BOOST.Asio——Overview

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没啥说的，鄙视那些无视版权随意抓取博文的爬虫小网站，祝你们早升极乐。

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BOOST几乎是奇技淫巧的堆砌，来自大神的深深恶意。没啥说的，鄙视那些无视版权随意抓取博文的爬虫小网站，祝你们早升极乐。

这个库确实不是给初学者像使用C++标准库那样用的。没啥说的，鄙视那些无视版权随意抓取博文的爬虫小网站，祝你们早升极乐。

我觉得在使用前，最好了解下四人帮的那个设计模式。没啥说的，鄙视那些无视版权随意抓取博文的爬虫小网站，祝你们早升极乐。

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本文为Boost.Asio下Overview中的内容，我把自己感兴趣的地方进行了摘录、翻译、解释。

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官方文档概述中给的模型，以套接字为例，概要的讲了同步模型和异步模型都做了什么事情，我略作修改。没啥说的，鄙视那些无视版权随意抓取博文的爬虫小网站，祝你们早升极乐。

 

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知识储备：Proactor和Reactor没啥说的，鄙视那些无视版权随意抓取博文的爬虫小网站，祝你们早升极乐。

两种高性能I/O设计模式(Reactor/Proactor)的比较

Reactor模式，或者叫反应器模式

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Boost.Asio支持异步操作（通过Proactor模式）和同步操作。没啥说的，鄙视那些无视版权随意抓取博文的爬虫小网站，祝你们早升极乐。

Proactor模式可以不使用多线程来实现并发。

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Boost.Asio和多线程的那些事儿

我觉得，这里用“线程可重入”来表示更好一点。

简单的说，用io_service::run()来执行完成例程，用io_service::post()来向线程池投递任务。

 

我并不想在Linux和Windows之外的平台上用Boost，事实上我只打算在Windows上写代码。忽略这块应该没问题。

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当一个名词不知道怎么翻译时，那就不要翻译。

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Strands

1 只在一个线程里调用io_service::run()，这是隐式的。

2 像HTTP那种在一个连接里只有一个异步操作链的情况，这是隐式的。

3 明确调用io_service::strand的是显示的。

（这都说的些什么啊，不懂。感觉Strands像是把要并行执行的东西放在一个受到访问锁保护的queue里。就像麻绳一样，好多股拧成了一根。）

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Buffers

boost::asio::basic_streambuf

使用data()来获得输入顺序。（这样在循环里就能获得输入数据。）

使用prepare()来获得输出顺序。（这样在循环里就能获得输出数据。）

使用commit()来把输出数据附加到输入数据的尾部。（从这篇文档不能看出有毛用，但看起来是复制缓存的。）

使用consume()来移除输入数据的开始部分。（看起来可以强制认定某块数据为脏数据，然后丢弃掉。）

 

按字节复制缓冲

boost::asio::streambuf sb;

std::size_t n = boost::asio::read_until(sock, sb, '\n');//从Socket中获得数据

boost::asio::streambuf::const_buffers_type bufs = sb.data();//复制到常量缓冲中

std::string line(boost::asio::buffers_begin(bufs),boost::asio::buffers_begin(bufs) + n);//复制到string中

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Streams,Short Reads and Short Writes

基于流式的I/O模型

1 使用SyncReadStream的read_some()来实现同步读。

3 使用SyncWriteStream的write_some()来实现同步写。

2 使用AsyncReadStream的async_read_some()来实现异步读。

4 使用AsyncWriteStream的async_write_some()来实现异步写。

 

传输精确的字节：

read()

async_read()

write()

async_write()

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Reactor-Style Operations

看起来像是说，对于那些自己实现了通信功能的第三方组件想要集成到使用Asio库中时，Asio库提供了null_buffer类型用于读写操作。

在I/O对象就绪前，nullbuffer操作不会返回。

看例子中是read_handler处理程序完成操作后，async_read_some函数才会返回。

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Line-Based Operations

 

