Muduo网络库介绍(muduo的使用方法详解)

Muduo网络库介绍，muduo的使用方法详解，muduo是陈硕个人使用C++开发的一款网络库，代码写的很有学习价值，总结的内容来自书籍《Linux 多线程服务器端编程》，也是由陈硕编写，可以配合github代码一起使用。

muduo github网址：https://github点com/chenshuo/muduo

一、muduo网络库简介

1、特点

（1）线程安全，原生支持多核多线程；

（2）不跨平台，只支持Linux；

（3）只要支持x86-64，兼顾IA32，也可以运行在ARM上；

（4）不支持UDP，只支持TCP

（5）不支持IPv6，只支持IPv4；

（6）支持的使用模式：非阻塞IO+one event loop per thread，不支持阻塞IO。

2·、代码结构

muduo 是基于Reactor模式的网络库，核心是事件循环EventLoop，用于响应计时器和IO事件，muduo采用基于对象的设计风格，事件的回调接口多boost::function+boost::bind表达。muduo源码的目录结构为：

muduo网络库的核心位于muduo/net和muduo/net/poller，其中灰底表示用户不可见的内部类：

其中主要的公共接口和内部实现如下：

（1）公共接口

1.Buffer：是TcpConnection的成员，仿照了Netty ChannelBuffer的buffer class，数据的读写通过buffer进行，用户代码不需要调用read/write，只需要处理收到的数据和准备好要发送的数据；

2.EventLoop事件循环：每个线程只能有一个EventLoop实体，负责IO和定时器事件的分派，使用eventfd()来异步唤醒，用TimerQueue作为计时器管理，使用Poller作为IO多路复用；

3.EventLoopThread：启动一个线程，在其中运行EventLoop::loop()；

4.TcpConnection：网络库的核心，封装一次TCP连接，但不能发起连接；

5.TcpClient：用于编写网络客户端，能发起连接，并且有重试的功能；

6.TcpServer：用于编写网络服务端，接受客户端的连接。

（2）内部实现

1.Channel负责注册与响应IO事件，注意它不拥有file descriptor。它是Acceptor、Connector、EventLoop、TimerQueue、TcpConnection的成员，生命期由后者控制；

2.Socket是一个RAII handle，封装一个file descriptor，并在析构时关闭fd。它是Acceptor、TcpConnection的成员，生命期由后者控制。EventLoop、TimerQueue也拥有fd，但是不封装为Socket class；

3.SocketsOps 封装各种 Sockets 系统调用；

4.Poller是PollPoller和EPollPoller的基类。它是EventLoop的成员，生命期由后者控制；

5.PollPoller和 EPollPoller封装poll()和epoll()两种 IO multiplexing后端。poll 的存在价值是便于调试，因为 poll()调用是上下文无关的，用strace很容易知道库的行为是否正确；

6.Connector用于发起 TCP连接，它是Tcpclient的成员，生命期由后者控制；

7.Acceptor 用于接受TCP连接，它是TcpServer的成员，生命期由后者控制；

8.TimerQueue用timerfd实现定时，这有别于传统的设置poll/epoll_wait的等待时长的办法。TimerQueue 用std::map来管理Timer，常用操作的复杂度是O(log N)，N为定时器数目。它是EventLoop的成员，生命期由后者控制；

9.EventLoopThreadPool用于创建IO线程池，用于把TcpConnection分派到某个EventLoop线程上。它是TcpServer的成员，生命期由后者控制。

二、muduo线程模型

muduo的线程模型符合one loop per thread+thread pool模型，每个线程最多只有一个EventLoop，一个文件描述符只能由一个线程读写， TcpConnection所在的线程由其所属的EventLoop决定，TcpServer支持多线程，有两种模式：

1，单线程，accept与TcpConnection用同一个线程做IO；

2， 多线程，accept与EventLoop在同一个线程，另外创建一个EventLoopThreadPool，新到的连接会以轮询调度的方式分配到线程池中。

每种服务模型都有对应的例子。

1、单线程Reactor

计算和IO在同一个线程，没有事件的时候，线程等待在select/poll/epoll等函数上，事件到达后由网络库处理IO，再把消息通知客户端代码，网络库负责读写Socket，用户代码负责解码、计算、编码。事件顺序处理，无法保证优先级。这种模式适用于IO密集的应用，不太适合CPU密集的应用；

实际项目应用中，这种模型应该并不常用。

代码目录：muduo/examples/sudoku/server_basic.cc

Server_basic.cc是一个并发服务器，可以同时服务多个客户端连接，但是是单线程的。

其中最关键的是onMessage()函数，主要用来从缓冲区读取数据，并调用processRequest()去处理请求，其中全部的IO和计算任务都在同一个线程中进行。

2、Reactor+线程池

主线程负责IO，工作线程负责计算，使用固定大小的线程池，全部的IO工作都在一个Reactor线程完成，而计算任务交给线程池，这种模式适用于计算任务彼此独立，而且IO压力不大的场景，有乱序返回的可能，客户端要根据id来匹配响应。

代码目录：muduo/examples/sudoku/server_threadpool.cc

与方案1的区别是多了ThreadPool对象，线程池大小由numThreads_指定，然后processRequest()中计算的部分由ThreadPool去执行。这种方案有乱序返回的可能，所以要根据id来匹配响应。

3、one loop per thread

一个main Reactor负责accept连接，然后把连接挂在某个sub Reactor（muduo采用轮询方式选择sub Reactor）中，该连接的所有操作都在那个sub Reactor所处的线程中完成。优点是能保证请求的顺序性，程序的总体处理能力不会随着连接增加而下降，适应性强，所以是muduo的默认多线程模型。

代码目录：muduo/examples/sudoku/server_multiloop.cc

这种模式下只需要设置server_.setThreadNum(numThreads_)即可。TcpServer在这种模式下用自己的EventLoop接受新连接，然后用event loop pool里的EventLoop去执行IO；

4、one loop per thread + 线程池

既有多个Reactor来处理IO，也使用线程池来处理计算，这种模式适合既有突发IO，又有突发计算的应用。

如何确定使用多少个EventLoop呢？

根据ZeroMQ手册的建议，按照每千兆比特每秒的吞吐量配一个event loop的比例来设置event loop的数目（即muduo::TcpServer::setThreadNum()的数量），所以在编写运行于千兆以太网上的网络程序时，用一个event loop就足以应付网络IO。如果TCP连接有优先级之分，那使用一个event loop不太合适，最好是把高优先级的连接用单独的event loop来处理。

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