找工作小项目：day15-macOS支持、完善逻辑

(๑•̀ㅂ•́)و✧2024-06-16 9:58

macOS支持、完善逻辑

目前的代码可以在Linux上完美运行编译，在Windows上也可以通过WSL编译运行源代码，但是在MacBook上却无法运行编译，这主要是由于macOS上没有epoll，取而代之的很相似的kqueue。由于操作系统不同，我们需要的是在面向操作系统即从用户态向内核态转变时进行修改。目前我们面向这一过程的仅有Epoll，所以在面向不同操作系统的过程中仅需要关心这部分。

为了完善逻辑处理机制，即将不同事件类型进行不同的注册，事件注册在Channel中完成，因为之前是在Channel对不同事件的回调函数进行设置的。

1、错误检测机制

2、Macros（宏定义，去除类移动和复制）

3、Socket（创建地址和socket）

4、Epoll->Poller（事件注册分发从以及红黑树上删除）

声明部分就可以很直观地看出来，两者同属一系，仅仅是多了一部分适用于macOS的定义。

cpp 复制代码 
//Epoll
#include "Macros.h"
#include <vector>
#ifdef OS_LINUX
#include <sys/epoll.h>
#endif
class Channel;
class Epoll {
 public:
  Epoll();
  ~Epoll();
  DISALLOW_COPY_AND_MOVE(Epoll);
  void UpdateChannel(Channel *ch);
  void DeleteChannel(Channel *ch);
  std::vector<Channel *> Poll(int timeout = -1);
 private:
  int epfd_{1};
  struct epoll_event *events_{nullptr};
};
//Poller
#include "Macros.h"
#ifdef OS_LINUX
#include <sys/epoll.h>
#endif
#ifdef OS_MACOS
#include <sys/event.h>
#endif
class Channel;
class Poller {
 public:
  Poller();
  ~Poller();
  DISALLOW_COPY_AND_MOVE(Poller);
  void UpdateChannel(Channel *ch);
  void DeleteChannel(Channel *ch);
  std::vector<Channel *> Poll(int timeout = -1);
 private:
  int fd_{1};
#ifdef OS_LINUX
  struct epoll_event *events_{nullptr};
#endif
#ifdef OS_MACOS
  struct kevent *events_{nullptr};
#endif
};

为了完善逻辑，能够为不同事件类型注册不同的事件处理方式，这里采用标志位的方案进行设置，由于多了一种系统所以代码量会多出一倍，这是因为需要对在macOS系统下也进行定义。

在poll中对就绪事件进行分发，利用Channel能够在使用fd的同时获得事件的处理方式。

cpp 复制代码 
std::vector<Channel *> Poller::Poll(int timeout) {
  std::vector<Channel *> active_channels;
  int nfds = epoll_wait(fd_, events_, MAX_EVENTS, timeout);
  ErrorIf(nfds == -1, "epoll wait error");
  for (int i = 0; i < nfds; ++i) {
    Channel *ch = (Channel *)events_[i].data.ptr;
    int events = events_[i].events;
    if (events & EPOLLIN) {
      ch->SetReadyEvents(Channel::READ_EVENT);
    }
    if (events & EPOLLOUT) {
      ch->SetReadyEvents(Channel::WRITE_EVENT);
    }
    if (events & EPOLLET) {
      ch->SetReadyEvents(Channel::ET);
    }
    active_channels.push_back(ch);
  }
  return active_channels;
}

