在网络编程系列文章中，我们实现了一个基于epoll的网络框架，并在此基础上开发了一个简单的HTTP服务，在那个系列文章中我们使用了读、写两个buffer将网络IO和数据的读写进行了分离，它们之间的扭转完全通过epoll事件通知，如果你认真研究过源码，会发现，所有针对网络IO的操作都是由事件触发的。这种基于事件触发的网络模型通常我们叫做Reactor网络模型。
由于网络编程系列文章中代码实现相对比较复杂，不太好讲清楚。所以，我决定单独出几篇文章对那个系列文章进行一些拓展，主要涉及到网络编程思想和性能测试。
这篇文章我们通过实现一个简单的网络框架，来说明Reactor网络模型实现的一般思路，其本质思想和x.NET项目基本上是一样的，只是在代码上做了非常大的精简，理解起来会轻松很多。
#include <sys/socket.h>#include <errno.h>#include <netinet/in.h>#include <stdio.h>#include <string.h>#include <unistd.h>#include <sys/epoll.h>int mAIn() {int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);struct sockaddr_in servaddr;memset(&servaddr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));servaddr.sin_family = AF_INET;servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);servaddr.sin_port = htons(2048);if (-1 == bind(sockfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(struct sockaddr))) {perror("bind fail");return -1;}listen(sockfd, 10);printf("sock-fd:%dn", sockfd);int epfd = epoll_create(1);struct epoll_event ev;ev.events = EPOLLIN;ev.data.fd = sockfd;epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, sockfd, &ev);struct epoll_event events[1024] = {0};while(1) {int nready = epoll_wait(epfd, events, 1024, -1);int i = 0;for (i = 0; i < nready; i++) {int connfd = events[i].data.fd;if (events[i].events & EPOLLIN && sockfd == connfd) {struct sockaddr_in clientaddr;socklen_t len = sizeof(clientaddr);int clientfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&clientaddr, &len);ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;ev.data.fd = clientfd;epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, clientfd, &ev);printf("clientfd: %dn", clientfd);} else if (events[i].events & EPOLLIN) {char buffer[10] = {0};int count = recv(connfd, buffer, 10, 0);if (count == 0) {printf("discounnectn");epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, connfd, NULL);close(i);continue;}send(connfd, buffer, count, 0);printf("clientfd: %d, count: %d, buffer: %sn", connfd, count, buffer);}}}}
熟悉epoll的人应该对上面的代码比较熟悉，这段代码的核心在下面的while主循环，如果是当前Server的Socket说明有新的连接进来，调用accept拿到客户端的fd，将其放在epoll的events中，并注册EPOLLIN事件，一般我们理解为可读事件。
如果不是sockfd，说明是客户端的fd可读，我们将数据读出来再原样发送回去。
上面的代码存在的主要问题在于，套接字的accept和读写操作我们是直接写在主循环里了，这将会让代码的逻辑变得难以琢磨。
int recv_callback(int fd, char *buffer, int size);int send_callback(int fd, char *buffer, int size);
int recv_callback(int fd, char *buffer, int size) {int count = recv(fd, buffer, size, 0);send_callback(fd, buffer, count, 0);return count;}int send_callback(int fd, char *buffer, int size) {int count = send(fd, buffer, size, 0);return count;}
int main() {...while(1) {int nready = epoll_wait(epfd, events, 1024, -1);int i = 0;for (i = 0; i < nready; i++) {int connfd = events[i].data.fd;if (events[i].events & EPOLLIN && sockfd == connfd) {...} else if (events[i].events & EPOLLIN) {char buffer[10] = {0};int count = recv_callback(fd, buffer, 10);if (count == 0) {printf("disconnect\n");epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, connfd, NULL);clise(i);continue;}}}}}