按行读取 "\r\n"

read_until

async_read_until

 

读取数据直到遇到空格

typedef boost::asio::buffers_iterator<boost::asio::streambuf::const_buffers_type> iterator;

std::pair<iterator, bool>
match_whitespace(iterator begin, iterator end)
{
  iterator i = begin;
  while (i != end)
    if (std::isspace(*i++))
      return std::make_pair(i, true);

  return std::make_pair(i, false);
}

boost::asio::streambuf b;
boost::asio::read_until(s, b, match_whitespace);

 读取数据直到遇到指定字符

class match_char
{
public:
  explicit match_char(char c) : c_(c) {}

  template <typename Iterator>
  std::pair<Iterator, bool> operator()(Iterator begin, Iterator end) const
  {
    Iterator i = begin;
    while (i != end)
      if (c_ == *i++)
        return std::make_pair(i, true);

    return std::make_pair(i, false);
  }

private:
  char c_;
};

namespace boost { namespace asio {
  template <> struct is_match_condition<match_char>
    : public boost::true_type {};
} } // namespace boost::asio

boost::asio::streambuf b;
boost::asio::read_until(s, b, match_char('a'));

 

（没看懂is_match_condition是想干什么。看起来是向命名空间里添加了扩展。没具体例子没看出有什么用。）

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Custom Memory Allocation

说了一大堆，大概就是一切都考虑好了，只要放心的用这两个函数就行了：

void* asio_handler_allocate(size_t, ...);
void asio_handler_deallocate(void*, size_t, ...);

//分配
void* pointer = asio_handler_allocate(size, &h);
//回收
asio_handler_deallocate(pointer, size, &h);

 

这段不知道什么意思。

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Handler Tracking

使用BOOST_ASIO_ENABLE_HANDLER_TRACKING来帮助异步调试。

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Stackless Corutiones

协同例程类为非栈式协同例程提供支持。非栈式协同例程允许程序以极小的代价用同步的方式实现异步逻辑。

struct session : boost::asio::coroutine
{
  boost::shared_ptr<tcp::socket> socket_;
  boost::shared_ptr<std::vector<char> > buffer_;

  session(boost::shared_ptr<tcp::socket> socket)
    : socket_(socket),
      buffer_(new std::vector<char>(1024))
  {
  }

  void operator()(boost::system::error_code ec = boost::system::error_code(), std::size_t n = 0)
  {
    if (!ec) reenter (this)
    {
      for (;;)
      {
        yield socket_->async_read_some(boost::asio::buffer(*buffer_), *this);
        yield boost::asio::async_write(*socket_, boost::asio::buffer(*buffer_, n), *this);
      }
    }
  }
};

黑科技 看不懂

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Stackful Coroutines

spawn()允许程序用同步的方式实现异步逻辑。

boost::asio::spawn(my_strand, do_echo);

// ...

void do_echo(boost::asio::yield_context yield)
{
  try
  {
    char data[128];
    for (;;)
    {
      std::size_t length =
        my_socket.async_read_some(
          boost::asio::buffer(data), yield);

      boost::asio::async_write(my_socket,
          boost::asio::buffer(data, length), yield);
    }
  }
  catch (std::exception& e)
  {
    // ...
  }
}

黑科技 看不懂

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TCP,UDP and ICMP

Boost.Asio为TCP、UDP、ICMP提供了现成的支持。听起来很贴心的样子。

 

使用resolver来进行主机名解析。

通过查找来解析主机名和服务名，然后转换成一个或多个端点。

ip::tcp::resolver resolver(my_io_service);
ip::tcp::resolver::query query("www.boost.org", "http");//参数2可以直接写端口号“80”。
ip::tcp::resolver::iterator iter = resolver.resolve(query);
ip::tcp::resolver::iterator end; // End marker.
while (iter != end)
{
  ip::tcp::endpoint endpoint = *iter++;
  std::cout << endpoint << std::endl;
}

