异步I/O库-libuv介绍

news2024/12/26 12:06:18

1.简介

libuv是一个跨平台的支持事件驱动的异步I/O的库，使开发者可以以非阻塞的方式执行文件I/O操作、网络通信、子进程管理等。

libuv的主要特点包括：

  • 事件循环：libuv有一个基于事件循环的模型，它不断地轮询事件，并在事件发生时调用相应的回调函数。
  • 异步I/O：libuv提供了异步文件I/O和网络I/O的接口，使得开发者可以执行I/O操作而不阻塞主线程。
  • 线程池：libuv使用线程池来处理一些不能以非阻塞方式执行的I/O操作，如文件系统操作在某些操作系统上。
  • DNS解析：libuv提供了异步DNS解析的接口。
  • 高分辨率时钟：libuv提供了高精度的时间测量接口。

libuv的使用通常涉及以下几个步骤：

  • 初始化：使用uv_loop_init初始化事件循环。
  • 创建句柄：根据需要创建相应的句柄，如TCP句柄、UDP句柄等。
  • 启动事件循环：使用uv_run启动事件循环。
  • 关闭句柄：在不再需要句柄时，使用uv_close关闭句柄。
  • 清理资源：在程序结束时，使用uv_loop_close清理事件循环。

2.常用接口介绍

uv_loop_t - 事件循环

  • uv_loop_init(uv_loop_t*)：初始化一个事件循环。
  • uv_run(uv_loop_t*,uv_run_mode)：开始运行事件循环。uv_run_mode 可以是 UV_RUN_DEFAULT、UV_RUN_ONCE 或UV_RUN_NOWAIT。
  • uv_loop_close(uv_loop_t*)：关闭事件循环并释放相关资源。

uv_handle_t - 句柄基类

  • uv_handle_size(uv_handle_type)：返回特定类型句柄的大小。
  • uv_close(uv_handle_t*, uv_close_cb)：关闭一个句柄并释放资源。当句柄关闭完成后，会调用
    uv_close_cb 回调函数。

uv_tcp_t - TCP 句柄

  • uv_tcp_init(uv_loop_t*, uv_tcp_t*)：初始化一个 TCP 句柄。
  • uv_tcp_bind(uv_tcp_t*, const struct sockaddr*, unsigned int)：将 TCP句柄绑定到指定的地址和端口。
  • uv_tcp_connect(uv_connect_t*, uv_tcp_t*, const struct sockaddr*, uv_connect_cb)：异步连接到服务器。连接成功或失败时会调用 uv_connect_cb 回调函数。

uv_udp_t - UDP 句柄

  • uv_udp_init(uv_loop_t*, uv_udp_t*)：初始化一个 UDP 句柄。
  • uv_udp_bind(uv_udp_t*, const struct sockaddr*, unsigned int)：将 UDP句柄绑定到指定的地址端口。
  • uv_udp_recv_start(uv_udp_t*, uv_alloc_cb,uv_udp_recv_cb)：开始接收 UDP 数据。uv_alloc_cb 用于分配接收缓冲区，uv_udp_recv_cb用于处理接收到的数据。

uv_timer_t - 定时器

  • uv_timer_init(uv_loop_t*, uv_timer_t*)：初始化一个定时器。
  • uv_timer_start(uv_timer_t*, uv_timer_cb, uint64_t,uint64_t)：启动定时器。uv_timer_cb 是定时器超时时的回调函数，uint64_t 参数指定第一次超时时间和重复间隔。
  • uv_timer_stop(uv_timer_t*)：停止定时器。

uv_work_t - 工作线程

  • uv_queue_work(uv_loop_t*, uv_work_t*, uv_work_cb,
    uv_after_work_cb)：将工作推送到 libuv 的线程池中执行。uv_work_cb
    是在线程池中执行的工作函数，uv_after_work_cb 是工作完成后在事件循环线程中调用的回调函数。

uv_process_t - 进程

  • uv_spawn(uv_loop_t*, uv_process_t*, constuv_process_options_t*)：创建一个新进程。
  • uv_process_kill(uv_process_t*, int)：发送信号到进程。

uv_fs_t - 文件系统操作

  • uv_fs_open(uv_loop_t*, uv_fs_t*, const char*, int, int,uv_fs_cb)：异步打开文件。
  • uv_fs_read(uv_loop_t*, uv_fs_t*, uv_file, const uv_buf_t*, unsigned int, int64_t, uv_fs_cb)：异步读取文件。
  • uv_fs_write(uv_loop_t*, uv_fs_t*, uv_file, const uv_buf_t*, unsigned int, int64_t, uv_fs_cb)：异步写入文件。

3.环境搭建

下载地址：https://github.com/libuv/libuv
下载完成，进行解压，然后使用cmake编译。
configure->Generate->Open Project
在这里插入图片描述
生成库如下图所示：
在这里插入图片描述
拷贝头文件和lib、dll目录到demo程序，然后配置visual sudio环境。具体步骤请看前面文章配置。

