菜鸟笔记
提升您的技术认知

Boost.Asio C++ 网络编程之二:同步和异步

阅读 : 40

       首先,异步编程和同步编程是截然不同的。在同步编程中,所有的操作都是顺序执行的,比如从socket中读取(请求),然后写入(回应)到socket中。每一个操作都是阻塞的。因为操作是阻塞的,所以为了不影响主程序,当在socket上读写时,通常会创建一个或多个线程来处理socket的输入/输出。因此,同步的服务端/客户端通常是多线程的。

       相比之下,异步编程是事件驱动的。你启动了一个操作,但是不知道它何时会结束;你提供一个回调函数,当操作结束时,相应的API会调用这个回调函数,并传入操作结果。对于有着丰富经验的Qt程序员来说,这就是他们的第二天性。因此,在异步编程中,你只需要一个线程。

       因为中途做改变会非常困难而且容易出错,所以你在项目初期(最好是一开始)就得决定采用同步还是异步的方式实现网络通信。这两种方式不仅API有极大的不同,程序的语意也会完全改变(异步网络通信通常比同步网络通信更加难以测试和调试)。你需要考虑是采用阻塞调用和多线程的方式(同步,通常比较简单),还是采用更少的线程和事件驱动方式(异步,通常更复杂)。


       下面是一个基础的同步客户端例子:

using boost::asio;
io_service service;
ip::tcp::endpoint ep( ip::address::from_string("127.0.0.1"), 2001);
ip::tcp::socket sock(service);
sock.connect(ep);

       首先,你的程序至少需要一个io_service实例。Boost.Asio使用io_service同操作系统的输入/输出服务进行交互。通常一个io_service的实例就足够了。然后,创建你想要连接的地址和端口,并创建socket。把socket连接到你创建的地址和端口。

       下面是一个简单的同步服务器端:

using boost::asio;
typedef boost::shared_ptr socket_ptr;
io_service service;
ip::tcp::endpoint ep( ip::tcp::v4(), 2001)); // listen on 2001
ip::tcp::acceptor acc(service, ep);
while ( true) {
    socket_ptr sock(new ip::tcp::socket(service));
    acc.accept(*sock);
    boost::thread( boost::bind(client_session, sock));
}
void client_session(socket_ptr sock) {
    while ( true) {
        char data[512];
        size_t len = sock->read_some(buffer(data));
        if ( len > 0)
            write(*sock, buffer("ok", 2));
    }
}

       首先,同样是至少需要一个io_service实例。然后你指定你想要监听的端口,再创建一个接收器——一个用来接收客户端连接的对象。 在接下来的循环中,你创建一个虚拟socket并等待客户端的连接。一旦连接建立,你需要创建一个线程来处理这个连接。

       在client_session线程中来读取一个客户端的请求,解析请求,然后进行回复。
       而创建一个异步的客户端,你需要做如下的事情:

using boost::asio;
io_service service;
ip::tcp::endpoint ep( ip::address::from_string("127.0.0.1"), 2001);
ip::tcp::socket sock(service);
sock.async_connect(ep, connect_handler);
service.run();
void connect_handler(const boost::system::error_code & ec) {
    // 如果ec表示“成功”我们就可以知道连接成功了
}

       在程序中你需要创建至少一个io_service实例。你需要指定连接的地址以并创建socket。

       当连接完成时,你就异步地连接到了指定的地址和端口,也就是说,connect_handler被调用了。

       当connect_handler被调用时,检查错误代码(ec),如果ec表示“成功”,你就可以向服务端进行异步的写入。

       注意:只要还有待处理的异步操作,servece.run()循环就会一直运行。在上述例子中,只执行了一个这样的操作,就是socket的async_connect。在这之后,service.run()就退出了。

       每一个异步操作都有一个完成处理程序——一个操作完成之后被调用的函数。 

       下面是一个简单的异步服务器端:

using boost::asio;
typedef boost::shared_ptr socket_ptr;
io_service service;
ip::tcp::endpoint ep( ip::tcp::v4(), 2001)); // 监听端口2001
ip::tcp::acceptor acc(service, ep);
socket_ptr sock(new ip::tcp::socket(service));
start_accept(sock);
service.run();
void start_accept(socket_ptr sock) {
    acc.async_accept(*sock, boost::bind( handle_accept, sock, _1) );
}
void handle_accept(socket_ptr sock, const boost::system::error_code &err) {
    if (err) return;
    // 从这里开始, 你可以从socket读取或者写入
    socket_ptr sock(new ip::tcp::socket(service));
    start_accept(sock);
}

       在上述代码片段中,首先,你创建一个io_service实例,指定监听的端口。然后,你创建接收器acc——一个用来接受客户端连接的对象,创建虚拟socket,异步等待客户端连接。

       最后,运行异步service.run()循环。当接收到客户端连接时,handle_accept被调用(async_accept的完成处理程序)。如果没有错误,这个socket就可以用来进行读写操作。

       在使用这个socket之后,会创建一个新的socket,然后再次调用start_accept(),它会添加另外一个“等待客户端连接”的异步操作,从而使service.run()循环一直保持忙碌状态。