 

下面的代码可以对每个端点进行尝试直到能够建立一个连接

（同步的代码）

ip::tcp::socket socket(my_io_service);
boost::asio::connect(socket, resolver.resolve(query));

异步的做法：

boost::asio::async_connect(socket_, iter,boost::bind(&client::handle_connect, this,boost::asio::placeholders::error));

// ...

void handle_connect(const error_code& error)
{
  if (!error)
  {
    // Start read or write operations.
  }
  else
  {
    // Handle error.
  }
}

 

当一个断电可用时，可以创建或者连接套接字。

ip::tcp::socket socket(my_io_service);
socket.connect(endpoint);

 

在TCP上，recvive()、async_receive()、send()、async_send是短读短写（short writes or reads），所以通常用下面的这些：
read()、async_read()、write()、async_write。

 

TCP Servers

ip::tcp::acceptor acceptor(my_io_service, my_endpoint);
...
ip::tcp::socket socket(my_io_service);
acceptor.accept(socket);

 

 

UDP

UDP的主机名解析也使用resolver。

ip::udp::resolver resolver(my_io_service);
ip::udp::resolver::query query("localhost", "daytime");
ip::udp::resolver::iterator iter = resolver.resolve(query);
...

 

UDP套接字通常绑定到本地端点。下面的代码将创建一个IP版本4 UDP套接字并将其绑定到“任意”地址的12345端口。

ip::udp::endpoint endpoint(ip::udp::v4(), 12345);
ip::udp::socket socket(my_io_service, endpoint);

 

未连接的UDP，使用receive_from()、async_receive_from()、send_to()、async_send_to()。

已连接的UDP，使用receive()、async_receive()、send()、async_send()。

 

 

ICMP

ICMP的主机名解析也是用resolver。

ip::icmp::resolver resolver(my_io_service);
ip::icmp::resolver::query query("localhost", "");
ip::icmp::resolver::iterator iter = resolver.resolve(query);
...

 

一个ICMP可以绑定本地端点。下面的代码将创建一个IP版本6 ICMP套接字并将其绑定到任意地址：

ip::icmp::endpoint endpoint(ip::icmp::v6(), 0);
ip::icmp::socket socket(my_io_service, endpoint);

 

使用receive_from()、async_receive_from()、send_to()、async_send_to()。

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其他协议

可以通过下面的协议来扩展。

generic::datagram_protocol

generic::raw_protocol

generic::seq_packet_protocol

generic::stream_protocol

他们可以指定地址协议簇

boost::asio::generic::stream_protocol::socket my_socket(my_io_service);
my_socket.open(boost::asio::generic::stream_protocol(AF_INET,IPPROTO_TCP));
...

端点模板类boost::asio::generic::basic_endpoint支持上述的协议。也能够自动作出转换。

boost::asio::ip::tcp::endpoint my_endpoint1 = ...;
boost::asio::generic::stream_protocol::endpoint my_endpoint2(my_endpoint1);

boost::asio::generic::stream_protocol::socket my_socket(my_io_service);
boost::asio::ip::tcp::endpoint my_endpoint = ...;
my_socket.connect(my_endpoint);

 

Accepting Generic Sockets

如果类型能够转换的话，可以直接使用。

boost::asio::ip::tcp::acceptor my_acceptor(my_io_service);
...
boost::asio::generic::stream_protocol::socket my_socket(my_io_service);
my_acceptor.accept(my_socket);

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Socket Iostreams

Boost.Asio在socket之上实现了输入输出流。

ip::tcp::iostream stream("www.boost.org", "http");
if (!stream)
{
  // Can't connect.
}

io_service ios;

ip::tcp::endpoint endpoint(tcp::v4(), 80);
ip::tcp::acceptor acceptor(ios, endpoint);

for (;;)
{
  ip::tcp::iostream stream;
  acceptor.accept(*stream.rdbuf());
  ...
}

