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socket+epoll封装 服务器/客户端举例
什么是高并发？
高并发 是一种系统运行过程中遇到的一种 “短时间内遇到大量操作请求” 的情况，主要发生在web系统集中大量访问收到大量请求。举个例子：12306的抢票情况；天猫双十一活动【突然下单一万张票，上万人下单购物】该情况发生会导致系统在这段时间内执行大量操作，例如，对资源的请求，数据库的操作等。
高并发的处理指标？
- 响应时间（Response Time）
系统对请求做出响应的时间，举个例子：系统处理一个HTTP请求需要200ms，这个200ms就是系统的响应时间。
- 吞吐量（Throughput）
含义：单位时间内处理的请求数量
- 每秒查询率QPS（Query Per Second）
含义 ：每秒响应请求数，在互联网领域，这个指标和吞吐量区分的没有这么明显。
- 并发用户数
含义：同时承载正常使用系统功能的用户数量，举个例子：例如一个即时通讯系统，同时在线量一定程度上代表了系统的并发用户数。
高并发和多线程的关系和区别？
“高并发和多线程” 总是被一起提起，给人感觉两者好像相等，实则 【高并发 ≠ 多线程】
多线程
- 多线程是java的特性，因为现在CPU都是多核多线程的，可以同时执行几个任务，为了提高jvm的执行效率，java提供了这种多线程的机制，以增强数据处理效率
- 多线程对应的是CPU，高并发对应的是访问请求，可以用单线程处理所有访问请求，也可以用多线程同时处理访问请求
- 在过去单CPU时代，单任务在一个时间点只能执行单一程序。之后发展到多任务阶段，计算机能在同一时间点并行执行多任务或多进程
- 虽然并不是真正意义上的 “同一时间点”，而是多个任务或进程共享一个CPU，并交由操作系统来完成多任务间对CPU的运行切换，以使得每个任务都有机会获得一定的时间片运行
- 再后来发展到多线程技术，使得在一个程序内部能拥有多个线程并行执行。一个线程的执行可以被认为是一个CPU在执行该程序。当一个程序运行在多线程下，就好像有多个CPU在同时执行该程序
高并发
- 高并发不是JAVA的专有的东西，是语言无关的广义的，为提供更好互联网服务而提出的概念
- 典型的场景：例如，12306抢火车票，天猫双十一秒杀活动等。该情况的发生会导致系统在这段时间内执行大量操作，例如对资源的请求，数据库的操作等。
- 如果高并发处理不好，不仅仅降低了用户的体验度（请求响应时间过长），同时可能导致系统宕机，严重的甚至导致OOM异常，系统停止工作等
- 如果，要想系统能够适应高并发状态，则需要从各个方面进行系统优化，包括，硬件、网络、系统架构、开发语言的选取、数据结构的运用、算法优化、数据库优化等，而多线程只是其中解决方法之一
搭建服务器/客户端
服务端代码，提供了四个类的封装。
地址类
CHostAddresssocket基类
CBaseSocketTCP派生类
CTcpServerepoll类
CEpollServerCHostAddress.h
#pragma once #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <string.h> #include <arpa/inet.h> class CHostAddress; class CHostAddress { public: CHostAddress(char* ip, unsigned short port); ~CHostAddress(); public: char* getIp(); void setIp(char* ip); unsigned short getPort(); void setPort(unsigned short port); public: struct sockaddr_in getAddr_in(); struct sockaddr* getAddr(); int getLength(); private: char ip[16]; unsigned short port; int length; //保存 sockaddr_in 结构体长度 struct sockaddr_in s_addr; }; - CBaseSocket.h
#pragma once #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <stdio.h> class CBaseSocket; class CBaseSocket { public: CBaseSocket(char* ip, unsigned short port); ~CBaseSocket(); void Start(); int getSocketFd(); virtual bool Run() = 0; virtual void Stop() = 0; protected: int socketFd; }; - CTcpServer.h
#pragma once #include<iostream> #include "CBaseSocket.h" #include "CHostAddress.h" #include <netinet/in.h> #include <unistd.h> #include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> using namespace std; class CTcpServer; //TCP服务器 #define LISTEN_MAX_NUM 10 //最大连接Socket数量 class CTcpServer; class CTcpServer : public CBaseSocket { public: CTcpServer(char* ip, unsigned short port); ~CTcpServer(); public: bool Run(); void Stop(); public: CHostAddress* getAddress(); //服务器主机地址（IP+端口） void setAddress(CHostAddress* address); private: CHostAddress* address;//地址类 }; - CEpollServer.h
#pragma once #include <sys/epoll.h> #include <iostream> #include "CTcpServer.h" #define EPOLL_SIZE 5 using namespace std; class CEpollServer; class CEpollServer { public: CEpollServer(char* ip, unsigned short port); ~CEpollServer(); void Start(); private: int epollfd; int epollwaitefd; int acceptFd; char buf[1024]; //存放客户端发来的消息 struct epoll_event epollEvent; struct epoll_event epollEventArray[5]; CTcpServer* tcp; }; 对应实现。
- CHostAddress.cpp
