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Boost Asio协程实现服务器

时间：2023-08-14 19:26:01浏览次数：43  
标签：Asio asio 协程 boost std msg co Boost

参考：https://llfc.club/category?catid=225RaiVNI8pFDD5L4m807g7ZwmF#!aid/2RHA2vfllSmYXf4xcJqzzVtLrJt

简介

之前介绍了asio服务器并发编程的几种模型，包括单线程，多线程IOServicePool，多线程IOThreadPool等，今天带着大家利用asio协程实现并发服务器。利用协程实现并发程序有两个好处
1   将回调函数改写为顺序调用，提高开发效率。
2   协程调度比线程调度更轻量化，因为协程是运行在用户空间的，线程切换需要在用户空间和内核空间切换。

协程案例

asio官网提供了一个协程并发编程的案例，我们列举一下

#include<boost/asio/co_spawn.hpp>
#include<boost/asio/detached.hpp>
#include<boost/asio/io_context.hpp>
#include<boost/asio/ip/tcp.hpp>
#include<boost/asio/signal_set.hpp>
#include<boost/asio/write.hpp>
#include<cstdio>
using boost::asio::ip::tcp;
using boost::asio::awaitable;
using boost::asio::co_spawn;
using boost::asio::detached;
using boost::asio::use_awaitable;
namespace this_coro = boost::asio::this_coro;
#if defined(BOOST_ASIO_ENABLE_HANDLER_TRACKING)
# define use_awaitable \
boost::asio::use_awaitable_t(__FILE__, __LINE__, __PRETTY_FUNCTION__)
#endif
awaitable<void> echo(tcp::socket socket)
{
try
{
char data[1024];
for(;;)
{
std::size_t n = co_await socket.async_read_some(boost::asio::buffer(data), use_awaitable);
co_await async_write(socket, boost::asio::buffer(data, n), use_awaitable);
}
}
catch(std::exception& e)
{
std::printf("echo Exception: %s\n", e.what());
}
}
awaitable<void> listener()
{
auto executor = co_await this_coro::executor;
tcp::acceptor acceptor(executor,{ tcp::v4(),10086});
for(;;)
{
tcp::socket socket = co_await acceptor.async_accept(use_awaitable);
co_spawn(executor, echo(std::move(socket)), detached);
}
}
int main()
{
try
{
boost::asio::io_context io_context(1);
boost::asio::signal_set signals(io_context, SIGINT, SIGTERM);
signals.async_wait([&](auto,auto){ io_context.stop();});
co_spawn(io_context, listener(), detached);
io_context.run();
}
catch(std::exception& e)
{
std::printf("Exception: %s\n", e.what());
}
}

 

1   我们用awaitable<void>声明了一个函数，那么这个函数就变为可等待的函数了，比如listener被添加awaitable<void>之后，就可以被协程调用和等待了。
2   co_spawn表示启动一个协程，参数分别为调度器，执行的函数，以及启动方式, 比如我们启动了一个协程，deatched表示将协程对象分离出来，这种启动方式可以启动多个协程，他们都是独立的，如何调度取决于调度器，在用户的感知上更像是线程调度的模式，类似于并发运行，其实底层都是串行的。

  1. co_spawn(io_context, listener(), detached);

我们启动了一个协程，执行listener中的逻辑，listener内部co_await 等待 acceptor接收连接，如果没有连接到来则挂起协程。执行之后的io_context.run()逻辑。所以协程实际上是在一个线程中串行调度的，只是感知上像是并发而已。
3   当acceptor接收到连接后，继续调用co_spawn启动一个协程，用来执行echo逻辑。echo逻辑里也是通过co_wait的方式接收和发送数据的，如果对端不发数据，执行echo的协程就会挂起，另一个协程启动，继续接收新的连接。当没有连接到来，接收新连接的协程挂起，如果所有协程都挂起，则等待新的就绪事件(对端发数据，或者新连接)到来唤醒。

