TinyWebserver的复现与改进（4）：主线程的具体实现

GitHub - yzfzzz/MyWebServer: Linux高并发服务器项目，参考了TinyWebServer，将在此基础上进行性能改进与功能增加。为方便读者学习，附带详细注释和博客！

TinyWebserver的复现与改进（1）：服务器环境的搭建与测试-CSDN博客

TinyWebserver的复现与改进（2）：项目的整体框架-CSDN博客

TinyWebserver的复现与改进（3）：线程同步机制类封装及线程池实现-CSDN博客

Reactor模式

今天我们将采用主从Reactor多线程模式，这是是大多数高性能服务器采用的模式

主从Reactor多线程模式要求主线程（I/O处理单元）只需负责：

1. 监听文件描述符上是否有事件发生，
2. 有的话就立即将该事件通知工作线程（逻辑单元），
3. 将 socket 可读可写事件放入请求队列，交给工作线程处理。

除此之外，主线程不做任何其他实质性的工作。读写数据，接受新的连接，以及处理客户请求均在工作线程中完成。

Reactor模式的工作流程

使用同步 I/O（以 epoll_wait 为例）实现的 Reactor 模式的工作流程是：

1. 主线程往 epoll 内核事件表中注册 socket 上的读就绪事件。 (即把listenfd、和已连接的客户端socketfd加入到epoll模型中)
2. 主线程调用 epoll_wait 等待 socket 上有数据可读。
3. 当 socket 上有数据可读时， epoll_wait 通知主线程。主线程则将 socket 可读事件放入请求队列。
4. 正在堵塞的某个工作线程被解除堵塞，它从 socket 读取数据，并处理客户请求，然后往 epoll 内核事件表中注册该 socket 上的写就绪事件。
5. 当主线程调用 epoll_wait 等待 socket 可写。
6. 当 socket 可写时，epoll_wait 通知主线程。主线程将 socket 可写事件放入请求队列。
7. 堵塞的某个工作线程被解除堵塞，它往 socket 上写入服务器处理客户请求的结果。

代码实现

main函数流程图如图所示：

初始化

创建线程池

// 定义一个线程池指针
threadpool<http_conn>* pool = NULL;
try {// 开辟一个线程池pool = new threadpool<http_conn>;
}catch(...)
{// 若异常则退出return 1;
}

使用new创建一个http_conn类型的线程池，返回的指针由pool接收。由于使用了 try……catch(...)语句，因此如果遇到异常则退出

创建客户端集合

// 开辟一块连续的http_conn数组，保存所有正在连接的客户端信息
http_conn* users = new http_conn[MAX_FD];

创建一个大小为 MAX_FD 的 http_conn 数组，当接收一个新 socket_fd 时，将会在 索引 i = socket的数组处（即 users[socket_fd]），初始化一个 http_conn 对象。这个对象保存着该客户端的所有信息。

创建监听

// 设置监听
int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
int ret = 0;
struct sockaddr_in address;
address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;	// 表示本机的所有IP都可以连接客户端
address.sin_family = AF_INET;  // 使用ipv4
address.sin_port = htons(port);// 设置端口复用
int reuse = 1;
setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse));// 绑定
ret = bind(listenfd, (struct sockaddr*)&address, sizeof(address));
if(ret == -1)
{
perror("bind");
exit(-1);
}// 开始监听
ret = listen(listenfd, 5);
if(ret == -1)
{
perror("listen");
exit(-1);
}

1. socket 创建一个套接字，AF_INET表示使用 ipv4，SOCK_STREAM表示使用流式协议，和后面的0搭配表示使用的是TCP协议

2. 但此时的socket，没有主机的端口号和ip信息，我们需要使用结构体address存储主机的相关信息：如IP（address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY）、ipv4（address.sin_family = AF_INET）、端口（address.sin_port = htons(port)），其中 htons() 表示 主机字节序 => 网络字节序 ，因为不同的机器在内存中的存放字节的顺序不同，我们需要统一标准

3. 假设用户先运行./server.out，关闭后再快速运行./server.out，会报错：该端口被占用。这是因为结束./server，服务端处于FIN_WAIT状态，可以认为TCP通讯的TIME_WAIT时期需要等一小段时间。为了解决这个问题，常用setsockopt()表示开启端口复用功能。

4. bind 将fd 和本地的IP和端口进行绑定，然后开始监听

epoll初始化

// 将listend添加到epoll模型中
epoll_event events[MAX_EVENT_NUMBER];
int epollfd = epoll_create(5);
addfd(epollfd, listenfd, false);
http_conn::m_epollfd = epollfd;

1.epoll_event用于检测文件描述符发生了什么事情（如读事件、写事件等）

2.addfd表示将listenfd加入epollfd中，这是一个自定义函数

epoll轮询

int number = epoll_wait(epollfd, events, MAX_EVENT_NUMBER,-1);

