boost::asio基本使用
一、Asio网络库
截止到C++17，C++标准库都没有加入网络通信库。实际项目网络编程是非常常见的功能，直接使用操作系统API是低效率且不稳定的，比较好的方法是借助第三方成熟可靠的网络库。据我所知C++中目前比较有名的网络库有ACE、libevent和boost.Asio，这三个库都是跨平台的，各有特色，对于一般的应用来说，使用这些库都是没什么问题。由于C++标准库和boost库的亲缘关系，我经常使用boost中其它的库，所以选择了Asio库。在网络上搜索了大家对Asio的评价，发现Asio库作为跨平台的网络库还是相当优秀的。
Linux系统高效网络I/O是epoll，windows系统高效的网络I/O是iocp，epoll是一种同步I/O复用技术，iocp是异步I/O。同步I/O指内核通知应用程序数据有了，应用程序可以获取了；异步I/O是内核负责读数据，读好后通知应用程序可以用了。所以一般来说异步I/O相比同步I/O的效率更高一些，但是Linux中异步I/O(aio)并不比epoll高效。为了使的Asio库跨平台，最终Asio选择Linux系统在epoll的基础上用iocp的思想的封装一层，这在一定上损失了Linux平台I/O的效率。总的来说Asio网络通信库是主动器模式（proactor），而libevent使用的是reactor模式。
二、反应器模式/主动器模式
反应器是比较容易理解的I/O模式，也是使用比较多的模式。主要内容来自于《IO设计模式：Reactor和Proactor对比》。
Reactor包含如下角色：
- Handle 句柄；用来标识socket连接或是打开文件；
- Synchronous Event Demultiplexer：同步事件多路分解器：由操作系统内核实现的一个函数；用于阻塞等待发生在句柄集合上的一个或多个事件；（如select/epoll；）
- Event Handler：事件处理接口
- Concrete Event HandlerA：实现应用程序所提供的特定事件处理逻辑；
- Reactor：反应器，定义一个接口，实现以下功能：
1）供应用程序注册和删除关注的事件句柄；
2）运行事件循环；
3）有就绪事件到来时，分发事件到之前注册的回调函数上处理；
Proactor主动器模式包含如下角色
- Handle 句柄；用来标识socket连接或是打开文件；
- Asynchronous Operation Processor：异步操作处理器；负责执行异步操作，一般由操作系统内核实现；
- Asynchronous Operation：异步操作
- Completion Event Queue：完成事件队列；异步操作完成的结果放到队列中等待后续使用
- Proactor：主动器；为应用程序进程提供事件循环；从完成事件队列中取出异步操作的结果，分发调用相应的后续处理逻辑；
- Completion Handler：完成事件接口；一般是由回调函数组成的接口；
- Concrete Completion Handler：完成事件处理逻辑；实现接口定义特定的应用处理逻辑；
主动和被动以主动写为例，Reactor将handle放到select()，等待可写就绪，然后调用write()写入数据；写完处理后续逻辑；Proactor调用aoi_write后立刻返回，由内核负责写操作，写完后调用相应的回调函数处理后续逻辑；可以看出，Reactor被动的等待指示事件的到来并做出反应；它有一个等待的过程，做什么都要先放入到监听事件集合中等待handler可用时再进行操作；Proactor直接调用异步读写操作，调用完后立刻返回。
三、基本使用
1.基本的同步客户端架构
1 using boost::asio; 2 io_service service; 3 ip::tcp::endpoint ep( ip::address::from_string("127.0.0.1"), 2001); 4 ip::tcp::socket sock(service); 5 sock.connect(ep);
2.基本的同步服务器架构
1 typedef boost::shared_ptr<ip::tcp::socket> socket_ptr; 2 io_service service; 3 ip::tcp::endpoint ep( ip::tcp::v4(), 2001)); // listen on 2001 4 ip::tcp::acceptor acc(service, ep); 5 while ( true) { 6 socket_ptr sock(new ip::tcp::socket(service)); 7 acc.accept(*sock); 8 boost::thread( boost::bind(client_session, sock)); 9 } 10 void client_session(socket_ptr sock) { 11 while ( true) { 12 char data[512]; 13 size_t len = sock->read_some(buffer(data)); 14 if ( len > 0) 15 write(*sock, buffer("ok", 2)); 16 }
3.基本的异步客户端架构
1 using boost::asio; 2 io_service service; 3 ip::tcp::endpoint ep( ip::address::from_string("127.0.0.1"), 2001); 4 ip::tcp::socket sock(service); 5 sock.async_connect(ep, connect_handler); 6 service.run(); 7 void connect_handler(const boost::system::error_code & ec) { 8 // 如果ec返回成功我们就可以知道连接成功了 9 }
4.基本的异步服务器架构
1 using boost::asio; 2 typedef boost::shared_ptr<ip::tcp::socket> socket_ptr; 3 io_service service; 4 ip::tcp::endpoint ep( ip::tcp::v4(), 2001)); // 监听端口2001 5 ip::tcp::acceptor acc(service, ep); 6 socket_ptr sock(new ip::tcp::socket(service)); 7 start_accept(sock); 8 service.run(); 9 void start_accept(socket_ptr sock) { 10 acc.async_accept(*sock, boost::bind( handle_accept, sock, _1) ); 11 } 12 void handle_accept(socket_ptr sock, const boost::system::error_code & 13 err) { 14 if ( err) return; 15 // 从这里开始, 你可以从socket读取或者写入 16 socket_ptr sock(new ip::tcp::socket(service)); 17 start_accept(sock); 18 }