之后是对Channel中的监听事件类型标志位进行设置，如果事件标志位判断为真则将该事件设置成对应标志，注意是对红黑树树上的通道进行设置，不在树上都需要放到树上。

注意就绪事件和监听事件之间的关系，

注册监听：程序首先通过 listen_events_ 向内核注册自己感兴趣的事件。

内核监控：内核不断监控这些事件，并在事件发生时通知程序。

事件就绪：当内核检测到某些事件发生时，会将这些事件标记为就绪，并通过 I/O 多路复用机制返回给应用程序。

处理事件：程序读取 ready_events_，了解具体哪些事件已发生，然后进行相应的处理。

cpp 复制代码 
void Poller::UpdateChannel(Channel *ch) {
  int sockfd = ch->GetSocket()->GetFd();
  struct epoll_event ev {};
  ev.data.ptr = ch;
  if (ch->GetListenEvents() & Channel::READ_EVENT) {
    ev.events |= EPOLLIN | EPOLLPRI;
  }
  if (ch->GetListenEvents() & Channel::WRITE_EVENT) {
    ev.events |= EPOLLOUT;
  }
  if (ch->GetListenEvents() & Channel::ET) {
    ev.events |= EPOLLET;
  }
  if (!ch->GetExist()) {
    ErrorIf(epoll_ctl(fd_, EPOLL_CTL_ADD, sockfd, &ev) == -1, "epoll add error");
    ch->SetExist();
  } else {
    ErrorIf(epoll_ctl(fd_, EPOLL_CTL_MOD, sockfd, &ev) == -1, "epoll modify error");
  }
}

在macOS系统上的差别不大，主要是函数的使用不同，需要注意一下。

cpp 复制代码 
#ifdef OS_MACOS

Poller::Poller() {
  fd_ = kqueue();
  ErrorIf(fd_ == -1, "kqueue create error");
  events_ = new struct kevent[MAX_EVENTS];
  memset(events_, 0, sizeof(*events_) * MAX_EVENTS);
}

Poller::~Poller() {
  if (fd_ != -1) {
    close(fd_);
  }
}

std::vector<Channel *> Poller::Poll(int timeout) {
  std::vector<Channel *> active_channels;
  struct timespec ts;
  memset(&ts, 0, sizeof(ts));
  if (timeout != -1) {
    ts.tv_sec = timeout / 1000;
    ts.tv_nsec = (timeout % 1000) * 1000 * 1000;
  }
  int nfds = 0;
  if (timeout == -1) {
    nfds = kevent(fd_, NULL, 0, events_, MAX_EVENTS, NULL);
  } else {
    nfds = kevent(fd_, NULL, 0, events_, MAX_EVENTS, &ts);
  }
  for (int i = 0; i < nfds; ++i) {
    Channel *ch = (Channel *)events_[i].udata;
    int events = events_[i].filter;
    if (events == EVFILT_READ) {
      ch->SetReadyEvents(ch->READ_EVENT | ch->ET);
    }
    if (events == EVFILT_WRITE) {
      ch->SetReadyEvents(ch->WRITE_EVENT | ch->ET);
    }
    active_channels.push_back(ch);
  }
  return active_channels;
}

void Poller::UpdateChannel(Channel *ch) {
  struct kevent ev[2];
  memset(ev, 0, sizeof(*ev) * 2);
  int n = 0;
  int fd = ch->GetSocket()->GetFd();
  int op = EV_ADD;
  if (ch->GetListenEvents() & ch->ET) {
    op |= EV_CLEAR;
  }
  if (ch->GetListenEvents() & ch->READ_EVENT) {
    EV_SET(&ev[n++], fd, EVFILT_READ, op, 0, 0, ch);
  }
  if (ch->GetListenEvents() & ch->WRITE_EVENT) {
    EV_SET(&ev[n++], fd, EVFILT_WRITE, op, 0, 0, ch);
  }
  int r = kevent(fd_, ev, n, NULL, 0, NULL);
  ErrorIf(r == -1, "kqueue add event error");
}

void Poller::DeleteChannel(Channel *ch) {
  struct kevent ev[2];
  int n = 0;
  int fd = ch->GetSocket()->GetFd();
  if (ch->GetListenEvents() & ch->READ_EVENT) {
    EV_SET(&ev[n++], fd, EVFILT_READ, EV_DELETE, 0, 0, ch);
  }
  if (ch->GetListenEvents() & ch->WRITE_EVENT) {
    EV_SET(&ev[n++], fd, EVFILT_WRITE, EV_DELETE, 0, 0, ch);
  }
  int r = kevent(fd_, ev, n, NULL, 0, NULL);
  ErrorIf(r == -1, "kqueue delete event error");
}
#endif