改进服务器

我们可以利用协程改进服务器编码流程，用一个iocontext管理绑定acceptor用来接收新的连接，再用一个iocontext或以IOServicePool的方式管理连接的收发操作，在每个连接的接收数据时改为启动一个协程，通过顺序的方式读取收到的数据

voidCSession::Start(){
auto shared_this = shared_from_this();
//开启接收协程
co_spawn(_io_context,[=]()->awaitable<void>{
try{
for(;!_b_close;){
_recv_head_node->Clear();
std::size_t n = co_await boost::asio::async_read(_socket,
boost::asio::buffer(_recv_head_node->_data, HEAD_TOTAL_LEN),
use_awaitable);
if(n ==0){
std::cout <<"receive peer closed"<< endl;
Close();
_server->ClearSession(_uuid);
co_return;
}
//获取头部MSGID数据
short msg_id =0;
memcpy(&msg_id, _recv_head_node->_data, HEAD_ID_LEN);
//网络字节序转化为本地字节序
msg_id = boost::asio::detail::socket_ops::network_to_host_short(msg_id);
std::cout <<"msg_id is "<< msg_id << endl;
//id非法
if(msg_id > MAX_LENGTH){
std::cout <<"invalid msg_id is "<< msg_id << endl;
_server->ClearSession(_uuid);
co_return;
}
short msg_len =0;
memcpy(&msg_len, _recv_head_node->_data + HEAD_ID_LEN, HEAD_DATA_LEN);
//网络字节序转化为本地字节序
msg_len = boost::asio::detail::socket_ops::network_to_host_short(msg_len);
std::cout <<"msg_len is "<< msg_len << endl;
//长度非法
if(msg_len > MAX_LENGTH){
std::cout <<"invalid data length is "<< msg_len << endl;
_server->ClearSession(_uuid);
co_return;
}
_recv_msg_node = make_shared<RecvNode>(msg_len, msg_id);
//读出包体
n = co_await boost::asio::async_read(_socket,
boost::asio::buffer(_recv_msg_node->_data, _recv_msg_node->_total_len), use_awaitable);
if(n ==0){
std::cout <<"receive peer closed"<< endl;
Close();
_server->ClearSession(_uuid);
co_return;
}
_recv_msg_node->_data[_recv_msg_node->_total_len]='\0';
cout <<"receive data is "<< _recv_msg_node->_data << endl;
//投递给逻辑线程
LogicSystem::GetInstance().PostMsgToQue(make_shared<LogicNode>(shared_from_this(), _recv_msg_node));
}
}
catch(std::exception& e){
std::cout <<"exception is "<< e.what()<< endl;
Close();
_server->ClearSession(_uuid);
}
}, detached);
}

 

其余的逻辑和之前大体相同，测试了一下在一个iocontext负责接收新连接，一个iocontext负责接收数据和发送数据的情况下，客户端创建100个连接，收发500次，总用时为55s
https://cdn.llfc.club/20230616141235.png

简介

之前介绍了asio服务器并发编程的几种模型，包括单线程，多线程IOServicePool，多线程IOThreadPool等，今天带着大家利用asio协程实现并发服务器。利用协程实现并发程序有两个好处
1   将回调函数改写为顺序调用，提高开发效率。
2   协程调度比线程调度更轻量化，因为协程是运行在用户空间的，线程切换需要在用户空间和内核空间切换。

协程案例

asio官网提供了一个协程并发编程的案例，我们列举一下

#include<boost/asio/co_spawn.hpp>
#include<boost/asio/detached.hpp>
#include<boost/asio/io_context.hpp>
#include<boost/asio/ip/tcp.hpp>
#include<boost/asio/signal_set.hpp>
#include<boost/asio/write.hpp>
#include<cstdio>
using boost::asio::ip::tcp;
using boost::asio::awaitable;
using boost::asio::co_spawn;
using boost::asio::detached;
using boost::asio::use_awaitable;
namespace this_coro = boost::asio::this_coro;
#if defined(BOOST_ASIO_ENABLE_HANDLER_TRACKING)
# define use_awaitable \
boost::asio::use_awaitable_t(__FILE__, __LINE__, __PRETTY_FUNCTION__)
#endif
awaitable<void> echo(tcp::socket socket)
{
try
{
char data[1024];
for(;;)
{
std::size_t n = co_await socket.async_read_some(boost::asio::buffer(data), use_awaitable);
co_await async_write(socket, boost::asio::buffer(data, n), use_awaitable);
}
}
catch(std::exception& e)
{
std::printf("echo Exception: %s\n", e.what());
}
}
awaitable<void> listener()
{
auto executor = co_await this_coro::executor;
tcp::acceptor acceptor(executor,{ tcp::v4(),10086});
for(;;)
{
tcp::socket socket = co_await acceptor.async_accept(use_awaitable);
co_spawn(executor, echo(std::move(socket)), detached);
}
}
int main()
{
try
{
boost::asio::io_context io_context(1);
boost::asio::signal_set signals(io_context, SIGINT, SIGTERM);
signals.async_wait([&](auto,auto){ io_context.stop();});
co_spawn(io_context, listener(), detached);
io_context.run();
}
catch(std::exception& e)
{
std::printf("Exception: %s\n", e.what());
}
}

