c++项目 网络聊天服务器 实现;QPS测试

源码 https://github.com/DBWGLX/SZU_system_programming

文章目录

技术设计

编码

JSON的替换

JSON 不提供强类型,必须手动检查字段类型。而Protobuf 反序列化时,会自动检查字段类型。

JSON编程时,每个 k 的设置解析都得检查。

json_t *response = json_object(); 对象创建,最后还要释放。

Protobuf

已结合 K-L-V

官方编码文档学习 https://blog.csdn.net/JK01WYX/article/details/146919585?spm=1001.2014.3001.5501

网络

线程池更高效率

网络字节序的考虑

htol

send可能无法一次性发送全部数据!

EPOLLHUP , EPOLLERR 的正确处理

直接看 events 部分:https://blog.csdn.net/JK01WYX/article/details/132699613

IO

数据库操作的更高性能

数据库查询需要时间,可以不去等其操作完

开发日志

2025.3

项目搭好,跑了下,感觉一点问题没有。

a.粘包问题

压测下,注册5W个用户: !json解析错误,粘包了!json是一起解析的,毕竟找 {} 即可。

和同学交流后得知,json报文不是很好的选择,启动protobuf

2025.4

protobuf + KLV 启动

b.多个线程同时读取同一个文件描述符问题

任务队列recv 出问题

接着注册5w个用户

我用一个客户端发起5w份注册请求 ------ 只注册了前5个

epoll 收到 IO 只放到任务队列,那同一个socket文件描述符就可能被多个线程同时读取,这是错误的

可以分离 接收数据 和 数据处理,后期接收数据用协程和高性能的io_uring

第一次批量注册成功1W用户

通过减慢发送速度,提升缓冲区 net.core.rmem_max,维护 recv接收完整 (服务器这边是一个线程再处理)

用时 2m40s (第一个创建时间和最后一个创建时间之差)


用的默认 net rmem 缓冲区大小

shell 复制代码
wyx@ubuntu:~/work/SZU_system_programming/ChatServer$ sysctl net.core.rmem_max
net.core.rmem_max = 212992
wyx@ubuntu:~/work/SZU_system_programming/ChatServer$ sysctl net.core.rmem_default
net.core.rmem_default = 212992

不限制发送方发送速度,程序正常运行

2m18s

提升 net.core.rmem_max 为 16MB,速度提升至 52s

复制代码
sudo sysctl -w net.core.rmem_max=16777216
sudo sysctl -w net.core.rmem_default=8388608
500qps

现在分出4个客户端,并行请求:(此时服务器4个线程并行处理)

18s => 1e4 / 18 = 555 queries per second!

(插入时分配主键,根据主键id排序的)

c.数据库连接池没必要问题
700qps

数据库连接池的思想是不用频繁创建释放数据库连接。然而多线程从连接池中取连接,也会出现竞态条件

我这里4核4任务线程,不算多,可以给每个线程分配一个连接

14s => 1w注册请求 : 1e4 ➗ 14 = 714 qps !

(top)运行时占用:

客户端发送第一个前的时间:

服务器同一时刻收到注册请求:

d. 高并发均匀处理问题 [ EPOLLONESHOT ]

在 epoll 的边缘触发(Edge Triggered,ET)模式下结合 EPOLLONESHOT 使用时,一个 socket 文件描述符在加入 epoll 实例前收到消息,加入后仍可以收到这次 IO 事件

连接一直连接断开前,recv可以一直阻塞,导致任务线程阻塞,服务器没法处理其他请求了。

所以应设置超时,或者就按任务队列顺序处理。

但是!按照任务队列顺序处理,之前补丁加的set 有漏洞,可能会忽视一些边缘驱动, 应使用 EPOLLONESHOT

19s => 1e4 / 19 = 526 qps

接着就可以写 io_uring 啦!

1万个套接字分别发送测试

用时 18s :555qps

证明该服务器处理大量连接请求基本没有问题~

细节:

正是不同的连接,尽管客户端是按顺序发送,服务器处理顺序却有所不同:

测试客户端是 for循环创建1w个套接字,然后 for循环发送 1w个注册请求的。

创建套接字用时4s:

不过 connect 并不是同时到达,服务器这边是先接收了6000+后,就开始接收注册请求了:

开始处理:

最后到达的连接:

这说明了 阻塞 connect() ≠ 等服务器处理完

这和 网络协议栈 + 内核调度 + 服务端处理模型 有关。内核在连接,而服务器层只是处理~

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