我們直接從一個簡單的測試入手一、準備工作我們先把代碼放出來然后對著代碼進行分析1、用戶類class InetAddr { public: InetAddr(struct sockaddr_inaddr):_addr(addr) { //網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)主機 _portntohs(_addr.sin_port);//從網(wǎng)絡(luò)中拿到網(wǎng)絡(luò)序列 char ipbuffer[64]; inet_ntop(AF_INET,_addr.sin_addr,ipbuffer,sizeof(_addr)); _ipipbuffer; } InetAddr(const std::string ip,uint16_t port):_ip(ip),_port(port) { //主機轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò) memset(_addr,0,sizeof(_addr)); _addr.sin_familyAF_INET; inet_pton(AF_INET,_ip.c_str(),_addr.sin_addr); _addr.sin_porthtons(_port); } InetAddr(uint16_t port):_port(port),_ip(0) { //主機轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò) memset(_addr,0,sizeof(_addr)); _addr.sin_familyAF_INET; _addr.sin_addr.s_addrINADDR_ANY; _addr.sin_porthtons(_port); } //返回_addr struct sockaddr_in Netaddr() { return _addr; } //返回_addr的地址 const struct sockaddr *NetAddrPtr() { return CONV(_addr); } //返回長度 socklen_t NetAddrLen() { return sizeof(_addr); } bool operator(InetAddrpeer) { return _ippeer._ip_portpeer._port; } std::string Ip() { return _ip; } uint16_t Port() { return _port; } std::string StringAddr() { return _ip:std::to_string(_port); } ~InetAddr(){} private: struct sockaddr_in _addr; std::string _ip; uint16_t _port; };我們先定一個標準但凡在操作中遇到網(wǎng)絡(luò)序列轉(zhuǎn)本地序列或者本地序列轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)序列的我們盡量用固定的函數(shù)ntohs作用是將16位的網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序轉(zhuǎn)化為主機字節(jié)序inet_ntop作用是將網(wǎng)絡(luò)二進制格式的IP地址轉(zhuǎn)化為人類可讀的字符串IP需要注意的是dst是一個輸出緩沖區(qū)用來存儲點分字符串而size是_addr的長度htons作用是將主機字節(jié)序的16位端口號轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序inet_pton作用是將字符串IP轉(zhuǎn)化為二進制格式的IP地址需要注意src是我們要轉(zhuǎn)化的點分字符串ip而dst是輸出存放二進制ip的IPv4需要傳入struct in_addr。對這個類進行分析作用把原生 C 語言的struct sockaddr_in做面向?qū)ο蠓庋b統(tǒng)一管理 IP、端口、網(wǎng)絡(luò)地址結(jié)構(gòu)體屏蔽字節(jié)序轉(zhuǎn)換、IP 字符串 / 二進制轉(zhuǎn)換的重復(fù)代碼。第一個構(gòu)造函數(shù)的使用場景需要查看是誰進入了監(jiān)聽范圍此時需要人類能夠讀懂的ip和port。第二個構(gòu)造函數(shù)的使用場景上傳人類可讀的二進制ip和16位的端口號轉(zhuǎn)化為可用于connect和bind的網(wǎng)絡(luò)地址。第三個構(gòu)造函數(shù)的使用場景服務(wù)器監(jiān)聽時需要bind本機所有網(wǎng)卡只需要傳入端口號即可。Netaddr的作用返回封裝好的原生sockaddr_in結(jié)構(gòu)體網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序NetAddrPtr的作用將_addr的地址返回需要注意的是這里使用了一個宏CONV(addr)等同于(struct sockaddr*)_addr。StringAddr的作用返回人類能夠看懂的字符串ip和port。2、日志打印#ifndef __LOG_HPP__ #define __LOG_HPP__ #include iostream #include cstdio #include string #include filesystem //C17 #include sstream #include fstream #include memory #include ctime #include unistd.h #include Mutex.hpp namespace LogModule { using namespace MutexModule; const std::string gsep \r\n; // 策略模式C多態(tài)特性 // 2. 