這是學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)編程后寫的一個(gè)練手的小程序，可以幫助復(fù)習(xí)socket，I/O復(fù)用，非阻塞I/O等知識(shí)點(diǎn)。

通過回顧寫的過程中遇到的問題的形式記錄程序的關(guān)鍵點(diǎn)，最后給出完整程序代碼。

0. 功能

編寫一個(gè)簡易群聊程序，程序具備的基本功能：

服務(wù)器：支持多個(gè)客戶端連接，并將每個(gè)客戶端發(fā)過來的消息發(fā)給所有其他的客戶端

客戶端：能夠連接服務(wù)器，并向服務(wù)器發(fā)送消息，同時(shí)接收服務(wù)器發(fā)過來的任何消息

 

1. Server I/O模型

采用事件驅(qū)動(dòng)（I/O復(fù)用）+ 非阻塞I/O的模型，即Reactor模式。I/O復(fù)用采用linux下的epoll機(jī)制。

相關(guān)API介紹見最后，先梳理幾個(gè)寫程序的時(shí)候想到的問題。

1.1  I/O復(fù)用為什么搭配非阻塞I/O？（select/epoll返回可讀后還用非阻塞是不是沒有意義？）

　　select/epoll返回了可讀，并不一定代表能讀，在返回可讀到調(diào)用read函數(shù)之間，是有時(shí)間間隙的。內(nèi)核可能把數(shù)據(jù)丟失，也可能存在比如多個(gè)線程監(jiān)聽該socket,

數(shù)據(jù)被別人讀走的情況。所以這里使用非阻塞I/O是有意義的。

可以參考知乎這個(gè)問題  https://www.zhihu.com/question/37271342

1.2 epoll的條件觸發(fā)LT（水平觸發(fā)）和邊緣觸發(fā)ET區(qū)別，如何正確地處理ET模式下的讀操作？

簡單講，以讀取數(shù)據(jù)操作舉例。條件觸發(fā)，只要輸入緩沖中還有數(shù)據(jù)，就會(huì)以事件方式再次注冊；

而邊緣觸發(fā)中僅在輸入緩沖收到數(shù)據(jù)時(shí)注冊一次該事件（你沒讀完也epoll_wait也不再返回了）。

所以如果使用邊緣觸發(fā)發(fā)生輸入相關(guān)事件，需要讀取輸入緩沖中的全部數(shù)據(jù)。方法是一直讀，直到read返回-1,并且變量errno中的值為EAGAIN，說明沒有數(shù)據(jù)可讀。

所以在這里再次考慮一下1.1中的問題，epoll如果采用邊緣觸發(fā)，更要使用非阻塞I/O，否則可能就因?yàn)闊o數(shù)據(jù)可讀阻塞整個(gè)線程了。

1.3  select與epoll的差別

 一個(gè)老生常談的問題，select函數(shù)效率低主要有以下兩個(gè)原因，首先是每次調(diào)用select函數(shù)時(shí)需要向操作系統(tǒng)傳遞監(jiān)視對(duì)象信息，其次是調(diào)用后針對(duì)所有文件描述符的循環(huán)語句。

第一點(diǎn)對(duì)效率的影響更大。

此外，epoll還支持ET模式，而select只支持LT模式。

但select也有優(yōu)點(diǎn)，比如兼容性好（大多數(shù)操作系統(tǒng)支持），在服務(wù)端介入者少的情況下仍然可以考慮使用select。

1.4 epoll相關(guān)API

萬碼學(xué)堂,電腦培訓(xùn),計(jì)算機(jī)培訓(xùn),Java培訓(xùn),JavaEE開發(fā)培訓(xùn),青島軟件培訓(xùn),軟件工程師培訓(xùn)

 epoll_create( epoll_ctl( epfd,  op,  fd,  epoll_event * epoll_wait( epfd,  epoll_event * events,  maxevents,  timeout)

萬碼學(xué)堂,電腦培訓(xùn),計(jì)算機(jī)培訓(xùn),Java培訓(xùn),JavaEE開發(fā)培訓(xùn),青島軟件培訓(xùn),軟件工程師培訓(xùn)

 

2. Client怎么處理？

Client采用分割讀寫的方式，開兩個(gè)進(jìn)程。父進(jìn)程負(fù)責(zé)負(fù)責(zé)接受數(shù)據(jù)，子進(jìn)程負(fù)責(zé)發(fā)送數(shù)據(jù)。

