muduo - 概要简述

• 作者：陈硕

• 编程语言：C++

• 架构模式：Reactor

• 代码链接：GitHub - chenshuo/muduo: Event-driven network library for multi-threaded Linux server in C++11

• 设计自述：https://www.cnblogs.com/Solstice/archive/2010/08/29/muduo_net_lib.html

• • 以下内容，主要援引于自述

设计目标

• 线程安全，支持多线程

• 只支持 Linux，不支持 Windows

• IO multiplexing 使用 poll 和 epoll

• 主要支持 x86-64，兼顾 IA32

• 不支持 UDP，只支持 TCP

• 不支持 IPv6，只支持 IPv4

• 不考虑广域网应用，只考虑局域网

• 只支持一种使用模式：non-blocking IO + one event loop per thread，不考虑阻塞 IO

• API 简单易用，只暴露具体类和标准库里的类，不使用 non-trivial templates，也不使用虚函数

• 只做 library，不做成 framework

• 争取全部代码在 5000 行以内（不含测试）

• 搭配 Google Protocol Buffers RPC

实现简述

Muduo是基于Reactor模式的网络库，其核心是个事件循环EventLoop，用于响应计时器和IO事件。Muduo采用基于对象（object based）而非面向对象（object oriented）的设计风格，其接口多以boost::function + boost::bind表达。

头文件关系

• 白底：public
• 黑底：private

接口细节

公开接口

• Buffer仿 Netty ChannelBuffer 的 buffer class，数据的读写通过 buffer 进行

• InetAddress封装 IPv4 地址 (end point)，注意，muduo 目前不能解析域名，只认 IP

• EventLoop反应器 Reactor，用户可以注册计时器回调

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

• TcpConnection整个网络库的核心，封装TCP连接

• TcpClient用于编写网络客户端，能发起连接，并且有重试功能

• TcpServer用于编写网络服务器，接受客户的连接

• 在这些类中，TcpConnection的生命期依靠 shared_ptr 控制（即用户和库共同控制）。Buffer的生命期由TcpConnection控制。其余类的生命期由用户控制。

• HttpServer 和 Inspector，暴露出一个 http 界面，用于监控进程的状态，类似于 Java JMX。这么做的原因是，《程序员修炼之道》第 6 章第 34 条提到“对于更大、更复杂的服务器代码，提供其操作的内部试图的一种漂亮技术是使用内建的 Web 服务器”，Jeff Dean 也说“（每个 Google 的服务器进程）Export HTML-based status pages for easy diagnosis”。

内部实现

• Channel是 Selectable IO channel，负责注册与响应 IO 事件，它不拥有 file descriptor。它是 Acceptor、Connector、EventLoop、TimerQueue、TcpConnection 的成员，生命期由后者控制。

• Socket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。

• SocketsOps 封装各种 sockets 系统调用。

• EventLoop封装事件循环，也是事件分派的中心。它用 eventfd(2) 来异步唤醒，这有别于传统的用一对 pipe(2) 的办法。它用 TimerQueue 作为计时器管理，用 Poller 作为 IO Multiplexing。

• Poller是 PollPoller 和 EPollPoller 的基类，采用“电平触发”的语意。它是 EventLoop 的成员，生命期由后者控制。

• PollPoller和EPollPoller封装 poll(2) 和 epoll(4) 两种 IO Multiplexing 后端。Poll 的存在价值是便于调试，因为 poll(2) 调用是上下文无关的，用 strace 很容易知道库的行为是否正确。

• Connector用于发起 TCP 连接，它是 TcpClient 的成员，生命期由后者控制。

• Acceptor用于接受 TCP 连接，它是 TcpServer 的成员，生命期由后者控制。

• 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。为了简单起见，目前用链表来管理 Timer，如果有必要可改为优先队列，这样复杂度可从 O(n) 降为 O(ln n) （某些操作甚至是 O(1)）。它是EventLoop的成员，生命期由后者控制。

• EventLoopThreadPool用于创建IO线程池，也就是说把 TcpConnection 分派到一组运行 EventLoop 的线程上。它是 TcpServer 的成员，生命期由后者控制。

线程模型

Muduo的线程模型符合one loop per thread + thread pool模型。

• 每个线程最多有一个 EventLoop

• 每个TcpConnection必须归某个EventLoop管理：所有IO操作，所有FDFile Descriptor读写

• • TcpConnection所在的线程由其所属的EventLoop决定

  • TcpConnection和EventLoop是线程安全的，可以跨线程调用

• TcpServer直接支持多线程，它有两种模式：

• • 单线程，Acceptor与TcpConnection用同一个线程做IO。

  • 多线程，Acceptor与EventLoop在同一个线程，另外创建一个EventLoopThreadPool，新到的连接会按Round-Robin方式分配到线程池中。