C++編寫高性能服務(wù)器實(shí)例教程
我將展示如何使用現(xiàn)代C++編寫一個(gè)Echo服務(wù)器，相當(dāng)于分布式系統(tǒng)開發(fā)中的“Hello World”。這個(gè)服務(wù)器會(huì)將接收的消息直接返回。我們同時(shí)需要一個(gè)可以向我們的服務(wù)器發(fā)動(dòng)消息的客戶端，在這里可以發(fā)現(xiàn)客戶端的源碼。
Wangle是一個(gè)用來搭建事件驅(qū)動(dòng)的現(xiàn)代異步C++服務(wù)的C/S應(yīng)用框架。Wangle最基本的抽象概念就是Pipeline(管線)。能夠理解這種抽象，將會(huì)很容易寫出各種復(fù)雜的現(xiàn)代C++服務(wù)，另一個(gè)重要的概念是Service(服務(wù))，其可以看作一種更高級(jí)的Pipeline，不過超出了本文我們關(guān)注的范疇。
PipeLine
pipeline 是 Wangle 中最重要也是最強(qiáng)大的抽象，可以讓用戶在定制 request 和 response 的實(shí)現(xiàn)時(shí)擁有很大的自由。一個(gè)pipeline就是一系列request/response控制程序的嵌套。我試圖尋找一個(gè)真實(shí)世界中pipeline的類比，唯一我能想到的就是現(xiàn)實(shí)世界工廠中的生產(chǎn)線。一條生產(chǎn)線工作在一種順序模式下，所有的工人取得一個(gè)物體，并且只添加一種修改，再將其發(fā)送給上游的工人直到整個(gè)產(chǎn)品制造完成。這可能不是一個(gè)特別好的比喻,因?yàn)榱魉€上產(chǎn)品的流動(dòng)是單向的，而一個(gè)pipeline能控制反方向的數(shù)據(jù)流動(dòng)－－就好像將成品分解成原材料。
一個(gè)Wangle handler可以同時(shí)掌控上游和下游的兩個(gè)方向的數(shù)據(jù)流動(dòng)。當(dāng)你把所有的handler連接在一起，就可以用一種靈活的方式將原始數(shù)據(jù)組裝為想要的數(shù)據(jù)類型或者將已有的數(shù)據(jù)拆分。
在我們的服務(wù)器的pipeline中大致將會(huì)有下面幾種handler:
1.Handler 1 (下文的上游下游是指對(duì)一同個(gè)handler而言，根據(jù)其在pipeline中的位置不同，輸入輸出相反) 上游：將從socket中接收的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流寫入一個(gè)零拷貝(zero-copy,指省略了Applicaion context和Kernel context之間的上下文切換，避免了CPU對(duì)Buffer的冗余拷貝，直接在Kernel級(jí)別進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)，詳情請(qǐng)參閱維基百科)的字節(jié)緩存中，發(fā)送給handler2
下游：接收一個(gè)零拷貝的字節(jié)緩存，將其內(nèi)容寫入socket中
2.Handler2 上游：接收handler1的緩存對(duì)象，解碼為一個(gè)string對(duì)象傳遞給handler3 下游：接收handler3的string對(duì)象，將其轉(zhuǎn)碼為一個(gè)零拷貝的字節(jié)緩存，發(fā)送給handler1
3.Handler3 上游：接收handler2中的string對(duì)象，再向下發(fā)送至pipeline等待寫回客戶端。string會(huì)發(fā)回handler2 下游：接收上游的string對(duì)象，傳遞給handler2
需要注意的一點(diǎn)是，每一個(gè)handler應(yīng)當(dāng)只做一件事并且只有一件，如果你有一個(gè)handler里做了多項(xiàng)任務(wù),比如從二進(jìn)制流離直接解碼出string，那么你需要學(xué)會(huì)將它拆分。這對(duì)提升代碼的可維護(hù)性和擴(kuò)展性非常重要。
另外，沒錯(cuò)，handler不是線程安全的,所以不要輕易的在其中使用任何沒有經(jīng)過mutex，atomic lock保護(hù)的數(shù)據(jù)，如果你確實(shí)需要一個(gè)線程安全的環(huán)境，F(xiàn)olly提供了一種免于加鎖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu), Folly依賴于Wangle，你可以很容易的在項(xiàng)目中引入并使用它。
如果你還不是很明白所有的步驟，不用著急，在看到下面的具體實(shí)現(xiàn)時(shí)你會(huì)更加清楚。
Echo Server
下面我會(huì)展示服務(wù)器的具體實(shí)現(xiàn)。我假定您已經(jīng)安裝好Wangle。需要注意的是截至目前Wangle還不能在Mac OS上安裝，我建議您可以安裝虛擬機(jī)，使用Ubuntu來安裝Wangle。
這就是echo handler：接收一個(gè)string，打印到stdout中，再發(fā)送回pipeline。要注意write語句中的定界符不可以省略，因?yàn)閜ipeline會(huì)按照字節(jié)解碼。
// the main logic of our echo server; receives a string and writes it straight
// back
class EchoHandler : public HandlerAdapter {
public:
virtual void read(Context* ctx, std::string msg) override {
std::cout << "handling " << msg << std::endl;
write(ctx, msg + "rn");
}
};
Echohandler其實(shí)是我們pipeline的最后一個(gè)handler，現(xiàn)在我們需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)PipelineFactory來控制所有的request和response。
// where we define the chain of handlers for each messeage received