#include "CHostAddress.h" CHostAddress::CHostAddress(char* ip, unsigned short port) { memset(this->ip, 0, sizeof(this->ip)); strcpy(this->ip, ip); this->port = port; this->s_addr.sin_family = AF_INET; this->s_addr.sin_port = htons(this->port); //指定服务端端口 this->s_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(this->ip); //指定服务器指定网卡的IP 能用于通信。 this->length = sizeof(this->s_addr); } CHostAddress::~CHostAddress() { } char* CHostAddress::getIp() { return this->ip; } void CHostAddress::setIp(char* ip) { strcpy(this->ip, ip); this->s_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(this->ip); } unsigned short CHostAddress::getPort() { return this->port; } void CHostAddress::setPort(unsigned short port) { this->port = port; this->s_addr.sin_port = htons(this->port); } sockaddr_in CHostAddress::getAddr_in() { return this->s_addr; } sockaddr* CHostAddress::getAddr() { // bind函数需要用到struct sockaddr *，直接对sockaddr_in* 做强转 return (struct sockaddr*)&(this->s_addr); } int CHostAddress::getLength() { return this->length; } - CBaseSocket.cpp
#include "CBaseSocket.h" CBaseSocket::CBaseSocket(char* ip, unsigned short port) { this->socketFd = 0; } CBaseSocket::~CBaseSocket() { } void CBaseSocket::Start() { //创建服务端的Socket this->socketFd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if (this->socketFd == -1) { perror("socket error");//socket创建失败 } this->Run(); } int CBaseSocket::getSocketFd() { return this->socketFd; } - CTcpServer.cpp
#include "CTcpServer.h" CTcpServer::CTcpServer(char* ip, unsigned short port):CBaseSocket(ip, port) { this->address = new CHostAddress(ip, port); } CTcpServer::~CTcpServer() { } bool CTcpServer::Run() { int opt_val = 1; int res = 0; //端口复用 解决出现 adress already use的问题 res = setsockopt(this->socketFd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (const void*)&opt_val, sizeof(opt_val)); if (res == -1) { perror("setsockopt error"); return false; } //绑定服务端的IP和端口 res = bind(this->socketFd, this->address->getAddr(), this->address->getLength()); if (res == -1) { perror("bind error"); Stop(); return false; } //将Socket设置为可连接（监听）的状态 if(listen(this->socketFd, LISTEN_MAX_NUM) != 0) { perror("listen error"); Stop(); return false; } cout << "Server start success socketFd = " << this->socketFd << endl; } void CTcpServer::Stop() { if (this->socketFd != 0) { close(this->socketFd); this->socketFd = 0; } } CHostAddress* CTcpServer::getAddress() { return this->address; } void CTcpServer::setAddress(CHostAddress* address) { this->address = address; } - CEpollServer.cpp
#include "CEpollServer.h" CEpollServer::CEpollServer(char* ip, unsigned short port) { //初始化 TcpServer类 this->tcp = new CTcpServer(ip, port); this->tcp->Start(); cout << "socketFd = " << this->tcp->getSocketFd() << endl; //初始化数据成员 this->epollfd = 0; this->epollwaitefd = 0; this->acceptFd = 0; bzero(this->buf, sizeof(this, buf)); //事件结构体初始化 bzero(&(this->epollEvent), sizeof(this->epollEvent)); //绑定当前准备好的sockedfd（可用网络对象） this->epollEvent.data.fd = this->tcp->getSocketFd(); //绑定事件为客户端接入事件 this->epollEvent.events = EPOLLIN; //创建epoll this->epollfd = epoll_create(EPOLL_SIZE); //将已经准备好的网络描述符添加到epoll事件队列中 epoll_ctl(this->epollfd, EPOLL_CTL_ADD, this->tcp->getSocketFd(), &(this->epollEvent)); } CEpollServer::~CEpollServer() { } void CEpollServer::Start() { while (1) { cout << "epoll wait client" << endl; this->epollwaitefd = epoll_wait(this->epollfd, epollEventArray, EPOLL_SIZE, -1); if (this->epollwaitefd < 0) { perror("epoll wait error"); } for (int i = 0; i < this->epollwaitefd; i++) { //判断是否有客户端上线 if (epollEventArray[i].data.fd == this->tcp->getSocketFd()) { cout << "网络_开始工作_等待客户端_上线" << endl; this->acceptFd = accept(this->tcp->getSocketFd(), NULL, NULL); cout << "acceptfd = " << this->acceptFd << endl; //上线的客户端描述符是acceptfd 绑定事件添加到epoll epollEvent.data.fd = this->acceptFd; epollEvent.events = EPOLLIN; //EPOLLIN表示对应的文件描述符可以读 epoll_ctl(this->epollfd, EPOLL_CTL_ADD, this->acceptFd, &epollEvent); } else if (epollEventArray[i].events & EPOLLIN) { bzero(this->buf, sizeof(this->buf)); int res = read(epollEventArray[i].data.fd, this->buf, sizeof(this->buf)); if (res > 0) { cout << "服务器_收到 fd = " << epollEventArray[i].data.fd << " 送达数据: buf = " << this->buf << endl; } else if (res <= 0) { cout << "客户端 fd = " << epollEventArray[i].data.fd << " _掉线_" << endl; close(epollEventArray[i].data.fd); //从epoll中删除客户端描述符 epollEvent.data.fd = epollEvent.data.fd; epollEvent.events = EPOLLIN; epoll_ctl(this->epollfd, EPOLL_CTL_DEL, epollEventArray[i].data.fd, &epollEvent); } } } } } 客户端代码
- demo9.cpp
//客户端代码 #include <iostream> #include <cstdio> #include <cstring> #include <cstdlib> #include <unistd.h> #include <netdb.h> #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <arpa/inet.h> using namespace std; int main(int argc,char *argv[]) { if (argc!=3) { cout << "Using:./demo9 服务端的IP 服务端的端口\nExample:./demo9 192.168.28.132 12345\n\n"; return -1; } int socketfd = 0; int acceptfd = 0; int len = 0; int res = 0; char buf[255] = { 0 }; struct hostent* h; struct sockaddr_in s_addr; //获取客户端的Socket socketfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if (socketfd == -1) { perror("socket error"); return -1; } if ( (h = gethostbyname(argv[1])) == 0 ) { cout << "gethostbyname failed.\n" << endl; close(socketfd); return -1; } memset(&s_addr,0,sizeof(s_addr)); s_addr.sin_family = AF_INET; memcpy(&s_addr.sin_addr,h->h_addr,h->h_length); //注入服务端IP s_addr.sin_port = htons(atoi(argv[2])); //注入服务端端口 //向服务端发起连接请求 if(connect(socketfd, (struct sockaddr*)&s_addr, sizeof(s_addr)) !=0) { perror("connect"); close(socketfd); return -1; } //不断向服务端发送控制台输入的内容 while (1) { cout << "请输入内容：" << endl; cin >> buf; write(socketfd, buf, sizeof(buf)); bzero(buf, sizeof(buf)); } return 0; } - demo10.cpp
#include <iostream> #include "CEpollServer.h" using namespace std; int main() { CEpollServer* epoll = new CEpollServer("192.168.28.132", 12345); epoll->Start(); return 0; } 案例测试
[root@localhost my_learn_test]# g++ -o demo10 demo10.cpp CEpollServer.cpp CHostAddress.cpp CBaseSocket.cpp CTcpServer.cpp demo10.cpp: In function ‘int main()’: demo10.cpp:8:64: warning: ISO C++ forbids converting a string constant to ‘char*’ [-Wwrite-strings] CEpollServer* epoll = new CEpollServer("192.168.28.132", 12345); ^ CTcpServer.cpp: In member function ‘virtual bool CTcpServer::Run()’: CTcpServer.cpp:42:1: warning: control reaches end of non-void function [-Wreturn-type] } ^ [root@localhost my_learn_test]# ./demo10 Server start success socketFd = 3 socketFd = 3 epoll wait client 网络_开始工作_等待客户端_上线 acceptfd = 5 epoll wait client 网络_开始工作_等待客户端_上线 acceptfd = 6 epoll wait client 服务器_收到 fd = 6 送达数据: buf = zhangsan epoll wait client 服务器_收到 fd = 5 送达数据: buf = jackson epoll wait client [root@localhost my_learn_test]# g++ -o demo9 demo9.cpp [root@localhost my_learn_test]# ./demo9 Using:./demo9 服务端的IP 服务端的端口 Example:./demo9 192.168.28.132 12345 [root@localhost my_learn_test]# ./demo9 192.168.28.132 12345 请输入内容： jackson [root@localhost my_learn_test]# ./demo9 192.168.28.132 12345 请输入内容： zhangsan 