如果没有数据发送给服务器，将一直堵塞再此处

事件处理

有新客户端连接

 // 有新的客户端连接
if(sockfd == listenfd)
{struct sockaddr_in client_address;socklen_t client_addresslen = sizeof(client_address);int connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&client_address, &client_addresslen);if(connfd < 0)
{printf("errno is %d\n", errno);continue;
}if(http_conn::m_user_count >= MAX_FD)
{close(connfd);continue;
}users[connfd].init(connfd, client_address);
}

可读

// 有读事件发生（可读）
else if(events[i].events & EPOLLIN)
{// 有读事件发生if(users[sockfd].read()){// 读的到数据pool->append(users+sockfd);}else{// 读不到数据users[sockfd].close_conn();}
}

可写

// 有写事件发生（可写）
else if(events[i].events & EPOLLOUT)
{if(!users[sockfd].write()){users[sockfd].close_conn();}
}

结束

close(epollfd);
close(listenfd);
delete [] users;
delete pool;
return 0;

关闭所有的fd

完整代码

#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/epoll.h>
#include "threadpool.hpp"
#include "locker.h"
#include "http_conn.h"
#include <signal.h>
#include <assert.h>  #define MAX_FD 65536  // 最大的文件描述符
#define MAX_EVENT_NUMBER 10000 // 监听的最大事件数/* 函数指针的声明: 类型说明符 (*函数名) (参数)void(handler)(int) 声明了一个名为 handler 的函数指针，它指向一个接受一个 int 参数并返回 void 的函数
*/
void addsig(int sig, void(handler)(int))
{// sigaction的输入参数struct sigaction sa;// 指定sa内存区域的前n个字节都设置为某个特定的值('\0')，用于对新分配的内存进行初始化memset(&sa, '\0', sizeof(sa));// 写入函数指针，指向的函数就是信号捕捉到之后的处理函数sa.sa_handler = handler;// 设置临时阻塞信号集sigfillset(&sa.sa_mask);assert(sigaction(sig, &sa, NULL) != -1);
}int main(int argc, char* argv[])
{if(argc <= 1){// 要求输入格式为 ./a.out 10000  其中10000是端口号 printf("usage: %s port_number\n", basename(argv[0]));return 1;}// 端口号 string -> intint port = atoi(argv[1]);// 如果向一个没有读端的管道写数据，不用终止进程addsig(SIGPIPE, SIG_IGN);   // SIG_IGN: 忽略信号，这里指的是忽略信号 ·  SIGPIPE// 定义一个线程池指针threadpool<http_conn>* pool = NULL;try {// 开辟一个线程池pool = new threadpool<http_conn>;}catch(...){// 若异常则退出return 1;}// 开辟一块连续的http_conn数组，保存所有正在连接的客户端信息http_conn* users = new http_conn[MAX_FD];// 设置监听int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);int ret = 0;struct sockaddr_in address;address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;address.sin_family = AF_INET;address.sin_port = htons(port);// 设置端口复用int reuse = 1;setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse));// 绑定ret = bind(listenfd, (struct sockaddr*)&address, sizeof(address));if(ret == -1){perror("bind");exit(-1);}// 开始监听ret = listen(listenfd, 5);if(ret == -1){perror("listen");exit(-1);}// 将listend添加到epoll模型中epoll_event events[MAX_EVENT_NUMBER];int epollfd = epoll_create(5);addfd(epollfd, listenfd, false);http_conn::m_epollfd = epollfd;while(1){// epoll轮询，等待有数据发送int number = epoll_wait(epollfd, events, MAX_EVENT_NUMBER,-1);if((number < 0) && (errno != EINTR)){printf("epoll failture\n");break;}for(int i = 0; i < number; i++){int sockfd = events[i].data.fd;// 有新的客户端连接if(sockfd == listenfd){struct sockaddr_in client_address;socklen_t client_addresslen = sizeof(client_address);int connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&client_address, &client_addresslen);if(connfd < 0){printf("errno is %d\n", errno);continue;}if(http_conn::m_user_count >= MAX_FD){close(connfd);continue;}users[connfd].init(connfd, client_address);}// 若对方异常端开或错误else if(events[i].events & (EPOLLRDHUP | EPOLLHUP | EPOLLERR)){users[sockfd].close_conn();}// 有读事件发生（可读）else if(events[i].events & EPOLLIN){// 有读事件发生if(users[sockfd].read()){// 读的到数据pool->append(users+sockfd);}else{// 读不到数据users[sockfd].close_conn();}}// 有写事件发生（可写）else if(events[i].events & EPOLLOUT){if(!users[sockfd].write()){users[sockfd].close_conn();}}}}close(epollfd);close(listenfd);delete [] users;delete pool;return 0;
}