演进式c++网络库

阶段 1实现阻塞式 TCP Echo Server一、学习目标从最基础的 Socket 编程开始理解 TCP 服务器建立连接、接收数据、发送数据的完整过程并独立实现一个简单的 Echo Server。二、TCP 服务器基本流程• socket()创建 Socket• bind()绑定服务器 IP 和端口• listen()让 Socket 进入监听状态• accept()接受客户端连接获得 client_fd• recv()接收客户端数据• send()向客户端返回数据• close()关闭 Socket三、核心理解服务器中主要有两个 Socketserver_fd监听 Socket主要负责接受客户端连接。client_fd通信 Socket负责与具体客户端进行数据传输。数据通信过程客户端发送数据↓服务器通过 recv() 接收↓数据保存到 buffer↓服务器通过 send() 返回↓客户端收到原数据需要注意recv() 返回的是实际接收到的字节数因此 send() 应该根据实际数据长度进行发送。四、实验结果使用 nc 作为客户端进行测试nc 127.0.0.1 8888客户端发送hello服务器成功接收recv bytes 6recv data hello服务器通过 send() 返回数据send bytes 6客户端成功收到hello说明基本 TCP 通信流程已经成功跑通。五、遇到的问题当前服务器采用的是阻塞 I/O。当服务器执行 recv() 时如果客户端没有发送数据服务器会一直等待。例如客户端1连接↓服务器执行 recv()↓客户端1一直不发送数据↓服务器阻塞等待↓其他客户端无法被及时处理因此目前的服务器只能进行简单的单客户端通信无法很好地处理多个客户端。六、阶段总结本阶段主要掌握了 TCP Socket 最基本的通信流程socket → bind → listen → accept → recv → send → close同时理解了 server_fd 和 client_fd 的区别以及阻塞 I/O 在多客户端场景下存在的问题。这个问题也成为下一阶段继续学习 I/O 多路复用的原因。阶段 2select() 多路 I/O主要目标解决单个客户端阻塞导致其他客户端无法及时处理的问题实现一个线程同时处理多个客户端连接。┌──────────────────────────┐ │ 第一阶段 │ │ TCP Server │ │ socket/bind/listen │ │ accept/recv/send │ └────────────┬─────────────┘ ↓ ┌──────────────────────────┐ │ ① 引入 select │ │ 多客户端 I/O 复用 │ └────────────┬─────────────┘ ↓ ┌──────────────────────────┐ │ ② 超时机制 │ │ 避免异常连接影响事件循环 │ └────────────┬─────────────┘ ↓ ┌──────────────────────────┐ │ ③ Buffer │ │ 处理 TCP 字节流 │ └────────────┬─────────────┘ ↓ ┌──────────────────────────┐ │ ④ SocketListener │ │ 封装监听 Socket │ └────────────┬─────────────┘ ↓ ┌──────────────────────────┐ │ ⑤ Connection │ │ fd Buffer 回调 │ └────────────┬─────────────┘ ↓ ┌──────────────────────────┐ │ ⑥ ConnectionManager │ │ 管理所有连接 │ └────────────┬─────────────┘ ↓ ┌──────────────────────────┐ │ ⑦ SelectPoller │ │ 封装 select │ └────────────┬─────────────┘ ↓ ┌──────────────────────────┐ │ ⑧ EventLoop │ │ 统一事件循环 │ └────────────┬─────────────┘ ↓ ┌──────────────────────────┐ │ ⑨ Callback │ │ 网络层 ↔ 业务层解耦 │ └────────────┬─────────────┘ ↓ ┌──────────────────────────┐ │ ⑩ 性能测试与优化 │ │ QPS / P99 / TIME_WAIT │ └────────────┬─────────────┘ ↓ ┌──────────────────────────┐ │ 第二阶段完成 │ │ 初步形成网络库架构 │ └──────────────────────────┘目前问题1.为什么第一阶段的accept() recv()只能比较简单地处理客户端select()到底解决了什么问题答因为第一阶段是阻塞I/O当有一个客户端连接时其他后面加入客户端会阻塞等待第一个客户端结束如果不结束就一直阻塞 而select是先将要监控的fd加入集合当有fd准备好读写就可以操作而且select可以同时监控server_fd和client_fd2.为什么一个线程使用select()就可以同时管理多个客户端3.如果某个客户端一直连接但迟迟不发送数据会发生什么为什么需要超时机制4.TCP 为什么不能简单认为“一次recv()就是一条完整消息”Buffer 应该解决什么问题5.为什么不能直接用fd管理客户端为什么要设计Connection类6.如果服务器同时有 1000 个客户端谁来管理这些Connection为什么需要单独的ConnectionManager7.为什么要把select()单独封装成SelectPoller直接把select()写在EventLoop里有什么问题8.EventLoop和SelectPoller分别负责什么两者为什么不能简单看成一个东西9.为什么网络库不应该直接写死“收到数据以后要做什么”Callback 解决了什么问题10.为什么第二阶段最终要把第一阶段的TCPServer拆成多个组件这种拆分带来了什么好处11.从第一阶段的 TCP Server到第二阶段的网络库究竟发生了什么变化