class EchoPipelineFactory : public PipelineFactory {
public:
EchoPipeline::Ptr newPipeline(std::shared_ptr sock) {
auto pipeline = EchoPipeline::create();
pipeline->addBack(AsyncSocketHandler(sock));
pipeline->addBack(LineBasedFrameDecoder(8192));
pipeline->addBack(StringCodec());
pipeline->addBack(EchoHandler());
pipeline->finalize();
return pipeline;
}
};
pipeline中每一個(gè)handler的插入順序都需要嚴(yán)格注意，因?yàn)樗鼈兪前凑障群笈判虻模颂幬覀冇?個(gè)handler
1.AsyncSocketHandler: 上游：讀取scoket中的二進(jìn)制流轉(zhuǎn)換成零拷貝字節(jié)緩存 下游：將字節(jié)緩存內(nèi)容寫入底層socket
2. LineBasedFrameDecoder: 上游：接收字節(jié)緩存，按行分割數(shù)據(jù) 下游：將字節(jié)緩存發(fā)送給AsyncSocketHandler
3. StringCodec: 上游：接收字節(jié)緩存，解碼為std:string傳遞給EchoHandler 下游：接收std:string, 編碼為字節(jié)緩存,傳遞給LineBasedFrameDecoder
4. EchoHandler: 上游：接收std:string對(duì)象，將其寫入pipeline－將消息返回給Echohandler。 下游：接收一個(gè)std:string對(duì)象，轉(zhuǎn)發(fā)給StringCodec Handler。 現(xiàn)在我們所需要做的就是將pipeline factory關(guān)聯(lián)到ServerBootstrap，綁定一個(gè)端口，這樣我們已經(jīng)完成了 基本上所有的工作。
#include <gflags/gflags.h>
#include <wangle/bootstrap/ServerBootstrap.h>
#include <wangle/channel/AsyncSocketHandler.h>
#include <wangle/codec/LineBasedFrameDecoder.h>
#include <wangle/codec/StringCodec.h>
using namespace folly;
using namespace wangle;
DEFINE_int32(port, 8080, "echo server port");
typedef Pipeline<IOBufQueue&, std::string> EchoPipeline;
// the main logic of our echo server; receives a string and writes it straight
// back
class EchoHandler : public HandlerAdapter<std::string> {
public:
virtual void read(Context* ctx, std::string msg) override {
std::cout << "handling " << msg << std::endl;
write(ctx, msg + "\r\n");
}
};
// where we define the chain of handlers for each messeage received
class EchoPipelineFactory : public PipelineFactory<EchoPipeline> {
public:
EchoPipeline::Ptr newPipeline(std::shared_ptr<AsyncTransportWrapper> sock) {
auto pipeline = EchoPipeline::create();
pipeline->addBack(AsyncSocketHandler(sock));
pipeline->addBack(LineBasedFrameDecoder(8192));
pipeline->addBack(StringCodec());
pipeline->addBack(EchoHandler());
pipeline->finalize();
return pipeline;
}
};
int main(int argc, char** argv) {
google::ParseCommandLineFlags(&argc, &argv, true);
ServerBootstrap<EchoPipeline> server;
server.childPipeline(std::make_shared<EchoPipelineFactory>());
server.bind(FLAGS_port);
server.waitForStop();
return 0;
}
至此我們一共只寫了48行代碼就完成了一個(gè)高性能的異步C++服務(wù)器。
Echo Client
echo客戶端的實(shí)現(xiàn)與我們的服務(wù)端非常類似:
// the handler for receiving messages back from the server
class EchoHandler : public HandlerAdapter {
public:
virtual void read(Context* ctx, std::string msg) override {
std::cout << "received back: " << msg;
}
virtual void readException(Context* ctx, exception_wrapper e) override {
std::cout << exceptionStr(e) << std::endl;
close(ctx);
}
virtual void readEOF(Context* ctx) override {
std::cout << "EOF received :(" << std::endl;
close(ctx);
}
};
注意我們重載了readException和readEOF兩個(gè)方法，還有其他一些方法可以被重載。如果你需要控制某個(gè)特別的事件，只需要重載對(duì)應(yīng)的虛函數(shù)即可。