萬碼學(xué)堂,電腦培訓(xùn),計(jì)算機(jī)培訓(xùn),Java培訓(xùn),JavaEE開發(fā)培訓(xùn),青島軟件培訓(xùn),軟件工程師培訓(xùn)

      if (pid == 0) {        //子進(jìn)程負(fù)責(zé)寫操作          write_routine(sock);
      }      else {        //父進(jìn)程負(fù)責(zé)讀操作          read_routine(sock);
      }

萬碼學(xué)堂,電腦培訓(xùn),計(jì)算機(jī)培訓(xùn),Java培訓(xùn),JavaEE開發(fā)培訓(xùn),青島軟件培訓(xùn),軟件工程師培訓(xùn)

 

3. 代碼

代碼中有詳細(xì)注釋

萬碼學(xué)堂,電腦培訓(xùn),計(jì)算機(jī)培訓(xùn),Java培訓(xùn),JavaEE開發(fā)培訓(xùn),青島軟件培訓(xùn),軟件工程師培訓(xùn)

  1 //utility.h  2 #ifndef UTILITY_H_  3 #define UTILITY_H_  4   5 #include <iostream>  6 #include <list>  7 #include <sys/types.h>  8 #include <sys/socket.h>  9 #include <netinet/in.h> 10 #include <arpa/inet.h> 11 #include <sys/epoll.h> 12 #include <fcntl.h> 13 #include <errno.h> 14 #include <unistd.h> 15 #include <stdio.h> 16 #include <stdlib.h> 17 #include <string.h> 18  19 using namespace std; 20  21 // clients_list save all the clients's socket 22 list<int> clients_list; 23  24 /**********************   macro defintion **************************/ 25 // server ip 26 #define SERVER_IP "127.0.0.1" 27  28 // server port 29 #define SERVER_PORT 8888 30  31 //epoll size 32 #define EPOLL_SIZE 5000 33  34 //message buffer size 35 #define BUF_SIZE 0xFFFF 36  37 #define SERVER_WELCOME "Welcome you to join the chatroom! Your chat ID is: Client #%d" 38  39 #define SERVER_MESSAGE "ClientID %d say >> %s" 40  41 // exit 42 #define EXIT "EXIT" 43  44 #define CAUTION "There is only one int the chatroom!" 45  46 /**********************   some function **************************/ 47 /** 48   *設(shè)置非阻塞IO 49 **/ 50 int setnonblocking(int sockfd) 51 { 52     fcntl(sockfd, F_SETFL, fcntl(sockfd, F_GETFD, 0)| O_NONBLOCK); 53     return 0; 54 } 55  56 /** 57   * 將文件描述符fd添加到epollfd標(biāo)示的內(nèi)核事件表中， 并注冊EPOLLIN事件， 58   * EPOOLET表明是ET工作方式，根據(jù)enable_et來判定是否設(shè)置邊緣觸發(fā)。 59   * 最后將文件描述符設(shè)置非阻塞方式 
 60 **/ 61 void addfd( int epollfd, int fd, bool enable_et ) 62 { 63     struct epoll_event ev; 64     ev.data.fd = fd; 65     ev.events = EPOLLIN; 66     if( enable_et ) 67         ev.events = EPOLLIN | EPOLLET; 68     epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &ev); 69     setnonblocking(fd); 70     printf("fd added to epoll!\n\n"); 71 } 72  73 /** 74   * 群發(fā)消息 75 **/ 76 int sendBroadcastmessage(int clientfd) 77 { 78     // buf[BUF_SIZE] receive new chat message 79     // message[BUF_SIZE] save format message 80     char buf[BUF_SIZE], message[BUF_SIZE]; 81     bzero(buf, BUF_SIZE); 82     bzero(message, BUF_SIZE); 83  84     // receive message 85     printf("read from client(clientID = %d)\n", clientfd); 86     int len = recv(clientfd, buf, BUF_SIZE, 0); 87  88     if(len == 0)  // len = 0 means the client closed connection 89     { 90         close(clientfd); 91         clients_list.remove(clientfd); //server remove the client 92         printf("ClientID = %d closed.\n now there are %d client in the chatroom\n", clientfd, (int)clients_list.size()); 93  94     } 95     else  //broadcast message  96     { 97         if(clients_list.size() == 1) { // this means There is only one int the chatroom 98             send(clientfd, CAUTION, strlen(CAUTION), 0); 99             return len;100         }101         // format message to broadcast102         sprintf(message, SERVER_MESSAGE, clientfd, buf);103 104         list<int>::iterator it;105         for(it = clients_list.begin(); it != clients_list.end(); ++it) {106            if(*it != clientfd){107                 if( send(*it, message, BUF_SIZE, 0) < 0 ) { perror("error"); exit(-1);}108            }109         }110     }111     return len;112 }113 #endif // UTILITY_H_

