Muduo网络库实现 [九] - EventLoopThread模块

设计思路

我们说过一个EventLoop要绑定一个线程，**未来该EventLoop所管理的所有的连接的操作都需要在这个EventLoop绑定的线程中进行，**所以我们该如何实现将EventLoop和线程绑定呢？

按照我们前面实现的EventLoop的逻辑，构造函数的时候，_thread_id(std::this_thread::get_id()) 也就是EventLoop构造时就直接绑定了当前线程了，**那么我们就需要先创建线程，然后在线程的入口函数中来创建一个EventLoop对象，这样我们的EventLoop对象就和一个线程绑定了，**创建完之后它可以将这个EventLoop的指针返回给TcpServer用来分配给新连接进行关联。

那么我们可不可以先创建一批EventLoop对象再来绑定线程呢？

从技术的角度来说当然可以，我们只需要设置一个接口用来设置EventLoop的_thread_id就行了，但是这样做会存在一个问题： 当我们创建一批EventLoop的时候，再创建一批线程来进行绑定之前，是有一个时间窗口 的，在这个时间窗口中，如果有新连接到来，且有新事件到来，那么就会出现问题。

就好比一家繁忙的餐厅，你是经理需要分配服务员（线程）负责特定的餐桌区域（EventLoop）。**正确的做法是：先雇佣服务员，培训他们，然后才开门营业接待客人。**但如果你决定先开门营业，让餐桌区域准备好接待客人，然后才开始招聘和分配服务员，就会出现危险的时间窗口：

客人已经入座点餐（连接已建立），甚至食物已经准备好（事件已到来），但没有服务员知道这些餐桌是他们负责的！结果就是客人坐在那里等待，没人来服务他们，食物在厨房里变冷，而餐厅陷入混乱。

也就是我们的_thread_id还没有切换到我们想要的线程id上，还在创建EventLoop的线程中，那么这时候操作就是由这个创建EventLoop的线程执行了，而后续切换线程之后，又会由新的线程来执行操作，那么就会出现一个连接的所有操作并不在一个线程中全部完成，可能会出现在多个线程中执行的情况，

再想象这样一个场景：餐厅开始营业，最初由经理（创建EventLoop的线程）临时担任服务员的角色，开始接待客人和处理订单。然后在客人就餐过程中，经理突然告诉新来的服务员："从现在开始，这些桌子由你负责了"，然后经理离开去做其他工作。

这会导致严重的混乱：

服务员不知道这些客人已经点了什么菜

不清楚客人的特殊要求或过敏信息

不了解客人的用餐进度

甚至可能重复上菜或忘记上某些菜品

客人的体验会非常糟糕，因为他们的服务被分割在两个不同的服务人员之间，没有连贯性和一致性。

这是我们不想看到的，我们要确保一个连接的所有操作都在一个线程中执行，所以我们不能采取这种方案。

那么我们的方案：就只能是先创建线程再创建EventLop对象，后续会通过特定的方式返回这个EventLoop的指针交给TcpServer进行分配。

为了方便操作，我们可以设置一个新的模块，也就是EventLoopThread模块，专门用于创建一个线程并创建绑定一个EventLoop。

它内部有两个成员，一个就是我们的线程对象，另一个就是我们的EventLoop的指针。

所以我们要设置线程入口函数，然后在线程入口函数中创建一个EventLoop对象，创建完之后执行EventLoop的Start来完成事件的循环。

**但是这时候就会有一个问题，****因为线程的创建到创建好一个EventLoop对象并设置指针变量是有一个时间窗口的，**同时，在设置我们的指针成员的同时，有可能由其他的线程需要获取这个指针，那么就会出现读写并发的情况，或者说这个指针变量会有线程安全问题。

我们还拿餐厅的例子进行加以理解

想象餐厅正在准备开业，**经理在招聘并培训新的服务员。**每个服务员需要熟悉自己的工作区域、学习餐厅系统并拿到自己的工作牌（相当于创建EventLoop并设置线程ID的过程）。

这时候，另一位经理（其他线程）已经开始在前台接待客人，并试图将客人分配给"正在培训中"的服务员。但问题是，这些服务员可能还没有完成培训，没有拿到工作牌，甚至可能还没有被正式雇佣！

那么我们需要保护这个指针指针变量的互斥与同步访问，需要使用一个互斥锁和一个条件变量来保证指针的安全。

在餐厅中，解决方案也是使用一个协调板和一个明确的流程：

招聘和培训完全结束后，才将服务员的信息放到协调板上
前台经理只查看协调板上已确认可用的服务员
使用一个信号系统（如专门的管理员）确保协调板的更新和查看不会同时发生

类的设计

综上我们知道了EventLoop的流程

首先，EventLoopThread对象被创建（可能在主线程或其他线程中）
当调用EventLoopThread的构造方法时，它会创建一个新的线程
这个新线程开始执行StartRoutine()函数
在StartRoutine()函数内部，线程创建一个新的EventLoop对象
线程将这个EventLoop对象的指针安全地赋值给共享变量_loop
通知等待的线程EventLoop已经创建完成
开始运行EventLoop的事件循环

那么EventLoopThread类的成员如下：

cpp 复制代码

class EventLoopThread
{
private:
    EventLoop* _loop;
    std::thread _thread;
    std::mutex _mutex;      //保护_loop安全
    std::condition_variable _cond;  //实现同步
private:
//线程的入口函数
    void StartRoutine();
public: 
    EventLoopThread(){}

    //提供一个接口用于获取内部的EventLoop
    //意味着这个_loop会被多个线程竞争，那么需要锁和条件变量来实现同步互斥
    //因为未来线程刚创建的时候，在还没有创建好EventLoop对象的时候，这时候就可能会被主线程或者其他线程来获取Loop了，那么这时候是线程不安全的，所以需要加锁保护
    //同时，为了防止线程中的EventLoop对象还没创建就有线程来获取，我们需要再使用一个条件变量。 申请到锁之后，如果条件不满足，线程还需要在条件变量下等待，直到条件满足再来竞争锁并获取锁
    EventLoop* GetEventLoop();
};

模块的实现

入口函数很简单，无非就是加锁创建完EventLoop对象之后，唤醒在条件变量下等待的线程，然后就开始执行EventLoop的Start循环逻辑。

私有接口

cpp 复制代码

    //线程的入口函数
    void StartRoutine()
    {
        //加锁创建对象
        EventLoop* loop = new EventLoop();
        {
            std::unique_lock<std::mutex> lock(_mutex);
            _loop = loop;
        }
        //唤醒条件变量下的线程
        _cond.notify_all();
        //启动EventLoop循环
        loop -> Start();
    }

公有接口

然后就是构造函数，无非就是初始化_loop和设置thread的入口函数

cpp 复制代码

    EventLoopThread()
    :_loop(nullptr)
    ,_thread(std::bind(&EventLoopThread::StartRoutine, this)) // 创建一个新线程，并指定StartRoutine作为线程的入口函数
    {}

剩下的就是一个获取EventLoop的接口了，其实无非就是加锁和条件变量下等待这两个步骤：

cpp 复制代码

    EventLoop* GetEventLoop()
    {
        EventLoop* ret = nullptr;
        {
            std::unique_lock<std::mutex> lock(_mutex); //加锁
            _cond.wait(lock,[&](){return _loop!=nullptr;}); //判断函数返回值为真
            //走到这里说明被唤醒了
            ret = _loop;
        }
        return ret;
    }