1   我们用awaitable<void>声明了一个函数，那么这个函数就变为可等待的函数了，比如listener被添加awaitable<void>之后，就可以被协程调用和等待了。
2   co_spawn表示启动一个协程，参数分别为调度器，执行的函数，以及启动方式, 比如我们启动了一个协程，deatched表示将协程对象分离出来，这种启动方式可以启动多个协程，他们都是独立的，如何调度取决于调度器，在用户的感知上更像是线程调度的模式，类似于并发运行，其实底层都是串行的。

  1. co_spawn(io_context, listener(), detached);

我们启动了一个协程，执行listener中的逻辑，listener内部co_await 等待 acceptor接收连接，如果没有连接到来则挂起协程。执行之后的io_context.run()逻辑。所以协程实际上是在一个线程中串行调度的，只是感知上像是并发而已。
3   当acceptor接收到连接后，继续调用co_spawn启动一个协程，用来执行echo逻辑。echo逻辑里也是通过co_wait的方式接收和发送数据的，如果对端不发数据，执行echo的协程就会挂起，另一个协程启动，继续接收新的连接。当没有连接到来，接收新连接的协程挂起，如果所有协程都挂起，则等待新的就绪事件(对端发数据，或者新连接)到来唤醒。

改进服务器

我们可以利用协程改进服务器编码流程，用一个iocontext管理绑定acceptor用来接收新的连接，再用一个iocontext或以IOServicePool的方式管理连接的收发操作，在每个连接的接收数据时改为启动一个协程，通过顺序的方式读取收到的数据

  1. voidCSession::Start(){
auto shared_this = shared_from_this();
//开启接收协程
co_spawn(_io_context,[=]()->awaitable<void>{
try{
for(;!_b_close;){
_recv_head_node->Clear();
std::size_t n = co_await boost::asio::async_read(_socket,
boost::asio::buffer(_recv_head_node->_data, HEAD_TOTAL_LEN),
use_awaitable);
if(n ==0){
std::cout <<"receive peer closed"<< endl;
Close();
_server->ClearSession(_uuid);
co_return;
}
//获取头部MSGID数据
short msg_id =0;
memcpy(&msg_id, _recv_head_node->_data, HEAD_ID_LEN);
//网络字节序转化为本地字节序
msg_id = boost::asio::detail::socket_ops::network_to_host_short(msg_id);
std::cout <<"msg_id is "<< msg_id << endl;
//id非法
if(msg_id > MAX_LENGTH){
std::cout <<"invalid msg_id is "<< msg_id << endl;
_server->ClearSession(_uuid);
co_return;
}
short msg_len =0;
memcpy(&msg_len, _recv_head_node->_data + HEAD_ID_LEN, HEAD_DATA_LEN);
//网络字节序转化为本地字节序
msg_len = boost::asio::detail::socket_ops::network_to_host_short(msg_len);
std::cout <<"msg_len is "<< msg_len << endl;
//长度非法
if(msg_len > MAX_LENGTH){
std::cout <<"invalid data length is "<< msg_len << endl;
_server->ClearSession(_uuid);
co_return;
}
_recv_msg_node = make_shared<RecvNode>(msg_len, msg_id);
//读出包体
n = co_await boost::asio::async_read(_socket,
boost::asio::buffer(_recv_msg_node->_data, _recv_msg_node->_total_len), use_awaitable);
if(n ==0){
std::cout <<"receive peer closed"<< endl;
Close();
_server->ClearSession(_uuid);
co_return;
}
_recv_msg_node->_data[_recv_msg_node->_total_len]='\0';
cout <<"receive data is "<< _recv_msg_node->_data << endl;
//投递给逻辑线程
LogicSystem::GetInstance().PostMsgToQue(make_shared<LogicNode>(shared_from_this(), _recv_msg_node));
}
}
catch(std::exception& e){
std::cout <<"exception is "<< e.what()<< endl;
Close();
_server->ClearSession(_uuid);
}
}, detached);
}

     

其余的逻辑和之前大体相同，测试了一下在一个iocontext负责接收新连接，一个iocontext负责接收数据和发送数据的情况下，客户端创建100个连接，收发500次，总用时为55s
https://cdn.llfc.club/20230616141235.png

标签：Asio,asio,协程,boost,std,msg,co,Boost
From： https://www.cnblogs.com/bwbfight/p/17629511.html

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