C ++ ASIO:异步套接字和线程

时间:2016-03-03 13:00:48

标签: c++ boost boost-asio

我的应用程序基于asio聊天示例,由客户端和服务器组成: - 客户端:连接到服务器,接收请求并对其进行响应 - 服务器:具有QT GUI(主线程)和网络服务(单独线程),用于监听连接,向特定客户端发送请求以及解释来自GUI中的响应

我希望以异步方式实现此目的,以避免每个客户端连接的单独线程。

在我的QT窗口中,我有一个will not get the physical file in server side实例和一个网络服务实例:

io_service

我希望能够将数据发送到一个客户端,如下所示:

io_service_ = new asio::io_service();
asio::ip::tcp::endpoint endpoint(asio::ip::tcp::v4(), "1234");
service_ = new Service(*io_service_, endpoint, this);

asio::io_service* ioServicePointer = io_service_;
t = std::thread{ [ioServicePointer](){ ioServicePointer->run(); } };

我通过观察者模式接收和处理响应(窗口实现了IStreamListener接口)

Service.cpp:

service_->send_message(selectedClient.id, msg);

Stream.cpp:

#include "Service.h"
#include "Stream.h"

void Service::runAcceptor()
{
    acceptor_.async_accept(socket_,
        [this](asio::error_code ec)
    {
        if (!ec)
        {
            std::make_shared<Stream>(std::move(socket_), &streams_)->start();

        }

        runAcceptor();
    });
}

void Service::send_message(std::string streamID, chat_message& msg)
{

    io_service_.post(
        [this, msg, streamID]()
    {
        auto stream = streams_.getStreamByID(streamID);
        stream->deliver(msg);
    }); 

}

接口

#include "Stream.h"
#include <iostream>
#include "../chat_message.h"

Stream::Stream(asio::ip::tcp::socket socket, StreamCollection* streams)
    : socket_(std::move(socket))
{
    streams_ = streams;         // keep a reference to the streamCollection

    // retrieve endpoint ip
    asio::ip::tcp::endpoint remote_ep = socket_.remote_endpoint();
    asio::ip::address remote_ad = remote_ep.address();
    this->ip_ = remote_ad.to_string();      
}

void Stream::start()
{
    streams_->join(shared_from_this());
    readHeader();
}

void Stream::deliver(const chat_message& msg)
{
    bool write_in_progress = !write_msgs_.empty();
    write_msgs_.push_back(msg);
    if (!write_in_progress)
    {
        write();
    }
}

std::string Stream::getName()
{
    return name_;
}

std::string Stream::getIP()
{
    return ip_;
}


void Stream::RegisterListener(IStreamListener *l)
{
    m_listeners.insert(l);
}

void Stream::UnregisterListener(IStreamListener *l)
{
    std::set<IStreamListener *>::const_iterator iter = m_listeners.find(l);
    if (iter != m_listeners.end())
    {
        m_listeners.erase(iter);
    }
    else {
        std::cerr << "Could not unregister the specified listener object as it is not registered." << std::endl;
    }
}

void Stream::readHeader()
{
    auto self(shared_from_this());
    asio::async_read(socket_,
        asio::buffer(read_msg_.data(), chat_message::header_length),
        [this, self](asio::error_code ec, std::size_t /*length*/)
    {
        if (!ec && read_msg_.decode_header())
        {
            readBody();
        }
        else if (ec == asio::error::eof || ec == asio::error::connection_reset)
        {
            std::for_each(m_listeners.begin(), m_listeners.end(), [&](IStreamListener *l) {l->onStreamDisconnecting(this->id()); });
            streams_->die(shared_from_this());
        }
        else
        {
            std::cerr << "Exception: " << ec.message();
        }
    });
}

void Stream::readBody()
{
    auto self(shared_from_this());
    asio::async_read(socket_,
        asio::buffer(read_msg_.body(), read_msg_.body_length()),
        [this, self](asio::error_code ec, std::size_t /*length*/)
    {
        if (!ec)
        {
                    // notify the listener (GUI) that a response has arrived and pass a reference to it

            auto msg = std::make_shared<chat_message>(std::move(read_msg_));

            std::for_each(m_listeners.begin(), m_listeners.end(), [&](IStreamListener *l) {l->onMessageReceived(msg); });

            readHeader();
        }
        else
        {
            streams_->die(shared_from_this());
        }
    });
}

void Stream::write()
{
    auto self(shared_from_this());
    asio::async_write(socket_,
        asio::buffer(write_msgs_.front().data(),
        write_msgs_.front().length()),
        [this, self](asio::error_code ec, std::size_t /*length*/)
    {
        if (!ec)
        {
            write_msgs_.pop_front();
            if (!write_msgs_.empty())
            {
                write();
            }
        }
        else
        {
            streams_->die(shared_from_this());
        }
    });
}