刷新策略 a: 顯示器打印 b:向指定的文件寫入 // 刷新策略基類 class LogStrategy { public: ~LogStrategy() default; virtual void SyncLog(const std::string message) 0; }; // 顯示器打印日志的策略 : 子類 class ConsoleLogStrategy : public LogStrategy { public: ConsoleLogStrategy() { } void SyncLog(const std::string message) override { LockGuard lockguard(_mutex); std::cout message gsep; } ~ConsoleLogStrategy() { } private: Mutex _mutex; }; // 文件打印日志的策略 : 子類 const std::string defaultpath ./log; const std::string defaultfile my.log; class FileLogStrategy : public LogStrategy { public: FileLogStrategy(const std::string path defaultpath, const std::string file defaultfile) : _path(path), _file(file) { LockGuard lockguard(_mutex); if (std::filesystem::exists(_path)) { return; } try { std::filesystem::create_directories(_path); } catch (const std::filesystem::filesystem_error e) { std::cerr e.what() \n; } } void SyncLog(const std::string message) override { LockGuard lockguard(_mutex); std::string filename _path (_path.back() / ? : /) _file; // ./log/ my.log std::ofstream out(filename, std::ios::app); // 追加寫入的 方式打開 if (!out.is_open()) { return; } out message gsep; out.close(); } ~FileLogStrategy() { } private: std::string _path; // 日志文件所在路徑 std::string _file; // 日志文件本身 Mutex _mutex; }; // 形成一條完整的日志根據(jù)上面的策略選擇不同的刷新方式 // 1. 形成日志等級 enum class LogLevel { DEBUG, INFO, WARNING, ERROR, FATAL }; std::string Level2Str(LogLevel level) { switch (level) { case LogLevel::DEBUG: return DEBUG; case LogLevel::INFO: return INFO; case LogLevel::WARNING: return WARNING; case LogLevel::ERROR: return ERROR; case LogLevel::FATAL: return FATAL; default: return UNKNOWN; } } std::string GetTimeStamp() { time_t curr time(nullptr); struct tm curr_tm; localtime_r(curr, curr_tm); char timebuffer[128]; snprintf(timebuffer, sizeof(timebuffer),%4d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d, curr_tm.tm_year1900, curr_tm.tm_mon1, curr_tm.tm_mday, curr_tm.tm_hour, curr_tm.tm_min, curr_tm.tm_sec ); return timebuffer; } // 1. 形成日志 2. 根據(jù)不同的策略完成刷新 class Logger { public: Logger() { EnableConsoleLogStrategy(); } void EnableFileLogStrategy() { _fflush_strategy std::make_uniqueFileLogStrategy(); } void EnableConsoleLogStrategy() { _fflush_strategy std::make_uniqueConsoleLogStrategy(); } // 表示的是未來的一條日志 class LogMessage { public: LogMessage(LogLevel level, std::string src_name, int line_number, Logger logger) : _curr_time(GetTimeStamp()), _level(level), _pid(getpid()), _src_name(src_name), _line_number(line_number), _logger(logger) { // 