數(shù)據(jù)組裝為想要的數(shù)據(jù)類型或者將已有的數(shù)據(jù)拆分。
在我們的服務器的pipeline中大致將會有下面幾種handler:
1.Handler 1 (下文的上游下游是指對一同個handler而言，根據(jù)其在pipeline中的位置不同，輸入輸出相反) 上游：將從socket中接收的二進制數(shù)據(jù)流寫入一個零拷貝(zero-copy,指省略了Applicaion context和Kernel context之間的上下文切換，避免了CPU對Buffer的冗余拷貝，直接在Kernel級別進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g，詳情請參閱維基百科)的字節(jié)緩存中，發(fā)送給handler2
下游：接收一個零拷貝的字節(jié)緩存，將其內容寫入socket中
2.Handler2 上游：接收handler1的緩存對象，解碼為一個string對象傳遞給handler3 下游：接收handler3的string對象，將其轉碼為一個零拷貝的字節(jié)緩存，發(fā)送給handler1
3.Handler3 上游：接收handler2中的string對象，再向下發(fā)送至pipeline等待寫回客戶端。string會發(fā)回handler2 下游：接收上游的string對象，傳遞給handler2
需要注意的一點是，每一個handler應當只做一件事并且只有一件，如果你有一個handler里做了多項任務,比如從二進制流離直接解碼出string，那么你需要學會將它拆分。這對提升代碼的可維護性和擴展性非常重要。
另外，沒錯，handler不是線程安全的,所以不要輕易的在其中使用任何沒有經(jīng)過mutex，atomic lock保護的數(shù)據(jù)，如果你確實需要一個線程安全的環(huán)境，F(xiàn)olly提供了一種免于加鎖的數(shù)據(jù)結構, Folly依賴于Wangle，你可以很容易的在項目中引入并使用它。
如果你還不是很明白所有的步驟，不用著急，在看到下面的具體實現(xiàn)時你會更加清楚。
Echo Server
下面我會展示服務器的具體實現(xiàn)。我假定您已經(jīng)安裝好Wangle。需要注意的是截至目前Wangle還不能在Mac OS上安裝，我建議您可以安裝虛擬機，使用Ubuntu來安裝Wangle。
這就是echo handler：接收一個string，打印到stdout中，再發(fā)送回pipeline。要注意write語句中的定界符不可以省略，因為pipeline會按照字節(jié)解碼。
// the main logic of our echo server; receives a string and writes it straight
// back
class EchoHandler : public HandlerAdapter {
public:
virtual void read(Context* ctx, std::string msg) override {
std::cout << "handling " << msg << std::endl;
write(ctx, msg + "rn");
}
};
Echohandler其實是我們pipeline的最后一個handler，現(xiàn)在我們需要創(chuàng)建一個PipelineFactory來控制所有的request和response。
// where we define the chain of handlers for each messeage received
class EchoPipelineFactory : public PipelineFactory {
public:
EchoPipeline::Ptr newPipeline(std::shared_ptr sock) {
auto pipeline = EchoPipeline::create();
pipeline->addBack(AsyncSocketHandler(sock));
pipeline->addBack(LineBasedFrameDecoder(8192));
pipeline->addBack(StringCodec());
pipeline->addBack(EchoHandler());
pipeline->finalize();
return pipeline;
}
};
pipeline中每一個handler的插入順序都需要嚴格注意，因為它們是按照先后排序的，此處我們有4個handler
1.AsyncSocketHandler: 上游：讀取scoket中的二進制流轉換成零拷貝字節(jié)緩存 下游：將字節(jié)緩存內容寫入底層socket
2. LineBasedFrameDecoder: 上游：接收字節(jié)緩存，按行分割數(shù)據(jù) 下游：將字節(jié)緩存發(fā)送給AsyncSocketHandler
3. StringCodec: 上游：接收字節(jié)緩存，解碼為std:string傳遞給EchoHandler 下游：接收std:string, 編碼為字節(jié)緩存,傳遞給LineBasedFrameDecoder
4. EchoHandler: 上游：接收std:string對象，將其寫入pipeline－將消息返回給Echohandler。 下游：接收一個std:string對象，轉發(fā)給StringCodec Handler。 現(xiàn)在我們所需要做的就是將pipeline factory關聯(lián)到ServerBootstrap，綁定一個端口，這樣我們已經(jīng)完成了 基本上所有的工作。
#include <gflags/gflags.h>
#include <wangle/bootstrap/ServerBootstrap.h>
#include <wangle/channel/AsyncSocketHandler.h>
#include <wangle/codec/LineBasedFrameDecoder.h>
#include <wangle/codec/StringCodec.h>
using namespace folly;
using namespace wangle;
DEFINE_int32(port, 8080, "echo server port");
typedef Pipeline<IOBufQueue&, std::string> EchoPipeline;
// the main logic of our echo server; receives a string and writes it straight
// back
class EchoHandler : public HandlerAdapter<std::string> {
public:
virtual void read(Context* ctx, std::string msg) override {
std::cout << "handling " << msg << std::endl;
write(ctx, msg + "\r\n");
}
};
// where we define the chain of handlers for each messeage received
class EchoPipelineFactory : public PipelineFactory<EchoPipeline> {
public:
EchoPipeline::Ptr newPipeline(std::shared_ptr<AsyncTransportWrapper> sock) {
auto pipeline = EchoPipeline::create();
pipeline->addBack(AsyncSocketHandler(sock));
pipeline->addBack(LineBasedFrameDecoder(8192));
pipeline->addBack(StringCodec());
pipeline->addBack(EchoHandler());
pipeline->finalize();
