Boost库之asio io_service以及run、run_one、poll、poll_one区别

一、io_service的作用

io_servie 实现了一个任务队列，这里的任务就是void(void)的函数。Io_servie最常用的两个接口是post和run，post向任务队列中投递任务，run是执行队列中的任务，直到全部执行完毕，并且run可以被N个线程调用。Io_service是完全线程安全的队列。

 

二、Io_servie的接口

提供的接口有run、run_one、poll、poll_one、stop、reset、dispatch、post，最常用的是run、post、stop

三、Io_servie 实现代码的基本类结构：

Io_servie是接口类，为实现跨平台，采用了策略模式，所有接口均有impl_type实现。根据平台不同impl_type分为

  win_iocp_io_service Win版本的实现，这里主要分析Linux版本。

  task_io_service 非win平台下的实现，其代码结构为：

  detail/task_io_service_fwd.hpp 简单声明task_io_service名称

  detail/task_io_service.hpp 声明task_io_service的方法和属性

  detail/impl/task_io_service.ipp 具体实现文件

  队列中的任务类型为opertioan，原型其实是typedef task_io_service_operation operation，其实现文件在detail/task_io_service_operation.hpp中，当队列中的任务被执行时，就是task_io_service_operation:: complete被调用的时候。

四、Dispatch和post的区别

Post一定是PostQueuedCompletionStatus并且在GetQueuedCompletionStatus 之后执行。

Dispatch会首先检查当前thread是不是io_service.run/runonce/poll/poll_once线程，如果是，则直接运行。

五、Io_servie::run方法的实现

         Run方法执行队列中的所有任务，直到任务执行完毕。

  run方法首先构造一个idle_thread_info，和first_idle_thread_类型相同，即通过first_idle_thread_将所有线程串联起来，它这个串联不是立即串联的，当该线程无任务可做是加入到first_idle_thread_的首部，有任务执行时，从first_idle_thread_中断开。这很正常，因为first_idle_thread_维护的是当前空闲线程。

  加锁，循环执行do_one方法，直到do_one返回false

  do_one每次执行一个任务。首先检查队列是否为空，若空将此线程追加到first_idle_thread_的首部，然后阻塞在条件变量上，直到被唤醒。

  当被唤醒或是首次执行，若stopped_为true（即此时stop方法被调用了），返回0

  队列非空，pop出一个任务，检查队列无任务那么简单的解锁，若仍有，调用wake_one_thread_and_unlock尝试唤醒其他空闲线程执行。然后执行该任务，返回1.

  实际上在执行队列任务时有一个特别的判断if (o ==&task_operation_)，那么将会执行task_->run，task_变量类型为reactor，在linux平台实现为epoll_reactor，实现代码文件为detail/impl/epoll_reactor.ipp，run方法实际上执行的是epoll_wait，run阻塞在epoll_wait上等待事件到来，并且处理完事件后将需要回调的函数push到io_servie的任务队列中，虽然epoll_wait是阻塞的，但是它提供了interrupt函数，该interrupt是如何实现的呢，它向epoll_wait添加一个文件描述符，该文件描述符中有8个字节可读，这个文件描述符是专用于中断epoll_wait的，他被封装到select_interrupter中，select_interrupter实际上实现是eventfd_select_interrupter，在构造的时候通过pipe系统调用创建两个文件描述符，然后预先通过write_fd写8个字节，这8个字节一直保留。在添加到epoll_wait中采用EPOLLET水平触发，这样，只要select_interrupter的读文件描述符添加到epoll_wait中，立即中断epoll_wait。

  Run方法的原则是：

  有任务立即执行任务，尽量使所有的线程一起执行任务

  若没有任务，阻塞在epoll_wait上等待io事件

  若有新任务到来，并且没有空闲线程，那么先中断epoll_wait,先执行任务

  若队列中有任务，并且也需要epoll_wait监听事件，那么非阻塞调用epoll_wait（timeout字段设置为0），待任务执行完毕在阻塞在epoll_wait上。

  几乎对线程的使用上达到了极致。

  从这个函数中可以知道，在使用ASIO时，io_servie应该尽量多，这样可以使其epoll_wait占用的时间片最多，这样可以最大限度的响应IO事件，降低响应时延。但是每个io_servie::run占用一个线程，所以io_servie最佳应该和CPU的核数相同。

六、Io_servie::stop的实现

  加锁，调用stop_all_threads

  设置stopped_变量为true，遍历所有的空闲线程，依次唤醒

  task_interrupted_设置为true，调用task_的interrupt方法。

七、reset和stop

文档中reset的解释是重置io_service以便下一次调用。

当 run,run_one,poll,poll_one是被stop掉导致退出，或者由于完成了所有任务(正常退出)导致退出时，在调用下一次 run,run_one,poll,poll_one之前，必须调用此函数。reset不能在run,run_one,poll,poll_one正在运行时调用。如果是消息处理handler（用户代码）抛出异常，则可以在处理之后直接继续调用io.run,run_one,poll,poll_one。

八、run,run_one,poll,poll_one的区别

run其实就是一直循环执行do_one，并且是以阻塞方式进行的(参数为true)，而run_one同样是以阻塞方式进行的，但只执行一次do_one；poll和run几乎完全相同，只是它是以非阻塞方式执行do_one(参数为false)，poll_one是以非阻塞方式执行一次do_one。

run,run_one,及poll,poll_one的实现代码，如下：

// Run the event loop until stopped or no more work.
size_t run(boost::system::error_code& ec)
{
  if (::InterlockedExchangeAdd(&outstanding_work_, 0) == 0)
  {
    stop();
    ec = boost::system::error_code();
    return 0;
  }

  call_stack<win_iocp_io_service>::context ctx(this);

  size_t n = 0;
  while (do_one(true, ec))
    if (n != (std::numeric_limits<size_t>::max)())
      ++n;
  return n;
}

// Run until stopped or one operation is performed.
size_t run_one(boost::system::error_code& ec)
{
  if (::InterlockedExchangeAdd(&outstanding_work_, 0) == 0)
  {
    stop();
    ec = boost::system::error_code();
    return 0;
  }

  call_stack<win_iocp_io_service>::context ctx(this);

  return do_one(true, ec);
}

// Poll for operations without blocking.
size_t poll(boost::system::error_code& ec)
{
  if (::InterlockedExchangeAdd(&outstanding_work_, 0) == 0)
  {
    stop();
    ec = boost::system::error_code();
    return 0;
  }

  call_stack<win_iocp_io_service>::context ctx(this);

  size_t n = 0;
  while (do_one(false, ec))
    if (n != (std::numeric_limits<size_t>::max)())
      ++n;
  return n;
}

// Poll for one operation without blocking.
size_t poll_one(boost::system::error_code& ec)
{
  if (::InterlockedExchangeAdd(&outstanding_work_, 0) == 0)
  {
    stop();
    ec = boost::system::error_code();
    return 0;
  }

  call_stack<win_iocp_io_service>::context ctx(this);

  return do_one(false, ec);
}
do_one的函数原型
size_t do_one(bool block, boost::system::error_code& ec)
{
…
BOOL ok = ::GetQueuedCompletionStatus(iocp_.handle, &bytes_transferred, &completion_key, &overlapped, block ? timeout : 0);
…
}