脚本之家 服务器常用软件
快捷导航
您的位置：首页 → 软件编程 → C 语言 → C++ Reactor原理

C++中的Reactor原理与实现

 更新时间：2022年07月01日 12:18:54   作者：恒者走天下  
reactor设计模式是event-driven architecture的一种实现方式，处理多个客户端并发的向服务端请求服务的场景，每种服务在服务端可能由多个方法组成，这篇文章主要介绍了Reactor原理与实现,需要的朋友可以参考下

一、Reactor介绍

reactor设计模式是event-driven architecture的一种实现方式，处理多个客户端并发的向服务端请求服务的场景。每种服务在服务端可能由多个方法组成。reactor会解耦并发请求的服务并分发给对应的事件处理器来处理。

中心思想是将所有要处理的I/o事件注册到一个中心I/o多路复用器上，同时主线程/进程阻塞在多路复用器上;一旦有I/o事件到来或是准备就绪(文件描述符或socket可读、写)，多路复用器返回并将事先注册的相应l/o事件分发到对应的处理器中。

处理机制为：主程序将事件以及对应事件处理的方法在Reactor上进行注册, 如果相应的事件发生，Reactor将会主动调用事件注册的接口，即 回调函数.

二、代码实现

前提准备：1单例模式：单例模式(Singleton Pattern，也称为单件模式)，使用最广泛的设计模式之一。其意图是保证一个类（结构体）仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点，该实例被所有程序模块共享。
2.回调函数：把一段可执行的代码像参数传递那样传给其他代码，而这段代码会在某个时刻被调用执行，这就叫做回调。

对epoll反应堆中结构体定义

/*fd包含的属性*/
struct nitem { // fd

	int fd;		//要监听的文件描述符

	int status;	//是否在监听：1->在红黑树上（监听），0->不在（不监听）
	int events;	//对应的监听事件，	EPOLLIN和EPOLLOUT（不同的事件，走不同的回调函数）
	void *arg;	//指向自己结构体指针
#if 0
	NCALLBACK callback;
#else
	NCALLBACK *readcb;   // epollin
	NCALLBACK *writecb;  // epollout
	NCALLBACK *acceptcb; // epollin
#endif
	unsigned char sbuffer[BUFFER_LENGTH]; //
	int slength;

	unsigned char rbuffer[BUFFER_LENGTH];
	int rlength;
	
};

/*分块存储*/
struct itemblock {

	struct itemblock *next;
	struct nitem *items;

};
/*epoll反应堆中包括通信的fd以及epoll的（epfd）*/
struct reactor {

	int epfd;
	struct itemblock *head; 

};

单例模式，创建reactor的一个实例

/*单例模式*/
struct reactor *instance = NULL;
int init_reactor(struct reactor *r) {

	if (r == NULL) return -1;

	int epfd = epoll_create(1); //int size
	r->epfd = epfd;

	// fd --> item
	r->head = (struct itemblock*)malloc(sizeof(struct itemblock));
	if (r->head == NULL) {
		close(epfd);
		return -2;
	} 
	memset(r->head, 0, sizeof(struct itemblock));

	r->head->items = (struct nitem *)malloc(MAX_EPOLL_EVENT * sizeof(struct nitem));
	if (r->head->items == NULL) {
		free(r->head);
		close(epfd);
		return -2;
	}
	memset(r->head->items, 0, (MAX_EPOLL_EVENT * sizeof(struct nitem)));
	
	r->head->next = NULL;
	
	return 0;
}
struct reactor *getInstance(void) { //singleton

	if (instance == NULL) {

		instance = (struct reactor *)malloc(sizeof(struct reactor));
		if (instance == NULL) return NULL;
		memset(instance, 0, sizeof(struct reactor));

		if (0 > init_reactor(instance)) {
			free(instance);
			return NULL;
		}

	}

	return instance;
}

事件注册

/*nreactor_set_event(listenfd, accept_callback, ACCEPT_CB, NULL);*/
/*nreactor_set_event(fd, read_callback, READ_CB, NULL);*/
/*fd找到对应事件*/
/*驱动注册*/
int nreactor_set_event(int fd, NCALLBACK cb, int event, void *arg) {

	struct reactor *r = getInstance();
	
	struct epoll_event ev = {0};
	//1
	if (event == READ_CB) {
		r->head->items[fd].fd = fd;
		r->head->items[fd].readcb = cb;
		r->head->items[fd].arg = arg;

		ev.events = EPOLLIN;
		