int recv_callback(int fd, char *buffer, int size) {int count = recv(fd, buffer, size, 0);return count;}int send_callback(int fd, char *buffer, int size) {int count = send(fd, buffer, size, 0);return count;}
但这样明显也是有问题的，在recv_callback中读完了之后，如何发送数据呢？这里，我们可以想一下，围绕着一个套接字都有哪些部分呢？是不是可以设计出一个类似字典的结构，这个字典的key对应的就是套接字，而value对应的就是围绕套接字相关的各个组件。
#define BUF_LEN 1024typedef int(*callback)(int fd);struct conn_channel {int fd;callback recv_call;callback send_call;char wbuf[BUF_LEN];int wlen;char rbuf[BUF_LEN];int rlen;};
struct conn_channel conn_map[1024] = {0};int main() {...while(1) {int nready = epoll_wait(epfd, events, 1024, -1);int i = 0;for (i = 0; i < nready; i++) {int connfd = events[i].data.fd;if (events[i].events & EPOLLIN && sockfd == connfd) {struct sockaddr_in clientaddr;socklen_t len = sizeof(clientaddr);int clientfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&clientaddr, &len);ev.events = EPOLLIN;ev.data.fd = clientaddr;epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, clientfd, &ev);conn_map[clientfd].fd = clientfd;conn_map[clientfd].rlen = 0;conn_map[clientfd].wlen = 0;conn_map[clientfd].recv_call = recv_callback;conn_map[clientfd].send_call = send_callback;memset(conn_map[clientfd].rbuf, 0, BUF_LEN);memset(conn_map[clientfd].wbuf, 0, BUF_LEN);printf("clientfd:%d\n", clientfd);} else if (events[i].events & EPOLLIN) {...}}}}
int recv_callback(int fd) {int count = recv(fd, conn_map[fd].rbuf + conn_map[fd].rlen, BUF_LEN - conn_map[fd].rlen, 0);// do somethingmemcpy(conn_map[fd].wbuf, conn_map[fd].rbuf, conn_map[fd].rlen);conn_map[fd].wlen = conn_map[fd].rlen;conn_map[fd].rlen = 0;return count;}int send_callback(int fd) {int count = send(fd, conn_map[fd].wbuffer, conn_map[fd].wlen, 0);return count;}
因为有了conn_map，所以原来传进来的buffer和size都不需要了，在conn_channel中已经有记录了。所以只需要一个fd参数就可以了。我们在recv_callback中模拟了回复消息，强行将读到的数据写到了wbuffer中。这里补充一下，conn_channel中的rbuffer是用来从套接字中读数据的，wbuffer表示的是将要发送到套接字的数据。
你可以试着把上面的代码跑起来，然后你会发现，并没有按我们的预期执行，send_callback中的send似乎没有起作用。这是因为我们只是将数据从rbuffer写到了wbuffer中，而send_callback并没有机会调用。你可以想一想send_callback放在哪里调用比较合适呢？
在上面的例子中，显然放在主循环中执行比较合适，在epoll中，EPOLLOUT表示可写事件，我们可以利用这个事件。在recv_callback执行完之后我们注册一个EPOLLOUT事件，然后在主循环中我们去监听EPOLLOUT事件。这样，当recv_callback将rbuffer的数据复制到wbuffer中之后，send_callback通过EPOLLOUT事件就可以在主循环中得以执行。
int recv_callback(int fd) {int count = recv(fd, conn_map[fd].rbuf + conn_map[fd].rlen, BUF_LEN - conn_map[fd].rlen, 0);// do somethingmemcpy(conn_map[fd].wbuf, conn_map[fd].rbuf, conn_map[fd].rlen);conn_map[fd].wlen = conn_map[fd].rlen;conn_map[fd].rlen = 0;struct epoll_event ev;ev.events = EPOLLOUT;ev.data.fd = fd;epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_MOD, fd, &ev);return count;}
int main() {...while(1) {int nready = epoll_wait(epfd, events, 1024, -1);int i = 0;for (i = 0; i < nready; i++) {int connfd = events[i].data.fd;if (events[i].events & EPOLLIN && sockfd == connfd) {struct sockaddr_in clientaddr;socklen_t len = sizeof(clientaddr);int clientfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&clientaddr, &len);ev.events = EPOLLIN;ev.data.fd = clientaddr;epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, clientfd, &ev);conn_map[clientfd].fd = clientfd;conn_map[clientfd].rlen = 0;conn_map[clientfd].wlen = 0;conn_map[clientfd].recv_call = recv_callback;conn_map[clientfd].send_call = send_callback;memset(conn_map[clientfd].rbuf, 0, BUF_LEN);memset(conn_map[clientfd].wbuf, 0, BUF_LEN);printf("clientfd:%d\n", clientfd);} else if (events[i].events & EPOLLIN) {int count = conn_map[connfd].recv_call(connfd);printf("recv-count:%d\n", count);} else if (events[i].events & EPOLLOUT) { // 处理EPOLLOUT事件int count = conn_map[connfd].send_call(connfd);printf("send-count:%d\n", count);}}}}
要注意的是，epfd是在main函数中定义的，而我们在recv_callback中有使用，所以我们可以暂时将epfd声明成一个全局变量，放在外面。
int send_callback(int fd) {int count = send(fd, conn_map[fd].wbuffer, conn_map[fd].wlen, 0);struct epoll_event ev;ev.events = EPOLLIN;ev.data.fd = fd;epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_MOD, fd, &ev);return count;}
这样，我们就将IO操作给屏蔽了，在主循环中我们只关注事件，不同的事件调用不同的回调函数。在对应的回调函数中只做自己该做的，做完之后注册事件通知其它的回调函数。
int accept_callback(int fd) {struct sockaddr_in clientaddr;socklen_t len = sizeof(clientaddr);int clientfd = accept(fd, (struct sockaddr*)&clientaddr, &len);ev.events = EPOLLIN;ev.data.fd = clientaddr;epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, clientfd, &ev);conn_map[clientfd].fd = clientfd;conn_map[clientfd].rlen = 0;conn_map[clientfd].wlen = 0;conn_map[clientfd].recv_call = recv_callback;conn_map[clientfd].send_call = send_callback;memset(conn_map[clientfd].rbuf, 0, BUF_LEN);memset(conn_map[clientfd].wbuf, 0, BUF_LEN);return clientfd;}
struct conn_channel {int fd;union {callback accept_call;callback recv_call;} call_t;callback send_call;char wbuf[BUF_LEN];int wlen;char rbuf[BUF_LEN];int rlen;};
int main() {int sockfd = create_serv(9000);if (sockfd == -1) {perror("create-server-fail");return -1;}make_nonblocking(sockfd);epfd = epoll_create1(1);struct epoll_event ev;ev.events = EPOLLIN;ev.data.fd = sockfd;epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, sockfd, &ev);struct epoll_event events[1024] = {0};conn_map[sockfd].rlen = 0;conn_map[sockfd].wlen = 0;conn_map[sockfd].fd = sockfd;conn_map[sockfd].call_t.accept_call = accept_callback;conn_map[sodkfd].send_call = send_callback;memset(conn_map[sockfd].rbuf, 0, BUF_LEN);memset(conn_map[sockfd].wbuf, 0, BUF_LEN);while(1) {int nready = epoll_wait(epfd, events, 1024, -1);int i = 0;for (i = 0; i < nready; i++) {int connfd = events[i].data.fd;if (events[i].events & EPOLLIN) {int count = conn_map[connfd].call_t.recv_call(connfd);printf("recv-count:%d\n", count);} else if (events[i].events & EPOLLOUT) {int count = conn_map[connfd].send_call(connfd);printf("send-count:%d\n", count);}}}}
你可以想一下，我们注册的是call_t.accept_call，但在调用的时候确是call_t.recv_call，为什么这样可行？
我们在网络编程系列文章中，单独为accept抽象出了一个对象，你可以对比一下这两种实现方式，看看它们有什么区别？在系列文件中我们为什么要单独抽象出一个accepter对象呢？
可以看到，最后主循环中的逻辑，只有两个分支，这两个分支代表了两种事件，这种通过事件驱动的网络模型便是Reactor网络模型。本文为了容易理解，将代码进行了精简。在实际的工程中我们还要考虑诸多情况。比如，上面的代码只支持epoll，我们是不是可以将事件驱动相关的代码抽象成单独的组件，让其可以支持其它的事件模型。
本文虽然代码简单，但Reactor网络模型的实现基本上都逃脱不了这个套路，只是在此基础上可能会将各个部分进行单独的封装，比如我们在网络编程系列文章中就将channel和map进行了抽象，让它能适配各种场景。
总结
reactor网络模型是网络编程中非常重要的一种编程思想，本文通过一个简短的示例试图讲明白reactor网络编程模型的核心思想。当然，本文的实现还不是很完善，比如在调用回调函数的时候还是传入了fd，我们是否可以不需要这个参数，彻彻底底地和IO进行分离呢？
京公网安备 11010802035086号