5、Channel（根据fd设置对应回调函数并调用，包括了事件标志位）

今天Channel将正式开始处理不同类型的事件，通过上面Poller的事件类型的设置将通过判断进行不同的工作，调用不同的函数。

声明部分多出了EnableWrite、SetWriteCallback方法，正式将写回调函数用上了。

cpp 复制代码 
class Socket;
class EventLoop;
class Channel {
 public:
  Channel(EventLoop *loop, Socket *socket);
  ~Channel();

  DISALLOW_COPY_AND_MOVE(Channel);

  void HandleEvent();
  void EnableRead();
  void EnableWrite();

  Socket *GetSocket();
  int GetListenEvents();
  int GetReadyEvents();
  bool GetExist();
  void SetExist(bool in = true);
  void UseET();

  void SetReadyEvents(int ev);
  void SetReadCallback(std::function<void()> const &callback);
  void SetWriteCallback(std::function<void()> const &callback);

  static const int READ_EVENT;   // NOLINT
  static const int WRITE_EVENT;  // NOLINT
  static const int ET;           // NOLINT

 private:
  EventLoop *loop_;
  Socket *socket_;
  int listen_events_{0};
  int ready_events_{0};
  bool exist_{false};
  std::function<void()> read_callback_;
  std::function<void()> write_callback_;
};

在实现中，从析构函数就发生了变化，现在由EventLoop进行事件的回收工作，而不是像之前一样将fd置为-1；

cpp 复制代码 
const int Channel::READ_EVENT = 1;
const int Channel::WRITE_EVENT = 2;
const int Channel::ET = 4;
Channel::Channel(EventLoop *loop, Socket *socket) : loop_(loop), socket_(socket) {}

Channel::~Channel() { loop_->DeleteChannel(this); }

在调用回调函数的方法上没发生什么变化，只不过有了标志位不再需要之前更靠近底层的判断方式。

cpp 复制代码 
void Channel::HandleEvent() {
  if (ready_events_ & READ_EVENT) {
    read_callback_();
  }
  if (ready_events_ & WRITE_EVENT) {
    write_callback_();
  }
}

根据事件的标志位将树上的通道中的处理方式进行更新。

cpp 复制代码 
void Channel::EnableRead() {
  listen_events_ |= READ_EVENT;
  loop_->UpdateChannel(this);
}

void Channel::EnableWrite() {
  listen_events_ |= WRITE_EVENT;
  loop_->UpdateChannel(this);
}

void Channel::UseET() {
  listen_events_ |= ET;
  loop_->UpdateChannel(this);
}

获取设置一些基础信息，包括将就绪事件的标志位设置为对应处理方式。

cpp 复制代码 
Socket *Channel::GetSocket() { return socket_; }

int Channel::GetListenEvents() { return listen_events_; }
int Channel::GetReadyEvents() { return ready_events_; }

bool Channel::GetExist() { return exist_; }

void Channel::SetExist(bool in) { exist_ = in; }

void Channel::SetReadyEvents(int ev) {
  if (ev & READ_EVENT) {
    ready_events_ |= READ_EVENT;
  }
  if (ev & WRITE_EVENT) {
    ready_events_ |= WRITE_EVENT;
  }
  if (ev & ET) {
    ready_events_ |= ET;
  }
}

void Channel::SetReadCallback(std::function<void()> const &callback) { read_callback_ = callback; }
void Channel::SetWriteCallback(std::function<void()> const &callback) { write_callback_ = callback; }

6、EventLoop（对树上的通道进行轮询）

在事件处理的类中多了对通道回收的操作并多了一个Quit方法。

cpp 复制代码 
#include "Macros.h"
#include <functional>

class Poller;
class Channel;
class EventLoop {
 public:
  EventLoop();
  ~EventLoop();
  DISALLOW_COPY_AND_MOVE(EventLoop);
  void Loop();
  void UpdateChannel(Channel *ch);
  void DeleteChannel(Channel *ch);
  void Quit();
 private:
  Poller *poller_{nullptr};
  bool quit_{false};
};

quit_标志位作用不清楚，而DeleteChannel是调用poller中的deleteChannel方法完成的，这是因为由于不同系统中poller的对于并发Epoll库方法不同。

