事件处理模式--reactor原理与实现

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reactor

reactor是是服务器的重要模型, 是一种事件驱动的反应堆模式
通过epoll_create() 创建句柄, epoll_ctrl()提前注册好不同的事件处理函数 , 当事件到来就由 epoll_wait () 获取同时到来的多个事件，并且根据数据的不同类型将事件分发给事件处理机制 (事件处理器)，通过回调函数方式实现响应的功能(如创建客户端fd, 读/写IO)

优点：

响应快，不必为单个同步时间所阻塞，虽然 Reactor 本身依然是同步的；
编程相对简单，可以最大程度的避免复杂的多线程及同步问题，并且避免了多线程/ 进程的切换开销
可扩展性，可以方便的通过增加 Reactor 实例个数来充分利用 CPU 资源
可复用性，reactor 框架本身与具体事件处理逻辑无关，具有很高的复用性

流程：

注册事件和对应的事件处理器
多路复用器等待事件到来
事件到来，激发事件分发器分发事件到对应的处理器
事件处理器处理事件，然后注册新的事件（如fu武器接收buffer 后发送buffer）

api

epol_create: 创建fd

int epoll_create(int size);

创建一个epoll的句柄，size通常为1，当创建好epoll句柄后，它就是会占用一个fd

epoll_ctrl: epoll的事件注册函数

int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

epoll_ctl向 epoll对象中添加、修改或者删除感兴趣的事件，返回0表示成功，否则返回–1，此时需要根据errno错误码判断错误类型
epfd : epoll_create()的返回值
op : 表示动作
EPOLL_CTL_ADD：注册新的fd到epfd中；
EPOLL_CTL_MOD：修改已经注册的fd的监听事件；
EPOLL_CTL_DEL：从epfd中删除一个fd；

fd : 需要监听的fd

*event : 告诉内核需要监听什么事

struct epoll_event结构：

typedef union epoll_data {
    void *ptr;
    int fd;
    __uint32_t u32;
    __uint64_t u64;
} epoll_data_t;
 
struct epoll_event {
    __uint32_t events; /* Epoll events */
    epoll_data_t data; /* User data variable */
};

epoll_wait: 等待事件产生，类似与select调用

 int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);

epfd: epoll的描述符
*event : events则是分配好的 epoll_event结构体数组，epoll将会把发生的事件复制到 events数组中
maxevnets : 表示本次可以返回的最大事件数目，通常 maxevents参数与预分配的events数组的大小是相等的。
timeout : 表示在没有检测到事件发生时最多等待的时间（单位为毫秒），如果 timeout为0，则表示 epoll_wait在 rdllist链表中为空，立刻返回，不会等待

code

reactor 封装

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
 
typedef struct sockaddr SA;
 
#define BUFFSIZE 1024
 
struct sockitem {
	int sockfd;
	//事件处理器，处理函数回调接口
	int (*callback)(int fd, int events, void* arg);
 
	//读写函数
	char recvbuffer[BUFFSIZE];
	char sendbuffer[BUFFSIZE];
	//读写字节数
	int rlen;
	int slen;
};
 
struct reactor {
	int epfd;
	struct epoll_event events[512];
};
 
//定义全局的eventloop --> 事件循环
struct reactor* eventloop = NULL;
 
//申明这些事件处理器函数
int recv_cb(int fd, int events, void *arg);
int accept_cb(int fd, int events, void* arg);
int send_cb(int fd, int evnts, void* arg);
 
 
int recv_cb(int fd, int events, void *arg) {
	struct sockitem* si = (struct sockitem*)arg;
	struct epoll_event ev;//后面需要 
 
	//处理IO读事件
	int ret = recv(fd, si->recvbuffer, BUFFSIZE, 0);
	if (ret < 0) {
		if (errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK) { //
			return -1;
		} else {
			
		}
		//出错了，从监视IO事件红黑树中移除结点，避免僵尸结点
		ev.events = EPOLLIN;
		epoll_ctl(eventloop->epfd, EPOLL_CTL_DEL, fd, &ev);
		close(fd);
		free(si);		
	} else if (ret == 0) {
		//对端断开连接
		printf("fd %d disconnect\n", fd);
 
		ev.events = EPOLLIN;
		epoll_ctl(eventloop->epfd, EPOLL_CTL_DEL, fd, &ev);
		//close同一断开连接，避免客户端大量的close_wait状态
		close(fd);
		free(si);	
 