可以用expires_at()和expires_from_now来给超时设定截止时间。

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The BSD Socket API and Boost.Asio

他们的映射关系

BSD Socket API Elements	Equivalents in Boost.Asio
socket descriptor - int (POSIX) or SOCKET (Windows)	For TCP: ip::tcp::socket, ip::tcp::acceptor For UDP: ip::udp::socket basic_socket, basic_stream_socket, basic_datagram_socket, basic_raw_socket
in_addr, in6_addr	ip::address, ip::address_v4, ip::address_v6
sockaddr_in, sockaddr_in6	For TCP: ip::tcp::endpoint For UDP: ip::udp::endpoint ip::basic_endpoint
accept()	For TCP: ip::tcp::acceptor::accept() basic_socket_acceptor::accept()
bind()	For TCP: ip::tcp::acceptor::bind(), ip::tcp::socket::bind() For UDP: ip::udp::socket::bind() basic_socket::bind()
close()	For TCP: ip::tcp::acceptor::close(), ip::tcp::socket::close() For UDP: ip::udp::socket::close() basic_socket::close()
connect()	For TCP: ip::tcp::socket::connect() For UDP: ip::udp::socket::connect() basic_socket::connect()
getaddrinfo(), gethostbyaddr(), gethostbyname(), getnameinfo(), getservbyname(), getservbyport()	For TCP: ip::tcp::resolver::resolve(), ip::tcp::resolver::async_resolve() For UDP: ip::udp::resolver::resolve(), ip::udp::resolver::async_resolve() ip::basic_resolver::resolve(), ip::basic_resolver::async_resolve()
gethostname()	ip::host_name()
getpeername()	For TCP: ip::tcp::socket::remote_endpoint() For UDP: ip::udp::socket::remote_endpoint() basic_socket::remote_endpoint()
getsockname()	For TCP: ip::tcp::acceptor::local_endpoint(), ip::tcp::socket::local_endpoint() For UDP: ip::udp::socket::local_endpoint() basic_socket::local_endpoint()
getsockopt()	For TCP: ip::tcp::acceptor::get_option(), ip::tcp::socket::get_option() For UDP: ip::udp::socket::get_option() basic_socket::get_option()
inet_addr(), inet_aton(), inet_pton()	ip::address::from_string(), ip::address_v4::from_string(), ip_address_v6::from_string()
inet_ntoa(), inet_ntop()	ip::address::to_string(), ip::address_v4::to_string(), ip_address_v6::to_string()
ioctl()	For TCP: ip::tcp::socket::io_control() For UDP: ip::udp::socket::io_control() basic_socket::io_control()
listen()	For TCP: ip::tcp::acceptor::listen() basic_socket_acceptor::listen()
poll(), select(), pselect()	io_service::run(), io_service::run_one(), io_service::poll(), io_service::poll_one() Note: in conjunction with asynchronous operations.
readv(), recv(), read()	For TCP: ip::tcp::socket::read_some(), ip::tcp::socket::async_read_some(), ip::tcp::socket::receive(), ip::tcp::socket::async_receive() For UDP: ip::udp::socket::receive(), ip::udp::socket::async_receive() basic_stream_socket::read_some(), basic_stream_socket::async_read_some(), basic_stream_socket::receive(), basic_stream_socket::async_receive(), basic_datagram_socket::receive(), basic_datagram_socket::async_receive()
recvfrom()	For UDP: ip::udp::socket::receive_from(), ip::udp::socket::async_receive_from() basic_datagram_socket::receive_from(), basic_datagram_socket::async_receive_from()
send(), write(), writev()	For TCP: ip::tcp::socket::write_some(), ip::tcp::socket::async_write_some(), ip::tcp::socket::send(), ip::tcp::socket::async_send() For UDP: ip::udp::socket::send(), ip::udp::socket::async_send() basic_stream_socket::write_some(), basic_stream_socket::async_write_some(), basic_stream_socket::send(), basic_stream_socket::async_send(), basic_datagram_socket::send(), basic_datagram_socket::async_send()
sendto()	For UDP: ip::udp::socket::send_to(), ip::udp::socket::async_send_to() basic_datagram_socket::send_to(), basic_datagram_socket::async_send_to()
setsockopt()	For TCP: ip::tcp::acceptor::set_option(), ip::tcp::socket::set_option() For UDP: ip::udp::socket::set_option() basic_socket::set_option()
shutdown()	For TCP: ip::tcp::socket::shutdown() For UDP: ip::udp::socket::shutdown() basic_socket::shutdown()
sockatmark()	For TCP: ip::tcp::socket::at_mark() basic_socket::at_mark()
socket()	For TCP: ip::tcp::acceptor::open(), ip::tcp::socket::open() For UDP: ip::udp::socket::open() basic_socket::open()
socketpair()	local::connect_pair() Note: POSIX operating systems only.