7、Acceptor（创建连接）

8、Connection（连接上发生的事件）

声明中State枚举类型中将Handshaking转变为了Connecting（从握手变成连接中...）,多了Send、SetOnMessageCallback、Business、OnMessage以及on_message_callback_回调函数。

cpp 复制代码 
class EventLoop;
class Socket;
class Channel;
class Buffer;
class Connection {
 public:
  enum State {
    Invalid = 1,
    Connecting,
    Connected,
    Closed,
    Failed,
  };
  Connection(EventLoop *loop, Socket *sock);
  ~Connection();
  DISALLOW_COPY_AND_MOVE(Connection);

  void Read();
  void Write();
  void Send(std::string msg);

  void SetDeleteConnectionCallback(std::function<void(Socket *)> const &callback);
  void SetOnConnectCallback(std::function<void(Connection *)> const &callback);
  void SetOnMessageCallback(std::function<void(Connection *)> const &callback);
  void Business();

  State GetState();
  void Close();
  void SetSendBuffer(const char *str);
  Buffer *GetReadBuffer();
  const char *ReadBuffer();
  Buffer *GetSendBuffer();
  const char *SendBuffer();
  void GetlineSendBuffer();
  Socket *GetSocket();

  void OnConnect(std::function<void()> fn);
  void OnMessage(std::function<void()> fn);

 private:
  EventLoop *loop_;
  Socket *sock_;
  Channel *channel_{nullptr};
  State state_{State::Invalid};
  Buffer *read_buffer_{nullptr};
  Buffer *send_buffer_{nullptr};
  std::function<void(Socket *)> delete_connectioin_callback_;

  std::function<void(Connection *)> on_connect_callback_;
  std::function<void(Connection *)> on_message_callback_;

  void ReadNonBlocking();
  void WriteNonBlocking();
  void ReadBlocking();
  void WriteBlocking();
};

从实现上看看发生了那些改变，注意在ReadNonBlocking中开始在连接断开的情况下内部调用Close而在昨天的项目中是在测试程序中进行的调用。

在这多出来的实现中，为外部设置了写数据的接口，封装更为简单的对外接口。SetOnMessageCallback设置on_message_callback_ 并进行回显调用

cpp 复制代码 
void Connection::Send(std::string msg){
    SetSendBuffer(msg.c_str());
    Write();
}

void Connection::Business(){
  Read();
  on_message_callback_(this);
}

void Connection::SetOnMessageCallback(std::function<void(Connection *)> const &callback) {
  on_message_callback_ = callback;
  std::function<void()> bus = std::bind(&Connection::Business, this);
  channel_->SetReadCallback(bus);
}

9、Buffer（缓冲区，用以存放双工过程中发送的数据）

10、ThreadPool（线程池，用以管理复用线程）

11、服务器类

从声明来看是将回显、新建连接进行了封装

cpp 复制代码 
class EventLoop;
class Socket;
class Acceptor;
class Connection;
class ThreadPool;
class Server {
 private:
  EventLoop *main_reactor_;
  Acceptor *acceptor_;
  std::map<int, Connection *> connections_;
  std::vector<EventLoop *> sub_reactors_;
  ThreadPool *thread_pool_;
  std::function<void(Connection *)> on_connect_callback_;
  std::function<void(Connection *)> on_message_callback_;
  std::function<void(Connection *)> new_connect_callback_;

 public:
  explicit Server(EventLoop *loop);
  ~Server();

  DISALLOW_COPY_AND_MOVE(Server);

  void NewConnection(Socket *sock);
  void DeleteConnection(Socket *sock);
  void OnConnect(std::function<void(Connection *)> fn);
  void OnMessage(std::function<void(Connection *)> fn);
  void NewConnect(std::function<void(Connection *)> fn);
};
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