	} else {
		//打印接收到的数据
		printf("recv: %s, %d Bytes\n", si->recvbuffer, ret);
		//设置sendbuffer
		si->rlen = ret;
		memcpy(si->sendbuffer, si->recvbuffer, si->rlen);
		si->slen = si->rlen;
		//注册写事件处理器
		struct epoll_event ev;
		ev.events = EPOLLOUT | EPOLLET;
	
		si->sockfd = fd;
		si->callback = send_cb;
		ev.data.ptr = si;
 
		epoll_ctl(eventloop->epfd, EPOLL_CTL_MOD, fd, &ev);
	}
 
}
int accept_cb(int fd, int events, void* arg) {
	//处理新的连接。 连接IO事件处理流程
	struct sockaddr_in cli_addr;
	memset(&cli_addr, 0, sizeof(cli_addr));
	socklen_t cli_len = sizeof(cli_addr);
 
	int cli_fd = accept(fd, (SA*)&cli_addr, &cli_len);
	if (cli_fd <= 0) return -1;
 
	char cli_ip[INET_ADDRSTRLEN] = {0};	//存储cli_ip
 
	printf("Recv from ip %s at port %d\n", inet_ntop(AF_INET, &cli_addr.sin_addr, cli_ip, sizeof(cli_ip)),
		ntohs(cli_addr.sin_port));
	//注册接下来的读事件处理器
	struct epoll_event ev;
	ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;
	struct sockitem* si = (struct sockitem*)malloc(sizeof(struct sockitem));
	si->sockfd = cli_fd;
	si->callback = recv_cb;//设置事件处理器
 
	ev.data.ptr = si;
	epoll_ctl(eventloop->epfd, EPOLL_CTL_ADD, cli_fd, &ev);
 
	return cli_fd;
 
}
int send_cb(int fd, int events, void* arg) {
	//处理send IO事件
	struct sockitem *si = (struct sockitem*)arg;
	send(fd, si->sendbuffer, si->slen, 0); 
 
	//再次注册IO读事件处理器
	struct epoll_event ev;
	ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;
 
	si->sockfd = fd;
	si->callback = recv_cb;//设置事件处理器
	ev.data.ptr = si;
 
	epoll_ctl(eventloop->epfd, EPOLL_CTL_MOD, fd, &ev);
 
}
 
int main(int argc, char* argv[]) {
	if (argc != 2) {
		fprintf(stderr, "uasge: %s <port>", argv[0]);
		return 1;
	}
 
	int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	struct sockaddr_in serv_addr;
	int port = atoi(argv[1]);
 
	//确定服务端协议地址簇
	memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
	serv_addr.sin_family = AF_INET;
	serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
	serv_addr.sin_port = htons(port);
 
	//进行绑定
	if (-1 == bind(sockfd, (SA*)&serv_addr, sizeof(serv_addr))) {
		fprintf(stderr, "bind error");
		return 2;
	}
 
	if (-1 == listen(sockfd, 5)) {
		fprintf(stderr, "listen error");
		return 3;
	}
 
	//init eventloop
	eventloop = (struct reactor*)malloc(sizeof(struct reactor));
	//创建epoll句柄.
	eventloop->epfd = epoll_create(1);
	//注册建立连接IO事件处理函数
	struct epoll_event ev;
	ev.events = EPOLLIN;
	struct sockitem* si = (struct sockitem*)malloc(sizeof(struct sockitem));
	si->sockfd = sockfd;
	si->callback = accept_cb;//设置事件处理器
 
	ev.data.ptr = si;
	//将监视事件加入到reactor的epfd中
	epoll_ctl(eventloop->epfd, EPOLL_CTL_ADD, sockfd, &ev);
 
	while (1) {
		//多路复用器监视多个IO事件
		int nready = epoll_wait(eventloop->epfd, eventloop->events, 512, -1);
		if (nready < -1) {
			break;
		}
 
		int i = 0;
		//循环分发所有的IO事件给处理器
		for (i = 0; i < nready; ++i) {
			if (eventloop->events[i].events & EPOLLIN) {
				struct sockitem* si = (struct sockitem*)eventloop->events[i].data.ptr;
				si->callback(si->sockfd, eventloop->events[i].events, si);
			} 
 
			if (eventloop->events[i].events & EPOLLOUT) {
				struct sockitem* si = (struct sockitem*)eventloop->events[i].data.ptr;
				si->callback(si->sockfd, eventloop->events[i].events, si);
			}
		}
	}
	return 0;
}