	}
	//2
	else if (event == WRITE_CB) {
		r->head->items[fd].fd = fd;
		r->head->items[fd].writecb = cb;
		r->head->items[fd].arg = arg;

		ev.events = EPOLLOUT;
	} 
	//3
	else if (event == ACCEPT_CB) {
		r->head->items[fd].fd = fd;
		r->head->items[fd].acceptcb = cb;	//回调函数
		r->head->items[fd].arg = arg;

		ev.events = EPOLLIN;
	}

	ev.data.ptr = &r->head->items[fd];

	/*NOSET_CB 0*/
	if (r->head->items[fd].events == NOSET_CB) {
		if (epoll_ctl(r->epfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &ev) < 0) {
			printf("epoll_ctl EPOLL_CTL_ADD failed, %d\n", errno);
			return -1;
		}
		r->head->items[fd].events = event;
	} else if (r->head->items[fd].events != event) {

		if (epoll_ctl(r->epfd, EPOLL_CTL_MOD, fd, &ev) < 0) {
			printf("epoll_ctl EPOLL_CTL_MOD failed\n");
			return -1;
		}
		r->head->items[fd].events = event;
	}
	
	return 0;
}

回调函数书写

int write_callback(int fd, int event, void *arg) {
	struct reactor *R = getInstance();
	
	unsigned char *sbuffer = R->head->items[fd].sbuffer;
	int length = R->head->items[fd].slength;
	int ret = send(fd, sbuffer, length, 0);
	if (ret < length) {
		nreactor_set_event(fd, write_callback, WRITE_CB, NULL);
	} else {
		nreactor_set_event(fd, read_callback, READ_CB, NULL);
	}
	return 0;
}
// 5k qps
int read_callback(int fd, int event, void *arg) {
	struct reactor *R = getInstance();
	unsigned char *buffer = R->head->items[fd].rbuffer;
	
#if 0 //ET
	int idx = 0, ret = 0;
	while (idx < BUFFER_LENGTH) {
		ret = recv(fd, buffer+idx, BUFFER_LENGTH-idx, 0);
		if (ret == -1) { 
			break;
		} else if (ret > 0) {
			idx += ret;
		} else {// == 0
			break;
		}
	}
	if (idx == BUFFER_LENGTH && ret != -1) {
		nreactor_set_event(fd, read_callback, READ_CB, NULL);
	} else if (ret == 0) {
		nreactor_set_event
		//close(fd);
	} else {
		nreactor_set_event(fd, write_callback, WRITE_CB, NULL);
	}
	
#else //LT
	int ret = recv(fd, buffer, BUFFER_LENGTH, 0);
	if (ret == 0) { // fin
		
		nreactor_del_event(fd, NULL, 0, NULL);
		close(fd);
		
	} else if (ret > 0) {
		unsigned char *sbuffer = R->head->items[fd].sbuffer;
		memcpy(sbuffer, buffer, ret);
		R->head->items[fd].slength = ret;
		printf("readcb: %s\n", sbuffer);
		nreactor_set_event(fd, write_callback, WRITE_CB, NULL);
	}
		
#endif
	
}
// web server 
// ET / LT
int accept_callback(int fd, int event, void *arg) {
	int connfd;
	struct sockaddr_in client;
    socklen_t len = sizeof(client);
    if ((connfd = accept(fd, (struct sockaddr *)&client, &len)) == -1) {
        printf("accept socket error: %s(errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
        return 0;
    }
	nreactor_set_event(connfd, read_callback, READ_CB, NULL);
}

监听描述符变化

// accept --> EPOLL
/*epoll_wait监听0*/
int reactor_loop(int listenfd) {

	struct reactor *R = getInstance();	
	
	struct epoll_event events[POLL_SIZE] = {0};
	while (1) {
		int nready = epoll_wait(R->epfd, events, POLL_SIZE, -1);
		if (nready == -1) {
			continue;
		}

		int i = 0;
		for (i = 0;i < nready;i ++) {
			
			struct nitem *item = (struct nitem *)events[i].data.ptr;
			int connfd = item->fd;

			if (connfd == listenfd) { //
				item->acceptcb(listenfd, 0, NULL);
			} else {
			
				if (events[i].events & EPOLLIN) { //
					item->readcb(connfd, 0, NULL);
				
