面向连接的Socket Server的简单实现（简明易懂）

Posted 2020-10-09 zzfx

http://www.cnblogs.com/worldtraveler/p/4685977.html

一、基本原理

有时候我们需要实现一个公共的模块，需要对多个其他的模块提供服务，最常用的方式就是实现一个Socket Server，接受客户的请求，并返回给客户结果。

这经常涉及到如果管理多个连接及如何多线程的提供服务的问题，常用的方式就是连接池和线程池，基本流程如下：

首先服务器端有一个监听线程，不断监听来自客户端的连接。

当一个客户端连接到监听线程后，便建立了一个新的连接。

监听线程将新建立的连接放入连接池进行管理，然后继续监听新来的连接。

线程池中有多个服务线程，每个线程都监听一个任务队列，一个建立的连接对应一个服务任务，当服务线程发现有新的任务的时候，便用此连接向客户端提供服务。

一个Socket Server所能够提供的连接数可配置，如果超过配置的个数则拒绝新的连接。

当服务线程完成服务的时候，客户端关闭连接，服务线程关闭连接，空闲并等待处理新的任务。

连接池的监控线程清除其中关闭的连接对象，从而可以建立新的连接。

二、对Socket的封装

Socket的调用主要包含以下的步骤：

调用比较复杂，我们首先区分两类Socket，一类是Listening Socket，一类是Connected Socket.

Listening Socket由MySocketServer负责，一旦accept，则生成一个Connected Socket，又MySocket负责。

MySocket主要实现的方法如下：

int MySocket::write(const char * buf, int length) {         int ret = 0;         int left = length;         int index = 0;         while(left > 0)         {                 ret = send(m_socket, buf + index, left, 0);                 if(ret == 0)                         break;                 else if(ret == -1)                 {                         break;                 }                 left -= ret;                 index += ret;         }         if(left > 0)                 return -1;         return 0; }

int MySocket::read(char * buf, int length) {         int ret = 0;         int left = length;         int index = 0;         while(left > 0)         {                 ret = recv(m_socket, buf + index, left, 0);                 if(ret == 0)                         break;                 else if(ret == -1)                         return -1;                 left -= ret;                 index += ret;         }         return index; }

int MySocket::status() {         int status;         int ret;         fd_set checkset;         struct timeval timeout;         FD_ZERO(&checkset);         FD_SET(m_socket, &checkset);         timeout.tv_sec = 10;         timeout.tv_usec = 0;         status = select((int)m_socket + 1, &checkset, 0, 0, &timeout);         if(status < 0)                 ret = -1;         else if(status == 0)                 ret = 0;         else                 ret = 0;         return ret; }

int MySocket::close() {         struct linger lin;         lin.l_onoff = 1;         lin.l_linger = 0;         setsockopt(m_socket, SOL_SOCKET, SO_LINGER, (const char *)&lin, sizeof(lin));         ::close(m_socket);         return 0; }

MySocketServer的主要方法实现如下：

int MySocketServer::init(int port) {         if((m_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)         {                 return -1;         }         struct sockaddr_in serverAddr;         memset(&serverAddr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));         serverAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);         serverAddr.sin_family = AF_INET;         serverAddr.sin_port = htons(port);         if(bind(m_socket, (struct sockaddr *)&serverAddr, sizeof(serverAddr)) == -1)         {                 ::close(m_socket);                 return -1;         }         if(listen(m_socket, SOMAXCONN) == -1)         {                 ::close(m_socket);                 return -1;         }         struct linger lin;         lin.l_onoff = 1;         lin.l_linger = 0;         setsockopt(m_socket, SOL_SOCKET, SO_LINGER, (const char *)&lin, sizeof(lin));         m_port = port;         m_inited = true;         return 0; }

MySocket * MySocketServer::accept() {         int sock;         struct sockaddr_in clientAddr;         socklen_t clientAddrSize = sizeof(clientAddr);         if((sock = ::accept(m_socket, (struct sockaddr *)&clientAddr, &clientAddrSize)) == -1)         {                 return NULL;         }         MySocket* socket = new MySocket(sock);         return socket; }

MySocket * MySocketServer::accept(int timeout) {         struct timeval timeout;         timeout.tv_sec = timeout;         timeout.tv_usec = 0;         fd_set checkset;         FD_ZERO(&checkset);         FD_SET(m_socket, &checkset);         int status = (int)select((int)(m_socket + 1), &checkset, NULL, NULL, &timeout);         if(status < 0)                 return NULL;         else if(status == 0)                 return NULL;         if(FD_ISSET(m_socket, &checkset))         {                 return accept();         } }

三、线程池的实现

一个线程池一般有一个任务队列，启动的各个线程从任务队列中竞争任务，得到的线程则进行处理：list<MyTask *>  m_taskQueue;