StreamCollection基本上是一组IStream:

 class IStream
{
public: 
    /// Unique stream identifier
    typedef void* TId;
    virtual TId id() const
    {
        return (TId)(this);
    }

    virtual ~IStream() {}
    virtual void deliver(const chat_message& msg) = 0;

    virtual std::string getName() = 0;
    virtual std::string getIP() = 0;

    /// observer pattern    
    virtual void RegisterListener(IStreamListener *l) = 0;
    virtual void UnregisterListener(IStreamListener *l) = 0;
};

 class IStreamListener
{
public:
    virtual void onStreamDisconnecting(IStream::TId streamId) = 0;
    virtual void onMessageReceived(std::shared_ptr<chat_message> msg) = 0;

};

/*
    streamCollection / service delegates
*/
class IStreamCollectionListener
{
public:
    virtual void onStreamDied(IStream::TId streamId) = 0;
    virtual void onStreamCreated(std::shared_ptr<IStream> stream) = 0;

};

首先:代码到目前为止按预期工作。

我的问题: 这是ASIO应该用于异步编程的方式吗?我对 class StreamCollection { public: void join(stream_ptr stream) { streams_.insert(stream); std::for_each(m_listeners.begin(), m_listeners.end(), [&](IStreamCollectionListener *l) {l->onStreamCreated(stream); }); } // more events and observer pattern inplementation 方法和Service::send_message的使用特别不确定。在我的情况下,它的目的是什么?当我刚刚调用async_write时它也没有将它包装在io_service.post调用中。

我是否遇到过这种方法的问题?

1 个答案:

答案 0 :(得分:2)

Asio designed是一个简单而不是框架。因此,有多种方法可以成功使用它。分离GUI和网络线程,并使用异步I / O实现可伸缩性是一个好主意。

将工作委托给公共API中的io_service,例如Service::send_message(),会产生以下后果:

  • 将调用者的线程与为io_service提供服务的线程分离。例如,如果Stream::write()执行耗时的加密功能,则调用程序线程(GUI)不会受到影响。
  • 它提供了线程安全性。 io_service是线程安全的;但是socket不是线程安全的。此外,其他对象可能不是线程安全的,例如write_msgs_。 Asio保证只能在运行io_servce的线程中调用处理程序。因此,如果只有一个线程正在运行io_service,那么就不可能实现并发,并且将以线程安全的方式访问socket_write_msgs_。 Asio将此称为隐式 strand。如果多个线程正在处理io_service,则可能需要使用显式strand来提供线程安全性。有关股票的详细信息,请参阅this答案。

其他Asio注意事项:

  • 在处理程序中调用观察者,处理程序在网络线程中运行。如果任何观察者需要很长时间才能完成,例如必须与GUI线程触及的各种共享对象同步,那么它可能会在其他操作中产生较差的响应。考虑使用队列来代理 observer subject 组件之间的事件。例如,可以使用另一个io_service作为队列,由其自己的线程运行,并发布到其中:

    auto msg = std::make_shared<chat_message>(std::move(read_msg_));
    for (auto l: m_listeners)
        dispatch_io_service.post([=](){ l->onMessageReceived(msg); });
    
  • 验证write_msgs_的容器类型不会使push_back()上的现有元素的迭代器,指针和引用以及pop_front()的其他元素无效。例如,使用std::liststd::dequeue是安全的,但std::vector可能会使对push_back上现有元素的引用无效。

  • 对于单个StreamCollection::die(),可以多次调用
  • Stream。此功能应该是幂等的或适当地处理副作用。
  • 如果给定Stream失败,则只会在一个路径中通知其侦听器断开连接:未能读取错误为asio::error::eofasio::error::connection_reset的标头。其他路径不会调用IStreamListener.onStreamDisconnecting()
    • 读取标头,但解码失败。在这种特殊情况下,整个读取链将在不通知其他组件的情况下停止。发生问题的唯一迹象是std::cerr的打印声明。
    • 读取身体时失败。