基于c++11新标准开发一个支持多线程高并发的网络库

背景

        新的c++11标准出后，c++语法得到了非常多的扩展，比起以往不论什么时候都要灵活和高效，提高了程序编码的效率，为软件开发者节省了不少的时间。

之前我也写过基于ACE的网络server框架，但ACE毕竟有些臃肿。内部对象关系错综复杂，easy给人造成仅仅见树木不见森林的错觉。 所以打算用c++11开发一个较为简洁，高效，支持高并发的网络库。

开源

        基础的结构已经开发完毕，代码也开源在github上。网址是 https://github.com/lichuan/fly 欢迎各位提出建议。

结构

        fly网络库主要分为base模块，task模块，net模块。base主要是一些最基础的功能集合。包含日志。id分配器，随机数，队列等。task主要封装了任务抽象以及任务调度运行等功能；net主要是实现网络层面的封装。为上层使用者提供简单易用的网络接口，这也是fly库的核心模块。实现了解析协议的Parser封装，负责监听网络的Acceptor，负责网络连接io功能的Poller封装体，在Parser、Acceptor、和Poller的基础上还进一步封装了作为server来使用的Server类和作为client来使用的Client类，这两个类是fly库的核心类，上层的应用能够直接使用Server对象和Client对象来建立网络server。作为网络连接概念的Connection对象则是通过std::shared_ptr来管理它的生命周期的，shared_ptr内置共享对象的功能大大地简化了网络连接生命期的管理。

协议

        fly库的网络协议基于全世界最通用的json格式。而它的解析则依赖于rapidjson第三方库来完毕。

        协议组成例如以下：

        |长度字段|{协议类型：类型值，协议命令：命令值，其它json字段}|

        协议类型和协议命令组成了二级消息字，就能够组合出各种约定的协议了。

应用

        fly库的test文件夹提供了一个简单的例程。当中test_server.cpp代码例如以下：

/* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
 *                    _______    _                                     *
 *                   (  ____   (      |     /|                      * 
 *                   | (    /  | (     (    / )                      *
 *                   | (__      | |       (_) /                       *
 *                   |  __)     | |          /                        *
 *                   | (        | |        ) (                         *
 *                   | )        | (____/  | |                         *
 *                   |/         (_______/  \_/                         *
 *                                                                     *
 *                                                                     *
 *     fly is an awesome c++11 network library.                        *
 *                                                                     *
 *   @author: lichuan                                                  *
 *   @qq: 308831759                                                    *
 *   @email: 308831759@qq.com                                          *
 *   @github: https://github.com/lichuan/fly                           *
 *   @date: 2015-06-10 13:34:21                                        *
 *                                                                     *
 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * */

#include <unistd.h>
#include <unordered_map>
#include "fly/init.hpp"
#include "fly/net/server.hpp"
#include "fly/base/logger.hpp"

using namespace std::placeholders;

class Test_Server : public fly::base::Singleton<Test_Server>
{
public:
    bool allow(std::shared_ptr<fly::net::Connection> connection)
    {
        return true;
    }
    
    void init(std::shared_ptr<fly::net::Connection> connection)
    {
        std::lock_guard<std::mutex> guard(m_mutex);
        m_connections[connection->id()] = connection;
        LOG_INFO("connection count: %u", m_connections.size());
    }
    
    void dispatch(std::unique_ptr<fly::net::Message> message)
    {
        std::shared_ptr<fly::net::Connection> connection = message->get_connection();
        const fly::net::Addr &addr = connection->peer_addr();
        LOG_INFO("recv message from %s:%d raw_data: %s", addr.m_host.c_str(), addr.m_port, message->raw_data().c_str());
    }
    
    void close(std::shared_ptr<fly::net::Connection> connection)
    {
        LOG_INFO("close connection from %s:%d", connection->peer_addr().m_host.c_str(), connection->peer_addr().m_port);
        std::lock_guard<std::mutex> guard(m_mutex);
        m_connections.erase(connection->id());
        LOG_INFO("connection count: %u", m_connections.size());
    }
    
    void be_closed(std::shared_ptr<fly::net::Connection> connection)
    {
        LOG_INFO("connection from %s:%d be closed", connection->peer_addr().m_host.c_str(), connection->peer_addr().m_port);
        std::lock_guard<std::mutex> guard(m_mutex);
        m_connections.erase(connection->id());
        LOG_INFO("connection count: %u", m_connections.size());
    }
    
    void main()
    {
        //init library
        fly::init();
        
        //init logger
        fly::base::Logger::instance()->init(fly::base::DEBUG, "server", "./log/");
        
        //test tcp server
        std::unique_ptr<fly::net::Server> server(new fly::net::Server(fly::net::Addr("127.0.0.1", 8899),
                                                                      std::bind(&Test_Server::allow, this, _1),
                                                                      std::bind(&Test_Server::init, this, _1),
                                                                      std::bind(&Test_Server::dispatch, this, _1),
                                                                      std::bind(&Test_Server::close, this, _1),
                                                                      std::bind(&Test_Server::be_closed, this, _1)));

        if(server->start())
        {
            LOG_INFO("start server ok!");
            server->wait();
        }
        else
        {
            LOG_ERROR("start server failed");
        }
    }
    
private:
    std::unordered_map<uint64, std::shared_ptr<fly::net::Connection>> m_connections;
    std::mutex m_mutex;
};

int main()
{
    Test_Server::instance()->main();
}

        Server对象构造时会要求传入监听地址和回调函数，当Server对象start启动时，fly库底层就会建立对应的Poller、Parser、Acceptor对象，假设想实现多线程Poller和Parser，则需传入并发线程数量就可以，回调函数说明例如以下：

        allow_cb：当有新的连接到达时调用。来推断是否同意该连接的注冊。

        init_cb：当把连接对象注冊到某一个Poller和Parser后调用，进行初始化处理。

        dispatch_cb：当有消息到达时会调用，进行消息派发。

        close_cb：主动关闭连接对象时调用。

        be_closed_cb：检測到对端关闭连接对象时调用。

        test_client.cpp主要使用Client对象来连接到某一个server，相同Client构造时也须要传入回调函数，其作用与Server构造时传入的回调一样。