萬碼學(xué)堂,電腦培訓(xùn),計(jì)算機(jī)培訓(xùn),Java培訓(xùn),JavaEE開發(fā)培訓(xùn),青島軟件培訓(xùn),軟件工程師培訓(xùn)

 

萬碼學(xué)堂,電腦培訓(xùn),計(jì)算機(jī)培訓(xùn),Java培訓(xùn),JavaEE開發(fā)培訓(xùn),青島軟件培訓(xùn),軟件工程師培訓(xùn)

 1 //Server.cpp 2  3 #include "utility.h" 4  5 int main(int argc, char *argv[]) 6 { 7     //服務(wù)器端口號(hào)和IP地址 8     struct sockaddr_in serverAddr; 9     serverAddr.sin_family = PF_INET;10     serverAddr.sin_port = htons(SERVER_PORT);11     serverAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP);12     //創(chuàng)建監(jiān)聽套接字13     int listener = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);14     if(listener < 0) { 
15         perror("listener"); exit(-1);16     }17     printf("listen socket created \n");18     //綁定地址19     if( bind(listener, (struct sockaddr *)&serverAddr, sizeof(serverAddr)) < 0) {20         perror("bind error");21         exit(-1);22     }23     //listen24     int ret = listen(listener, 5);25     if(ret < 0) { 
26         perror("listen error"); 
27         exit(-1);28     }29     printf("Start to listen: %s\n", SERVER_IP);30     //創(chuàng)建epoll事件表31     int epfd = epoll_create(EPOLL_SIZE);32     if(epfd < 0) { 
33         perror("epfd error");34         exit(-1);35     }36     printf("epoll created, epollfd = %d\n", epfd);37     static struct epoll_event events[EPOLL_SIZE];38     //注冊監(jiān)聽套接字到epoll事件表39     addfd(epfd, listener, true);40     //main loop41     while(1)42     {43         //epoll_events_count指明待處理事件數(shù)44         int epoll_events_count = epoll_wait(epfd, events, EPOLL_SIZE, -1);45         if (epoll_events_count < 0) {46             perror("epoll failure");47             break;48         }49 50         printf("epoll_events_count = %d\n", epoll_events_count);51         //處理事件52         for (int i = 0; i < epoll_events_count; ++i)53         {54             int sockfd = events[i].data.fd;55             //sockfd == listener表明有新連接56             if(sockfd == listener)57             {58                 struct sockaddr_in client_address;59                 socklen_t client_addrLength = sizeof(struct sockaddr_in);60                 int clientfd = accept( listener, ( struct sockaddr* )&client_address, &client_addrLength );61 62                 printf("client connection from: %s : % d(IP : port), clientfd = %d \n",63                         inet_ntoa(client_address.sin_addr), ntohs(client_address.sin_port), clientfd);64                 65                 //把新連接加入epoll事件表中66                 addfd(epfd, clientfd, true);67 68                 // 把clientfd加入客戶連接的list內(nèi)69                 clients_list.push_back(clientfd);70                 printf("Add new clientfd = %d to epoll\n", clientfd);71                 printf("Now there are %d clients int the chat room\n", (int)clients_list.size());72 73                 // 想新連接發(fā)送歡迎信息  74                 printf("welcome message\n");                
75                 char message[BUF_SIZE];76                 bzero(message, BUF_SIZE);77                 sprintf(message, SERVER_WELCOME, clientfd);78                 int ret = send(clientfd, message, BUF_SIZE, 0);79                 if(ret < 0) { 
80                     perror("send error"); 
81                     exit(-1); 
82                 }83             }84             //sockfd != listener表明之前的連接發(fā)來數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)群發(fā)給所有連接對(duì)象85             else 86             {   
87                 printf("i got an message");88                 int ret = sendBroadcastmessage(sockfd);89                 if(ret < 0) { perror("error");exit(-1); }90             }91         }92     }93     close(listener); //close socket94     close(epfd);    //close epoll instance95     return 0;96 }

萬碼學(xué)堂,電腦培訓(xùn),計(jì)算機(jī)培訓(xùn),Java培訓(xùn),JavaEE開發(fā)培訓(xùn),青島軟件培訓(xùn),軟件工程師培訓(xùn)

 

萬碼學(xué)堂,電腦培訓(xùn),計(jì)算機(jī)培訓(xùn),Java培訓(xùn),JavaEE開發(fā)培訓(xùn),青島軟件培訓(xùn),軟件工程師培訓(xùn)

 1 //Client.cpp 2  3 #include "utility.h" 4  5 void write_routine(int sock); 6 void read_routine(int sock); 7 int main(int argc, char *argv[]) 8 { 9     //服務(wù)器