日志的左邊部分合并起來 std::stringstream ss; ss [ _curr_time ] [ Level2Str(_level) ] [ _pid ] [ _src_name ] [ _line_number ] - ; _loginfo ss.str(); } // LogMessage() hell world XXXX 3.14 1234 template typename T LogMessage operator(const T info) { // a b c d; // 日志的右半部分,可變的 std::stringstream ss; ss info; _loginfo ss.str(); return *this; } ~LogMessage() { if (_logger._fflush_strategy) { _logger._fflush_strategy-SyncLog(_loginfo); } } private: std::string _curr_time; LogLevel _level; pid_t _pid; std::string _src_name; int _line_number; std::string _loginfo; // 合并之后一條完整的信息 Logger _logger; }; // 這里故意寫成返回臨時對象 LogMessage operator()(LogLevel level, std::string name, int line) { return LogMessage(level, name, line, *this); } ~Logger() { } private: std::unique_ptrLogStrategy _fflush_strategy; }; // 全局日志對象 Logger logger; // 使用宏簡化用戶操作獲取文件名和行號 #define LOG(level) logger(level, __FILE__, __LINE__) #define Enable_Console_Log_Strategy() logger.EnableConsoleLogStrategy() #define Enable_File_Log_Strategy() logger.EnableFileLogStrategy() } #endif3、鎖#pragma once #include iostream #include pthread.h namespace MutexModule { class Mutex { public: Mutex() { pthread_mutex_init(_mutex, nullptr); } void Lock() { int n pthread_mutex_lock(_mutex); (void)n; } void Unlock() { int n pthread_mutex_unlock(_mutex); (void)n; } ~Mutex() { pthread_mutex_destroy(_mutex); } pthread_mutex_t *Get() { return _mutex; } private: pthread_mutex_t _mutex; }; class LockGuard { public: LockGuard(Mutex mutex):_mutex(mutex) { _mutex.Lock(); } ~LockGuard() { _mutex.Unlock(); } private: Mutex _mutex; }; }4、Common.hpp#pragma once #includeiostream enum ExitCode { OK0, USAGE_ERR, BIND_ERR, SOCK_ERR, LISTEN_ERR }; //防止拷貝 class NoCopy { public: NoCopy(){} ~NoCopy(){} NoCopy(const NoCopy)delete; const NoCopyoperator(const NoCopy)delete; }; #define CONV(addr) ((struct sockaddr*)addr)在這里面我們統(tǒng)一了退出碼方便查找錯誤分析程序崩潰的原因禁止拷貝類是為了讓派生類防止拷貝因為fd屬于獨占資源如果允許拷貝對象那么兩個對象持有同一個fd析構(gòu)時會先后兩次close(fd)二、服務(wù)端測試版本在開始之前呢我想先給大家講一個故事有一個好再來魚莊魚莊安排了張三在街上招人碰到人就說要不要來我們這里來吃魚啊假如說招到了就安排李四等服務(wù)員來接客而張三再回門口繼續(xù)吆喝假如說沒有招到那就找尋下一個目標其實在這過程當(dāng)中好再來魚莊就是服務(wù)端而馬路就是操作系統(tǒng)張三就是_listensockfd只負責(zé)監(jiān)聽而accept的返回值就是為我們提供服務(wù)的sockfd。函數(shù)介紹accept的作用就是獲取顧客從監(jiān)聽那里獲取連接其實就是服務(wù)員從張三那里獲得來吃飯的客人。