return pipeline;
}
};
int main(int argc, char** argv) {
google::ParseCommandLineFlags(&argc, &argv, true);
ServerBootstrap<EchoPipeline> server;
server.childPipeline(std::make_shared<EchoPipelineFactory>());
server.bind(FLAGS_port);
server.waitForStop();
return 0;
}
至此我們一共只寫了48行代碼就完成了一個高性能的異步C++服務器。
Echo Client
echo客戶端的實現(xiàn)與我們的服務端非常類似:
// the handler for receiving messages back from the server
class EchoHandler : public HandlerAdapter {
public:
virtual void read(Context* ctx, std::string msg) override {
std::cout << "received back: " << msg;
}
virtual void readException(Context* ctx, exception_wrapper e) override {
std::cout << exceptionStr(e) << std::endl;
close(ctx);
}
virtual void readEOF(Context* ctx) override {
std::cout << "EOF received :(" << std::endl;
close(ctx);
}
};
注意我們重載了readException和readEOF兩個方法，還有其他一些方法可以被重載。如果你需要控制某個特別的事件，只需要重載對應的虛函數(shù)即可。
這是客戶端的pipeline factory的實現(xiàn)，與我們的服務端結構基本一致，只有EventBaseHandler這個handler在服務端代碼中不曾出現(xiàn)，它可以確保我們可以從任意一個線程寫入數(shù)據(jù)。
// the handler for receiving messages back from the server
class EchoHandler : public HandlerAdapter {
public:
virtual void read(Context* ctx, std::string msg) override {
std::cout << "received back: " << msg;
}
virtual void readException(Context* ctx, exception_wrapper e) override {
std::cout << exceptionStr(e) << std::endl;
close(ctx);
}
virtual void readEOF(Context* ctx) override {
std::cout << "EOF received :(" << std::endl;
close(ctx);
}
};
客戶端所有的代碼如下圖所示
#include <gflags/gflags.h>
#include
#include <wangle/bootstrap/ClientBootstrap.h>
#include <wangle/channel/AsyncSocketHandler.h>
#include <wangle/channel/EventBaseHandler.h>
#include <wangle/codec/LineBasedFrameDecoder.h>
#include <wangle/codec/StringCodec.h>
using namespace folly;
using namespace wangle;
DEFINE_int32(port, 8080, "echo server port");
DEFINE_string(host, "::1", "echo server address");
typedef Pipeline<folly::IOBufQueue&, std::string> EchoPipeline;
// the handler for receiving messages back from the server
class EchoHandler : public HandlerAdapter {
public:
virtual void read(Context* ctx, std::string msg) override {
std::cout << "received back: " << msg;
}
virtual void readException(Context* ctx, exception_wrapper e) override {
std::cout << exceptionStr(e) << std::endl;
close(ctx);
}
virtual void readEOF(Context* ctx) override {
std::cout << "EOF received :(" << std::endl;
close(ctx);
}
};
// chains the handlers together to define the response pipeline
class EchoPipelineFactory : public PipelineFactory {
public:
EchoPipeline::Ptr newPipeline(std::shared_ptr sock) {
auto pipeline = EchoPipeline::create();
pipeline->addBack(AsyncSocketHandler(sock));
pipeline->addBack(
EventBaseHandler()); // ensure we can write from any thread
pipeline->addBack(LineBasedFrameDecoder(8192, false));
pipeline->addBack(StringCodec());
pipeline->addBack(EchoHandler());
pipeline->finalize();
return pipeline;
}
};
int main(int argc, char** argv) {
google::ParseCommandLineFlags(&argc, &argv, true);
ClientBootstrap client;
client.group(std::make_shared(1));
client.pipelineFactory(std::make_shared());
auto pipeline = client.connect(SocketAddress(FLAGS_host, FLAGS_port)).get();
try {
while (true) {
std::string line;
std::getline(std::cin, line);
if (line == "") {
break;
}
pipeline->write(line + "rn").get();
if (line == "bye") {
pipeline->close();
break;
}
}
} catch (const std::exception& e) {
std::cout << exceptionStr(e) << std::endl;
}
return 0;
}
程序用一個While循環(huán)不斷監(jiān)測用戶的輸入,并且依靠調用.get() 來同步等待一直到請求被響應。
以上就是C++編寫高性能服務器實例教程的詳細內容，更多關于C++高性能服務器的資料請關注腳本之家其它相關文章！
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