				} 
				if (events[i].events & EPOLLOUT) {
					item->writecb(connfd, 0, NULL);
		
				}
			}
		}

	}
	return 0;
}

完整代码实现

#define MAXLNE  4096
#define POLL_SIZE	1024
#define BUFFER_LENGTH		1024
#define MAX_EPOLL_EVENT		1024
#define NOSET_CB	0
#define READ_CB		1
#define WRITE_CB	2
#define ACCEPT_CB	3
/*单例模式*/
typedef int NCALLBACK(int fd, int event, void *arg);
/*fd包含的属性*/
struct nitem { // fd
	int fd;		//要监听的文件描述符
	int status;	//是否在监听：1->在红黑树上（监听），0->不在（不监听）
	int events;	//对应的监听事件，	EPOLLIN和EPOLLOUT（不同的事件，走不同的回调函数）
	void *arg;	//指向自己结构体指针
#if 0
	NCALLBACK callback;
#else
	NCALLBACK *readcb;   // epollin
	NCALLBACK *writecb;  // epollout
	NCALLBACK *acceptcb; // epollin
#endif
	unsigned char sbuffer[BUFFER_LENGTH]; //
	int slength;
	unsigned char rbuffer[BUFFER_LENGTH];
	int rlength;
	
};
/*分块存储*/
struct itemblock {
	struct itemblock *next;
	struct nitem *items;
};
/*epoll反应堆中包括通信的fd以及epoll的（epfd）*/
struct reactor {
	int epfd;
	struct itemblock *head; 
};
/*初始化结构体*/
int init_reactor(struct reactor *r);
int read_callback(int fd, int event, void *arg);
int write_callback(int fd, int event, void *arg);
int accept_callback(int fd, int event, void *arg);
/*单例模式*/
struct reactor *instance = NULL;
struct reactor *getInstance(void) { //singleton
	if (instance == NULL) {
		instance = (struct reactor *)malloc(sizeof(struct reactor));
		if (instance == NULL) return NULL;
		memset(instance, 0, sizeof(struct reactor));
		if (0 > init_reactor(instance)) {
			free(instance);
			return NULL;
		}
	}
	return instance;
}
/*nreactor_set_event(listenfd, accept_callback, ACCEPT_CB, NULL);*/
/*nreactor_set_event(fd, read_callback, READ_CB, NULL);*/
/*fd找到对应事件*/
/*驱动注册*/
int nreactor_set_event(int fd, NCALLBACK cb, int event, void *arg) {
	struct reactor *r = getInstance();
	
	struct epoll_event ev = {0};
	//1
	if (event == READ_CB) {
		r->head->items[fd].fd = fd;
		r->head->items[fd].readcb = cb;
		r->head->items[fd].arg = arg;
		ev.events = EPOLLIN;
		
	}
	//2
	else if (event == WRITE_CB) {
		r->head->items[fd].fd = fd;
		r->head->items[fd].writecb = cb;
		r->head->items[fd].arg = arg;
		ev.events = EPOLLOUT;
	} 
	//3
	else if (event == ACCEPT_CB) {
		r->head->items[fd].fd = fd;
		r->head->items[fd].acceptcb = cb;	//回调函数
		r->head->items[fd].arg = arg;
		ev.events = EPOLLIN;
	}
	ev.data.ptr = &r->head->items[fd];
	/*NOSET_CB 0*/
	if (r->head->items[fd].events == NOSET_CB) {
		if (epoll_ctl(r->epfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &ev) < 0) {
			printf("epoll_ctl EPOLL_CTL_ADD failed, %d\n", errno);
			return -1;
		}
		r->head->items[fd].events = event;
	} else if (r->head->items[fd].events != event) {
		if (epoll_ctl(r->epfd, EPOLL_CTL_MOD, fd, &ev) < 0) {
			printf("epoll_ctl EPOLL_CTL_MOD failed\n");
			return -1;
		}
		r->head->items[fd].events = event;
	}
	
	return 0;
}
/*nreactor_del_event(fd, NULL, 0, NULL);*/
/*下树*/
/*nreactor_del_event(fd, NULL, 0, NULL);*/
int nreactor_del_event(int fd, NCALLBACK cb, int event, void *arg) {
	struct reactor *r = getInstance();
	