任务队列由锁保护，使得线程安全：pthread_mutex_t m_queueMutex

任务队列需要条件变量来支持生产者消费者模式：pthread_cond_t m_cond

如果任务列表为空，则线程等待，等待中的线程个数为：m_numWaitThreads

需要一个列表来维护线程池中的线程：vector<MyThread *> m_threads

每个线程需要一个线程运行函数：

void * __thread_new_proc(void *p) {     ((MyThread *)p)->run();     return 0; }

每个线程由MyThread类负责，主要函数如下：

int MyThread::start() {     pthread_attr_t  attr;     pthread_attr_init(&attr);     pthread_attr_setschedpolicy(&attr, SCHED_FIFO);     int ret = pthread_create(&m_thread, &attr, thread_func, args);     pthread_attr_destroy(&attr);     if(ret != 0)         return –1; }

int MyThread::stop() {     int ret = pthread_kill(m_thread, SIGINT);     if(ret != 0)         return –1; }

int MyThread::join() {     int ret = pthread_join(m_thread, NULL);     if(ret != 0)         return –1; }

void MyThread::run() {     while (false == m_bStop)     {         MyTask *pTask = m_threadPool->getNextTask();         if (NULL != pTask)         {             pTask->process();         }     } }

线程池由MyThreadPool负责，主要函数如下：

int MyThreadPool::init() {     pthread_condattr_t cond_attr;     pthread_condattr_init(&cond_attr);     pthread_condattr_setpshared(&cond_attr, PTHREAD_PROCESS_SHARED);     int ret =  pthread_cond_init(&m_cond, &cond_attr);     pthread_condattr_destroy(&cond_attr);     if (ret_val != 0)         return –1;     pthread_mutexattr_t attr;     pthread_mutexattr_init(&attr);     pthread_mutexattr_setpshared(&attr, PTHREAD_PROCESS_SHARED);     ret = pthread_mutex_init(&m_queueMutex, &attr);     pthread_mutexattr_destroy(&attr);     if (ret_val != 0)         return –1;     for (int i = 0; i< m_poolSize; ++i)     {         MyThread *thread = new MyThread(i+1, this);                 m_threads.push_back(thread);     }     return 0; }

int MyThreadPool::start() {     int ret;     for (int i = 0; i< m_poolSize; ++i)     {                ret = m_threads[i]->start();        if (ret != 0)            break;            }     ret = pthread_cond_broadcast(&m_cond);     if(ret != 0)         return –1;     return 0; }

void MyThreadPool::addTask(MyTask *ptask) {     if (NULL == ptask)         return;     pthread_mutex_lock(&m_queueMutex);     m_taskQueue.push_back(ptask);            if (m_waitingThreadCount > 0)         pthread_cond_signal(&m_cond);     pthread_mutex_unlock(&m_queueMutex); }

MyTask * MyThreadPool::getNextTask() {     MyTask *pTask = NULL;      pthread_mutex_lock(&m_queueMutex);     while (m_taskQueue.begin() == m_taskQueue.end())     {           ++m_waitingThreadCount;         pthread_cond_wait(&n_cond, &m_queueMutex);         --m_waitingThreadCount;            }        pTask = m_taskQueue.front();     m_taskQueue.pop_front();     pthread_mutex_unlock(&m_queueMutex);     return pTask;    }

其中每一个任务的执行由MyTask负责，其主要方法如下：

void MyTask::process() {     //用read从客户端读取指令     //对指令进行处理     //用write向客户端写入结果 }

 

四、连接池的实现

每个连接池保存一个链表保存已经建立的连接：list<MyConnection *> * m_connections

当然这个链表也需要锁来进行多线程保护：pthread_mutex_t m_connectionMutex;

此处一个MyConnection也是一个MyTask，由一个线程来负责。

线程池也作为连接池的成员变量：MyThreadPool * m_threadPool   

连接池由类MyConnectionPool负责，其主要函数如下：

void MyConnectionPool::addConnection(MyConnection * pConn) {     pthread_mutex_lock(&m_connectionMutex);     m_connections->push_back(pConn);     pthread_mutex_unlock(&m_connectionMutex);     m_threadPool->addTask(pConn); }

MyConnectionPool也要启动一个背后的线程，来管理这些连接，移除结束的连接和错误的连接。

void MyConnectionPool::managePool() {     pthread_mutex_lock(&m_connectionMutex);     for (list<MyConnection *>::iterator itr = m_connections->begin(); itr!=m_connections->end(); )     {         MyConnection *conn = *itr;                 if (conn->isFinish())         {             delete conn;             conn = NULL;             list<MyConnection *>::iterator pos = itr++;             m_connections->erase(pos);                                  }         else if (conn->isError())         {             //处理错误的连接             ++itr;         }         else         {             ++itr;         }     }     pthread_mutex_unlock(&m_connectionMutex); }

 

五、监听线程的实现

监听线程需要有一个MySocketServer来监听客户端的连接，每当形成一个新的连接，查看是否超过设置的最大连接数，如果超过则关闭连接，如果未超过设置的最大连接数，则形成一个新的MyConnection，将其加入连接池和线程池。

 

MySocketServer *pServer = new MySocketServer(port); MyConnectionPool *pPool = new MyConnectionPool(); while (!stopFlag) {     MySocket * sock = pServer->acceptConnection(5);     if(sock != null)     {         if(m_connections.size > maxConnectionSize)         {             sock.close();         }         MyTask *pTask = new MyConnection();         pPool->addConnection(pTask);           } }