初始化接口void Init() { //創(chuàng)建套接字 _listensockfdsocket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//SOCK_STREAM意味著面向字節(jié)流 if(_listensockfd0) { LOG(LogLevel::FATAL)socket error; exit(SOCK_ERR); } LOG(LogLevel::INFO)socket success; //bind固定端口 InetAddr local(_port); int nbind(_listensockfd,(const sockaddr*)local.NetAddrPtr(),local.NetAddrLen()); //bind失敗 if(n0) { LOG(LogLevel::FATAL)bind error; exit(BIND_ERR); } LOG(LogLevel::INFO)bind success_listensockfd; //_listen nlisten(_listensockfd,backlog);//backlog代表底層設(shè)置的權(quán)限隊列長度 if(n0) { LOG(LogLevel::FATAL)listen error; exit(LISTEN_ERR); } LOG(LogLevel::INFO)listen success_listensockfd; }首先第一步就是創(chuàng)建套接字其實就是雇傭張三第二步就是綁定端口綁定就是將文件描述符_listensockfd與本地IPport進行綁定類似于給張三分配特定的職務(wù)開始監(jiān)聽其實就相當(dāng)于拉攏客人。運行接口void Run() { _isrunningtrue; while(_isrunning) { struct sockaddr_in peer; socklen_t lensizeof(peer); //獲取連接,由_listensockfd來拉攏客人 int sockfdaccept(_listensockfd,CONV(peer),len); if(sockfd0) { LOG(LogLevel::WARNING)accept error; continue; } InetAddr addr(peer); //網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)主機打印消息 LOG(LogLevel::INFO)accept success,peer addr:addr.StringAddr(); Server(sockfd,addr); } _isrunningfalse; }獲取拉攏過來的客人的的信息peer然后獲取連接其實就是服務(wù)員從張三那里獲得來吃飯的客人然后獲得主機消息讓用戶知道是誰來了需要注意的是這里的accept被調(diào)用成功之后操作系統(tǒng)會自動填充好peer中的客戶端ip地址和端口peer其實就相當(dāng)于一個容器用來存放客戶端的地址的。服務(wù)接口void Server(int sockfd, InetAddr peer) { char buffer[1024]; // TCP的讀取工作類似于讀文件一樣 // 先讀取數(shù)據(jù) while (true) { ssize_t n read(sockfd, buffer, sizeof(buffer) - 1); if (n 0) { buffer[n] 0; LOG(LogLevel::INFO) peer.StringAddr() say# buffer; // 再寫回數(shù)據(jù) std::string echo_server server say#; echo_server buffer; write(sockfd, echo_server.c_str(), echo_server.size()); } else if (n 0) { LOG(LogLevel::DEBUG) peer.StringAddr() 退出了...; close(sockfd); break; } else { LOG(LogLevel::DEBUG) peer.StringAddr() 異常...; close(sockfd); break; } } }read服務(wù)端在運行時首先會讀取數(shù)據(jù)用read讀取從sockfd與客戶端通信的通道客戶端讀取數(shù)據(jù)再把數(shù)據(jù)寫回給客戶端。讀取數(shù)據(jù)有三種情況n0讀取成功n0讀取失敗n0對端把連接關(guān)了相當(dāng)于服務(wù)器讀到了文件的結(jié)尾 --- 與pipe類似。我們用telnet來進行測試telnet單純充當(dāng)一個TCP的收發(fā)工具是一個通用的TCP客戶端工具?？梢钥吹綔y試成功當(dāng)我關(guān)閉客戶端時三、單進程正規(guī)版本缺點就是一次只能處理一個請求#includeiostream #includeCommon.hpp #includeInetAddr.hpp #include sys/socket.h #include sys/types.h #include netinet/in.h #include arpa/inet.h #includecstring #includememory #includeunistd.h //tcpclient server_ip server_port void Usage(const char*process) { std::coutUsageprocessipportstd::endl; } int main(int argc,char*argv[]) { if(argc!3) { Usage(argv[0]); } //獲取服務(wù)端的ip和端口號 std::string serveripargv[1]; uint16_t serverportstd::stoi(argv[2]); //1、創(chuàng)建套接字 int sockfdsocket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); if(sockfd0) { std::cerrsocket errorstd::endl; exit(SOCK_ERR); } //套接字創(chuàng)建成功之后就需要發(fā)起連接請求了用connect InetAddr peer(serverip,serverport); int