	struct epoll_event ev = {0};
	ev.data.ptr = arg;
	epoll_ctl(r->epfd, EPOLL_CTL_DEL, fd, &ev);
	r->head->items[fd].events = 0;
	return 0;
}
int write_callback(int fd, int event, void *arg) {
	struct reactor *R = getInstance();
	
	unsigned char *sbuffer = R->head->items[fd].sbuffer;
	int length = R->head->items[fd].slength;
	int ret = send(fd, sbuffer, length, 0);
	if (ret < length) {
		nreactor_set_event(fd, write_callback, WRITE_CB, NULL);
	} else {
		nreactor_set_event(fd, read_callback, READ_CB, NULL);
	}
	return 0;
}
// 5k qps
int read_callback(int fd, int event, void *arg) {
	struct reactor *R = getInstance();
	unsigned char *buffer = R->head->items[fd].rbuffer;
	
#if 0 //ET
	int idx = 0, ret = 0;
	while (idx < BUFFER_LENGTH) {
		ret = recv(fd, buffer+idx, BUFFER_LENGTH-idx, 0);
		if (ret == -1) { 
			break;
		} else if (ret > 0) {
			idx += ret;
		} else {// == 0
			break;
		}
	}
	if (idx == BUFFER_LENGTH && ret != -1) {
		nreactor_set_event(fd, read_callback, READ_CB, NULL);
	} else if (ret == 0) {
		nreactor_set_event
		//close(fd);
	} else {
		nreactor_set_event(fd, write_callback, WRITE_CB, NULL);
	}
	
#else //LT
	int ret = recv(fd, buffer, BUFFER_LENGTH, 0);
	if (ret == 0) { // fin
		
		nreactor_del_event(fd, NULL, 0, NULL);
		close(fd);
		
	} else if (ret > 0) {
		unsigned char *sbuffer = R->head->items[fd].sbuffer;
		memcpy(sbuffer, buffer, ret);
		R->head->items[fd].slength = ret;
		printf("readcb: %s\n", sbuffer);
		nreactor_set_event(fd, write_callback, WRITE_CB, NULL);
	}
		
#endif
	
}
// web server 
// ET / LT
int accept_callback(int fd, int event, void *arg) {
	int connfd;
	struct sockaddr_in client;
    socklen_t len = sizeof(client);
    if ((connfd = accept(fd, (struct sockaddr *)&client, &len)) == -1) {
        printf("accept socket error: %s(errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
        return 0;
    }
	nreactor_set_event(connfd, read_callback, READ_CB, NULL);
}
int init_server(int port) {
	int listenfd;
    struct sockaddr_in servaddr;
    char buff[MAXLNE];
 
    if ((listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) {
        printf("create socket error: %s(errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
        return 0;
    }
 
    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    servaddr.sin_port = htons(port);
 
    if (bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) == -1) {
        printf("bind socket error: %s(errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
        return 0;
    }
 
    if (listen(listenfd, 10) == -1) {
        printf("listen socket error: %s(errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
        return 0;
    }
	return listenfd;
}
int init_reactor(struct reactor *r) {
	if (r == NULL) return -1;
	int epfd = epoll_create(1); //int size
	r->epfd = epfd;
	// fd --> item
	r->head = (struct itemblock*)malloc(sizeof(struct itemblock));
	if (r->head == NULL) {
		close(epfd);
		return -2;
	} 
	memset(r->head, 0, sizeof(struct itemblock));
	r->head->items = (struct nitem *)malloc(MAX_EPOLL_EVENT * sizeof(struct nitem));
	if (r->head->items == NULL) {
		free(r->head);
		close(epfd);
		return -2;
	}
	memset(r->head->items, 0, (MAX_EPOLL_EVENT * sizeof(struct nitem)));
	
	r->head->next = NULL;
	
	return 0;
}
// accept --> EPOLL
/*epoll_wait监听0*/
int reactor_loop(int listenfd) {
	struct reactor *R = getInstance();	
	
	struct epoll_event events[POLL_SIZE] = {0};
	while (1) {
		int nready = epoll_wait(R->epfd, events, POLL_SIZE, -1);
		if (nready == -1) {
			continue;
		}
		int i = 0;
		for (i = 0;i < nready;i ++) {
			
			struct nitem *item = (struct nitem *)events[i].data.ptr;
			int connfd = item->fd;
			if (connfd == listenfd) { //
				item->acceptcb(listenfd, 0, NULL);
			} else {
			
				if (events[i].events & EPOLLIN) { //
					item->readcb(connfd, 0, NULL);
				