這是客戶端的pipeline factory的實(shí)現(xiàn)，與我們的服務(wù)端結(jié)構(gòu)基本一致，只有EventBaseHandler這個(gè)handler在服務(wù)端代碼中不曾出現(xiàn)，它可以確保我們可以從任意一個(gè)線程寫入數(shù)據(jù)。
// the handler for receiving messages back from the server
class EchoHandler : public HandlerAdapter {
public:
virtual void read(Context* ctx, std::string msg) override {
std::cout << "received back: " << msg;
}
virtual void readException(Context* ctx, exception_wrapper e) override {
std::cout << exceptionStr(e) << std::endl;
close(ctx);
}
virtual void readEOF(Context* ctx) override {
std::cout << "EOF received :(" << std::endl;
close(ctx);
}
};
客戶端所有的代碼如下圖所示
#include <gflags/gflags.h>
#include
#include <wangle/bootstrap/ClientBootstrap.h>
#include <wangle/channel/AsyncSocketHandler.h>
#include <wangle/channel/EventBaseHandler.h>
#include <wangle/codec/LineBasedFrameDecoder.h>
#include <wangle/codec/StringCodec.h>
using namespace folly;
using namespace wangle;
DEFINE_int32(port, 8080, "echo server port");
DEFINE_string(host, "::1", "echo server address");
typedef Pipeline<folly::IOBufQueue&, std::string> EchoPipeline;
// the handler for receiving messages back from the server
class EchoHandler : public HandlerAdapter {
public:
virtual void read(Context* ctx, std::string msg) override {
std::cout << "received back: " << msg;
}
virtual void readException(Context* ctx, exception_wrapper e) override {
std::cout << exceptionStr(e) << std::endl;
close(ctx);
}
virtual void readEOF(Context* ctx) override {
std::cout << "EOF received :(" << std::endl;
close(ctx);
}
};
// chains the handlers together to define the response pipeline
class EchoPipelineFactory : public PipelineFactory {
public:
EchoPipeline::Ptr newPipeline(std::shared_ptr sock) {
auto pipeline = EchoPipeline::create();
pipeline->addBack(AsyncSocketHandler(sock));
pipeline->addBack(
EventBaseHandler()); // ensure we can write from any thread
pipeline->addBack(LineBasedFrameDecoder(8192, false));
pipeline->addBack(StringCodec());
pipeline->addBack(EchoHandler());
pipeline->finalize();
return pipeline;
}
};
int main(int argc, char** argv) {
google::ParseCommandLineFlags(&argc, &argv, true);
ClientBootstrap client;
client.group(std::make_shared(1));
client.pipelineFactory(std::make_shared());
auto pipeline = client.connect(SocketAddress(FLAGS_host, FLAGS_port)).get();
try {
while (true) {
std::string line;
std::getline(std::cin, line);
if (line == "") {
break;
}
pipeline->write(line + "rn").get();
if (line == "bye") {
pipeline->close();
break;
}
}
} catch (const std::exception& e) {
std::cout << exceptionStr(e) << std::endl;
}
return 0;
}
程序用一個(gè)While循環(huán)不斷監(jiān)測(cè)用戶的輸入,并且依靠調(diào)用.get() 來同步等待一直到請(qǐng)求被響應(yīng)。
以上就是C++編寫高性能服務(wù)器實(shí)例教程的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于C++高性能服務(wù)器的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！
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