nconnect(sockfd,CONV(peer),sizeof(peer)); if(n0) { std::cerrconnect errorstd::endl; exit(CONNECT_ERR); } while(true) { //開始發(fā)送消息 std::string line; std::coutPlease Enter#; std::getline(std::cin,line); write(sockfd,line.c_str(),line.size()); //接受服務(wù)端發(fā)來的消息用read去讀 char buffer[1024]; ssize_t sizeread(sockfd,buffer,sizeof(buffer)-1); if(size0) { buffer[size]0; std::coutserver#bufferstd::endl; } } close(sockfd); //2、客戶端不需要顯示的綁定會自動選擇本地當(dāng)前的ip和端口號為我們創(chuàng)建客戶端,隨機方式選擇端口號 return 0; }客戶端代碼四、多進程正規(guī)版本多進程正規(guī)版本就是一次可以處理多個請求void Run() { _isrunning true; while (_isrunning) { struct sockaddr_in peer; socklen_t len sizeof(peer); // 獲取連接,由_listensockfd來拉攏客人 int sockfd accept(_listensockfd, CONV(peer), len); if (sockfd 0) { LOG(LogLevel::WARNING) accept error; continue; } InetAddr addr(peer); // 網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)主機打印消息 LOG(LogLevel::INFO) accept success,peer addr: addr.StringAddr(); //多進程版本 pid_t idfork(); if(id0) { LOG(LogLevel::FATAL)fork error; exit(FORK_ERR); } else if(id0) { //子進程不能看到父進程的listensockfd close(_listensockfd); Server(sockfd,addr); exit(OK); } else { //父進程運行 close(sockfd); //等待子進程要不然就僵尸了 pid_t ridwaitpid(id,nullptr,0); } } _isrunning false; }我們先有一個雛形再拋出問題這里我們創(chuàng)建了多進程我們不想讓子進程看到父進程的_listensockfd所以我們在子進程中關(guān)閉了這個文件描述符我們不想讓父進程看到子進程的sockfd所以我們在父進程中關(guān)閉了這個文件描述符然后子進程去執(zhí)行server的任務(wù)而父進程去執(zhí)行accept獲取連接的任務(wù)但是父進程要等待子進程完成之后進行回收啊那這里不就是阻塞了嘛阻塞跟單進程有什么區(qū)別最簡單的方法就是用signal讓父進程忽略信號直接并行執(zhí)行。直接在初始化時設(shè)置忽略信號。但是這樣太簡單了我們竟然要寫多進程那么我們就得把多進程優(yōu)雅的設(shè)計給搞進來來看看改變之后的代碼我們就加了為何會讓代碼有了質(zhì)的提升呢我們來好好分析一下我們的子進程在這里其實又創(chuàng)建了一個子進程為了形象點我們在這里叫做孫子進程當(dāng)fork()0時其實就是子進程執(zhí)行的代碼直接退出了此時我們的父進程執(zhí)行完代碼后壓根就不需要去阻塞等待了直接回收而Server的任務(wù)交給了我們的孫子進程但是孫子進程的父進程直接退出了自己就變成了孤兒進程孤兒進程是被系統(tǒng)所回收的所以成功解決了難題客戶端和服務(wù)端需要一直維持那個鏈接當(dāng)其他人的進程加進來的時候我們可以寫腳本發(fā)現(xiàn)只要是加進來的程序一定會一直被受理?？梢钥吹焦聝哼M程越來越多了。ctrlc退出之后孤兒進程就變少了。五、多線程版本我們先回答兩個問題1、如果進程打開了一個文件得到了一個fd這個fd線程能看到嗎答案能夠看到一個進程的文件描述符是被所有線程共享的2、線程敢不敢關(guān)閉自己不需要的fd答案肯定不敢我們來分析一下一些注意事項因為ThreadData是一個內(nèi)部類所以我們可以在Run中直接調(diào)用而我們又把Routine定義在了類中我們需要把它設(shè)置靜態(tài)的因為有this指針不能不傳參數(shù)但是呢定義為了靜態(tài)的之后就無法調(diào)用內(nèi)部成員函數(shù)了所以我們需要在ThreadData內(nèi)部定義一個TcpServer的對象然后在Routine內(nèi)部創(chuàng)建的進程就可以去調(diào)用這個TcpServer對象然后調(diào)用Server執(zhí)行任務(wù)了值得注意的是這里的Server我們不退那么服務(wù)就一直進行我們稱這種服務(wù)為長服務(wù)長服務(wù)適合多線程和多進程短服務(wù)就是連接完應(yīng)答完立馬關(guān)掉連接六、線程池版本using namespace LogModule; using namespace ThreadPoolModule; using task_t std::functionvoid(); // 服務(wù)器往往是禁止拷貝的所以我們繼承一下NoCopy想要完成整個服務(wù)器的拷貝就得完成NoCopy的拷貝所以我們就能禁止服務(wù)器拷貝了 const static int defaultsockfd -1; const static int backlog 8; class TcpServer : public NoCopy { public: TcpServer(uint16_t port) : _port(port), _listensockfd(defaultsockfd), _isrunning(false) { } void Init() { //signal(SIGCHLD,SIG_IGN);//忽略SIG_IGN信號,意味著父進程再也不用等子進程了非常簡單 // 創(chuàng)建套接字 _listensockfd socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); // SOCK_STREAM意味著面向字節(jié)流 if (_listensockfd 0) { LOG(LogLevel::FATAL) socket error; exit(SOCK_ERR); } LOG(LogLevel::INFO) socket success_listensockfd; // bind固定端口 InetAddr local(_port); int n bind(_listensockfd, (const sockaddr *)local.NetAddrPtr(), local.NetAddrLen()); // bind失敗 if (n 0) { LOG(LogLevel::FATAL) bind error; exit(BIND_ERR); } LOG(LogLevel::INFO) bind success _listensockfd; //_listen n listen(_listensockfd, backlog); // backlog代表底層設(shè)置的權(quán)限隊列長度 if (n 0) { LOG(LogLevel::FATAL) listen error; exit(LISTEN_ERR); } LOG(LogLevel::INFO) listen success _listensockfd; } void Server(int sockfd, InetAddr peer) { char buffer[1024]; // TCP的讀取工作類似于讀文件一樣 // 先讀取數(shù)據(jù) while (true) { ssize_t n read(sockfd, buffer, sizeof(buffer) - 1); if (n 0) { buffer[n] 0; LOG(LogLevel::INFO) peer.StringAddr() say# buffer; // 再寫回數(shù)據(jù) std::string echo_server server say#; echo_server buffer; write(sockfd, echo_server.c_str(), echo_server.size()); } else if (n 0) { LOG(LogLevel::DEBUG) peer.StringAddr() 退出了...; close(sockfd); break; } else { LOG(LogLevel::DEBUG) peer.StringAddr() 異常...; close(sockfd); break; } } } static void*Routine(void*args) { pthread_detach(pthread_self()); ThreadData*tdstatic_castThreadData*(args); td-tsvr-Server(td-sf,td-addr); delete td; return nullptr; } struct ThreadData { ThreadData(int sockfd,InetAddrar,TcpServer*s):sf(sockfd),addr(ar),tsvr(s) {} int sf; InetAddr addr; TcpServer *tsvr; }; void Run() { _isrunning true; while (_isrunning) { struct sockaddr_in peer; socklen_t len sizeof(peer); // 獲取連接,由_listensockfd來拉攏客人 int sockfd accept(_listensockfd, CONV(peer), len); if (sockfd 0) { LOG(LogLevel::WARNING) accept error; continue; } InetAddr addr(peer); // 網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)主機打印消息 LOG(LogLevel::INFO) accept success,peer addr: addr.StringAddr(); //線程池版本線程池一般比較適合處理短服務(wù) //將新鏈接和客戶端構(gòu)建一個新的任務(wù)push到線程池中讓線程池來處理 ThreadPooltask_t::GetInstance()-Enqueue([this,sockfd,addr](){ this-Server(sockfd,addr); }); } _isrunning false; } ~TcpServer() { } private: uint16_t _port; int _listensockfd; // 監(jiān)聽套接字 bool _isrunning; };直接定義了一個任務(wù)是一個function容器然后將lambda表達式這個處理方法保存到這個容器里然后當(dāng)我們執(zhí)行任務(wù)時直接進行回調(diào)完成這個任務(wù)。大家也可以嘗試做一下我們之前的業(yè)務(wù)版本比如說翻譯啊