4.示例

TCP服务端：

#include <iostream>
#include <string>
extern "C"
{
#include "uv.h"
}


void on_alloc(uv_handle_t* handle, size_t suggested_size, uv_buf_t* buf) {
	buf->base = (char*)malloc(suggested_size);
	buf->len = suggested_size;
}

void on_read(uv_stream_t* client, ssize_t nread, const uv_buf_t* buf) {
	if (nread < 0) {
		// 如果读取错误或连接已关闭，释放内存并关闭客户端
		uv_close((uv_handle_t*)client, NULL);
		free(buf->base);
		return;
	}

	std::string message = "Hello, World!\n";
	uv_write_t* req = (uv_write_t*)malloc(sizeof(uv_write_t));
	uv_buf_t wrbuf = uv_buf_init((char*)message.c_str(), message.length());
	uv_write(req, client, &wrbuf, 1, [](uv_write_t* req, int status) {
		free(req);
		if (status < 0) {
			std::cerr << "Write error: " << uv_strerror(status) << std::endl;
		}
	});

	// 释放内存
	free(buf->base);
}

void on_new_connection(uv_stream_t* server, int status) {
	if (status < 0) {
		std::cerr << "New connection error: " << uv_strerror(status) << std::endl;
		return;
	}

	uv_tcp_t* client = (uv_tcp_t*)malloc(sizeof(uv_tcp_t));
	uv_tcp_init(uv_default_loop(), client);
	if (uv_accept(server, (uv_stream_t*)client) == 0) {
		uv_read_start((uv_stream_t*)client, on_alloc, on_read);
	}
	else {
		uv_close((uv_handle_t*)client, NULL);
	}
}

int main() 
{
	uv_tcp_t server;
	uv_tcp_init(uv_default_loop(), &server);

	struct sockaddr_in addr;
	uv_ip4_addr("0.0.0.0", 8080, &addr);

	uv_tcp_bind(&server, (const struct sockaddr*)&addr, 0);
	int r = uv_listen((uv_stream_t*)&server, 128, on_new_connection);
	if (r) {
		std::cerr << "Listen error: " << uv_strerror(r) << std::endl;
		return 1;
	}

	std::cout << "Listening on port 8080..." << std::endl;
	uv_run(uv_default_loop(), UV_RUN_DEFAULT);

	return 0;
}

TCP客户端：

void on_connect(uv_connect_t* req, int status) {
	if (status < 0) {
		std::cerr << "Connect error: " << uv_strerror(status) << std::endl;
		return;
	}

	// 连接成功，发送数据
	uv_stream_t* stream = req->handle;
	std::string message = "Hello, Server!\n";
	uv_write_t* write_req = (uv_write_t*)malloc(sizeof(uv_write_t));
	uv_buf_t buf = uv_buf_init((char*)message.c_str(), message.length());
	uv_write(write_req, stream, &buf, 1, [](uv_write_t* req, int status) {
		free(req);
		if (status < 0) {
			std::cerr << "Write error: " << uv_strerror(status) << std::endl;
		}
	});
}

void on_read(uv_stream_t* client, ssize_t nread, const uv_buf_t* buf) {
	if (nread < 0) {
		// 如果读取错误或连接已关闭，释放内存并关闭客户端
		uv_close((uv_handle_t*)client, NULL);
		free(buf->base);
		return;
	}

	// 打印接收到的数据
	std::cout.write(buf->base, nread);

	// 释放内存
	free(buf->base);
}

int main() {
	uv_tcp_t* socket = (uv_tcp_t*)malloc(sizeof(uv_tcp_t));
	uv_tcp_init(uv_default_loop(), socket);

	struct sockaddr_in dest;
	uv_ip4_addr("127.0.0.1", 8080, &dest);

	uv_connect_t* connect_req = (uv_connect_t*)malloc(sizeof(uv_connect_t));
	uv_tcp_connect(connect_req, socket, (const struct sockaddr*)&dest, on_connect);

	// 开始读取数据
	uv_read_start((uv_stream_t*)socket, [](uv_handle_t* handle, size_t suggested_size, uv_buf_t* buf) {
		buf->base = (char*)malloc(suggested_size);
		buf->len = suggested_size;
	}, on_read);

	std::cout << "Connecting to server..." << std::endl;
	uv_run(uv_default_loop(), UV_RUN_DEFAULT);

	// 清理资源
	free(socket);
	free(connect_req);

	return 0;
}

5.更多参考

libVLC 专栏介绍-CSDN博客

Qt+FFmpeg+opengl从零制作视频播放器-1.项目介绍_qt opengl视频播放器-CSDN博客

QCharts -1.概述-CSDN博客

网络库-libevent介绍

网络库-libcurl介绍

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