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Timers

长时间运行的IO操作通常需要在限定的时间内完成。截止时间可以是绝对时间，但通常使用相对时间。

异步等待操作使用相对时间的例子：

io_service i;
...
deadline_timer t(i);
t.expires_from_now(boost::posix_time::seconds(5));
t.wait();

程序在异步等待操作使用相对时间的例子：

void handler(boost::system::error_code ec) { ... }
...
io_service i;
...
deadline_timer t(i);
t.expires_from_now(boost::posix_time::milliseconds(400));
t.async_wait(handler);
...
i.run();

绝对时间、相对时间

boost::posix_time::time_duration time_until_expiry
  = t.expires_from_now();

deadline_timer t2(i);
t2.expires_at(t.expires_at() + boost::posix_time::seconds(30));

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Serial Ports

Boost.Asio的串口类能够在Windows和Linux上通用。

以stream的形式打开串口。

可以使用read()、async_read()、write()、async_write()、read_until()、async_read_until()。

需要配置9600、N、8、1之类的东西。

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Signal Handling

Boost.Asio通过signal_set来支持信号处理。能用于Windows平台。

void handler(const boost::system::error_code& error,int signal_number)
{
  if (!error)
  {
    // A signal occurred.
  }
}

...

// Construct a signal set registered for process termination.
boost::asio::signal_set signals(io_service, SIGINT, SIGTERM);

// Start an asynchronous wait for one of the signals to occur.
signals.async_wait(handler);

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UNIX Domain Sockets（POSIX）

Stream-Oriented File Descriptors（POSIX）

Fork（POSIX）

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Stream-Oriented HANDLEs

Boost.Asio在Windows上用HANDLE实现了异步读写。这些HANDLE必须支持IO完成端口。

（命名管道支持，匿名管道不支持。）

下面是管道的例子：

HANDLE handle = ::CreateFile(...);
windows::stream_handle pipe(my_io_service, handle);

然后可以使用read()、async_read()、write()、async_write()、read_until()、async_read_until()。

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Random-Access HANDLEs

HANDLE handle = ::CreateFile(...);
windows::random_access_handle file(my_io_service, handle);

短读短写read_some_at()、async_read_some_at()、write_some_at()、async_write_some_at()。

持续读写read_at()、async_read_at()、write_at() 、async_write_at()。

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Object HANDLEs

Boost.Asio提供了Windows特定的异步等待操作类，包括从句柄到内核对象的类型。

• Change notification                更改通知
• Console input                        控制台输入
• Event                                   事件
• Memory resource notification   内存资源通知
• Process                                 处理器？
• Semaphore                            信号量
• Thread                                  线程
• Waitable timer                       可等待计时器

例如在事件上执行异步操作

HANDLE handle = ::CreateEvent(...);
windows::object_handle file(my_io_service, handle);

然后可以使用wait()或asyc_wait()来等待，直到内核对象变为有信号状态。

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SSL

Boost.Asio提供了SSL的基本支持。

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