				} 
				if (events[i].events & EPOLLOUT) {
					item->writecb(connfd, 0, NULL);
		
				}
			}
		}
	}
	return 0;
}
int main(int argc, char **argv) 
{
    
 	int  connfd, n;
	int listenfd = init_server(9999);
	nreactor_set_event(listenfd, accept_callback, ACCEPT_CB, NULL);
	//nreactor_set_event(listenfd, accept_callback, read_callback, write_callback);
	
	reactor_loop(listenfd);
	 
    return 0;
}

到此这篇关于Reactor原理与实现的文章就介绍到这了,更多相关Reactor原理内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！

您可能感兴趣的文章:

相关文章

  • 详解C语言中的fopen()函数和fdopen()函数

    详解C语言中的fopen()函数和fdopen()函数

    这篇文章主要介绍了详解C语言中的fopen()函数和fdopen()函数,注意其之间指针功能相关的区别,需要的朋友可以参考下
    2015-08-08
  • C语言编一个数字益智小游戏

    C语言编一个数字益智小游戏

    这篇文章主要介绍了C语言编一个数字益智小游戏，本文通过实例截图的形式给大家展示的非常详细，具有一定的参考借鉴价值,需要的朋友可以参考下
    2020-01-01
  • 基于MFC实现类的序列化详解

    基于MFC实现类的序列化详解

    序列化是将程序中的对象以一种二进制格式存储到存储设备中（例如文本/数据库等），以实现“永生”或随意“流动”。本文将为大家详细讲讲如何基于MFC实现类的序列化，需要的可以参考一下
    2022-07-07
  • vscode C++开发环境配置步骤详解(教你如何用vscode编写写C++)

    vscode C++开发环境配置步骤详解(教你如何用vscode编写写C++)

    这篇文章主要介绍了vscode C++开发环境配置详细教程(教你如何用vscode编写写C++),本文通过图文并茂的形式给大家介绍的非常详细，对大家的学习或工作具有一定的参考借鉴价值，需要的朋友可以参考下
    2020-03-03
  • 一篇文章教你自己动手实现C语言库函数

    一篇文章教你自己动手实现C语言库函数

    这篇文章主要介绍了C语言库函数的相关资料,小编觉得挺不错的，现在就分享给大家，也给大家做个参考。一起跟随小编过来看看吧
    2021-09-09
  • C++基于对话框的程序的框架实例

    C++基于对话框的程序的框架实例

    这篇文章主要介绍了C++基于对话框的程序的框架,以实例形式讲述了C++对话框程序框架,有助于深入理解基于C++的Windows程序设计,需要的朋友可以参考下
    2014-10-10
  • C语言中多样式的格式控制符的使用详解

    C语言中多样式的格式控制符的使用详解

    C语言中的格式控制符类型繁多，虽然格式字符可能就那么几个，但组合起来使得格式控制符变得多样化，这对于C语言初学者来说无疑是一种痛苦，为此我将常见的格式控制符类型及意义总结一下，希望对大家有所帮助
    2023-03-03
  • C语言实现井字棋详解

    C语言实现井字棋详解

    这篇文章主要为大家介绍了C语言如何实现井字棋，具有一定的参考价值，感兴趣的小伙伴们可以参考一下，希望能够给你带来帮助
    2021-11-11
  • C++构造函数初始化顺序详解

    C++构造函数初始化顺序详解

    这篇文章主要介绍了C++构造函数初始化顺序详解,是对C++代码的运行机制深入探讨,需要的朋友可以参考下
    2014-10-10
  • C语言驱动开发之通过ReadFile与内核层通信

    C语言驱动开发之通过ReadFile与内核层通信

    驱动与应用程序的通信是非常有必要的，内核中执行代码后需要将其动态显示给应用层。为了实现内核与应用层数据交互则必须有通信的方法，微软为我们提供了三种通信方式，本文先来介绍通过ReadFile系列函数实现的通信模式
    2022-09-09

最新评论