Epoll-ET模式下非阻塞读写之Buffer的封装

Posted 2022-06-02 shiyicode

先说说Epoll的ET模式

epoll默认的模式是LT，要说ET不得不提到LT，LT与ET的区别可以用一句话概括：
LT模式下只要socket处于可读状态(添加EPOLLIN事件时)或可写状态(添加EPOLLOUT事件时)，就会一直返回其socket。
ET模式下在第一次返回socket后，只有当socket由不可写到可写(添加EPOLLIN事件时)或由不可读到可读(添加EPOLLOUT事件时)，才会返回其socket。

进一步捋一下

由上可得，我们对ET操作必须要做到以下条件：
如果读：必须要将缓冲区的内容全部读出，即读到缓冲区空为止
如果写：一直写，知道需写的数据写完或是缓冲区满为止。
要做到以上要求，我们必须使用非阻塞套接字，否则socket会常常处在阻塞情况下，从而导致其他套接字饿死的情况发生。(何谓饿死，程序阻塞在当前套接字的操作上，而其他套接字根本没有机会进行操作)

为什么我们需要Buffer

TCP 是一个无边界的字节流协议，接收方必须要处理“收到的数据尚不构成一条完整的消息”和“一次收到两条消息的数据”等等情况。
如果是阻塞模式下，上面的情况根本不需要考虑，因为只要你recv，数据最终一定会过来，但代价就是你会一直阻塞在那里，我们编写服务器当然要尽可能的避免这种情况的出现，所以我们使用非阻塞套接字。
然而，非阻塞模式下，我们就必须要解决上面的情况。
那么，想想，如果给你一个内存空间，你读取数据时，无论取多少，都先放进这个空间，而要处理时从这个空间取数据即可。
有了这个空间，无论是消息不完整还是多个消息，我们都得以解决。
写也是一样的，当你向socket发送数据时，如果发送了一部分，缓冲区满了，此时我们该怎么办呢，只好一直阻塞，直至socket变回可写，再将剩余的数据全部写入。显然，代价还是阻塞，如果我们不想阻塞，仍然需要一个类似上面的空间。
这个空间，就是我们说的buffer，也可以叫做用户缓冲区。

Buffer的实现思路

首先，我们希望保证任何时候向buffer里面添加数据，都可以添加成功，也就是说，我们的buffer的空间需要足够大，但我们又不能确定一个固定的数值，因为如果数字设定的小了，还是会出现添加失败的情况，但如果设置的大了，又会导致大量空间的浪费。
所以我们将空间设置为可变的，用vector来保存，因为vector空间增长是以2的幂的形式扩展，很高效。
用两个指针或是变量来作为读标志和写标志，如下图所示。图片摘自Muduo 设计与实现之一：Buffer 类的设计)

这张图画的相当的清晰明了，一目了然，就不再具体描述了。
另外有两点优化，第一点是当Buffer内没有数据的时候(也就是readindex=writeindex时)，要将两个标志全部归零，以免空间一直无限制增长下去，前面的空间反而浪费了。
第二点是，要添加数据时，如果剩余的空间不够(writeable)，而加上前面空闲的空间(prependable+writeable)能够放下的话，将数据移动到buffer起始位置，以避免一次空间的增长。

代码

//
//  Buffer.h
//  QuoridorServer
//
//  Created by shiyi on 2016/12/2.
//  Copyright © 2016年 shiyi. All rights reserved.
//

#ifndef Buffer_H
#define Buffer_H

#include <stdio.h>
#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

class Buffer

public:
    Buffer() : m_widx(0), m_ridx(0)
    

    ~Buffer()

    void init()
    
        m_widx = m_ridx = 0;
        m_buf.clear();
    

    //增加内容
    void PutData(char *data, int len)
    
        //如果调整空间后足够存放，则进行调整
        int capa = m_buf.capacity();
        if(capa < m_widx + len && capa > len + m_widx - m_ridx)
            adjust();

        for(int i = 0; i < len; i++)
            m_buf.push_back(data[i]);

        m_widx += len;
    

    //返回获取的包的大小，数据不完整返回-1
    int GetData(char* data, int len)
    
        len = min(m_widx-m_ridx, len);

        for(int i = 0; i < len; i++)
        
            if(m_ridx >= m_widx)
                break;
            data[i] = m_buf[m_ridx++];
        

        if(m_ridx >= m_widx)
        
            m_ridx = m_widx = 0;
            m_buf.clear();
        
        return len;
    

private:

    //将数据移至容器头部，充分利用空间
    void adjust()
    
        vector<char> t(m_buf.begin()+m_ridx, m_buf.begin()+m_widx);
        m_widx -= m_ridx;
        m_ridx = 0;

        m_buf.clear();

        for(int i=0; i<m_widx; i++)
            m_buf.push_back(t[i]);
    

private:

    int m_ridx;
    int m_widx;
    std::vector<char> m_buf;
;

#endif /* Buffer_H */

参考博客 Muduo 设计与实现之一：Buffer 类的设计