【C++boost::asio网络编程】有关异步读写api的笔记

news2024/12/5 9:47:57

异步读写api

  • 异步写操作
    • async_write_some
    • async_send
  • 异步读操作
    • async_read_some
    • async_receive

  定义一个Session类，主要是为了服务端专门为客户端服务创建的管理类

class Session {
public:
    Session(std::shared_ptr<asio::ip::tcp::socket> socket);
    void Connect(const asio::ip::tcp::endpoint& ep);
private:
    std::shared_ptr<asio::ip::tcp::socket> _socket;
};

异步写操作

  在介绍异步写之前，需要先封装一个Node结构，用来管理发送的数据

class MsgNode
{
	friend class Session;
public:
	MsgNode(const char* msg, int total_len)
		:_total_len(total_len)
		,_cur_len(0)
	{
		_msg = new char[total_len];
		memcpy(_msg, msg, total_len);
	}
	MsgNode(int total_len)
		:_total_len(total_len)
		,_cur_len(0)
	{
		_msg = new char[_total_len];
	}
	~MsgNode()
	{
		delete[] _msg;
	}
private:
	char* _msg;
	int _total_len;
	int _cur_len;
};

  其中，_msg表示要发送的数据，_cur_len表示已经发送的长度，而_total_len表示数据的总长度

async_write_some

在这里插入图片描述
  通过源码可以看出，async_write_some需要两个参数。第一个参数是buffer结构的数据，用来放需要发送的数据；第二个参数是一个回调函数，这个回调函数又有两个参数，一个是用来存放错误码的对象，另一个是无符号整数(这个无符号整数代表的就是当前具体发送数据的大小)
  当调用完async_write_some之后(即一次异步写操作结束之后)，系统会调用这个回调函数。

void Session::WriteCallBackErr(const boost::system::error_code& ec, std::size_t bytes_transferred, std::shared_ptr<MsgNode> node)
{
	if (node->_cur_len + bytes_transferred <= node->_total_len)
	{
		node->_cur_len += bytes_transferred;
		this->_socket->async_write_some(boost::asio::buffer(node->_msg + node->_cur_len, node->_total_len - node->_cur_len),
			std::bind(&Session::WriteCallBackErr, this, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2, _send_node));
	}
}

void Session::WriteToSocketErr(const std::string& buf)
{
	_send_node = std::make_shared<MsgNode>(buf.c_str(), buf.size());
	_socket->async_write_some(boost::asio::buffer(buf.c_str(), buf.size()),
		std::bind(&Session::WriteCallBackErr, this, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2, _send_node));
}

  在以上代码中，先在WriteToSocketErr函数中创建一个消息结点，然后调用async_write_some将数据发送出去。当一次写操作结束之后。系统会将错误码和已写入数据的长度作为参数给回调函数。

if (node->_cur_len + bytes_transferred <= node->_total_len)

  在回调函数中判断是否已经将数据全部发送出去了，如果没有，则更新_cur_len,然后继续执行异步发送操作
  但是，以上代码逻辑中存在一个漏洞。在异步执行的逻辑中，代码调用的顺序是不确定的。
  举个例子，当需要连续两次发送hello world

//连续两次调用
WriteToSocketErr("HelloWorld");
WriteToSocketErr("HelloWorld");

  可能会发生第一次进行写入的时候只写入了Hello,这时按照逻辑需要执行回调函数，当在回调函数中发现数据并没有发送完全，于是再次调用async_write_some想继续写入World，但此时第二次调用WriteToSocketErr("HelloWorld");中，已经提前一步调用了async_write_some并将数据全部写完，然后才轮到第一次发送时的回调函数将剩下的World继续发完。这最终导致的结果时对方收到的数据为HelloHelloWorldWorld.
  为了确保发送顺序的问题，可以在Session类中定义一个队列用来管理需要发送的结点和i一个布尔类型变量用来表示当前是否有数据正在被发送(初始化为false)

class Session{
public:
	Session(std::shared_ptr<boost::asio::ip::tcp::socket> socket)
	:_socket(socket)
	,_send_pending(false)
	{}
    void WriteCallBack(const boost::system::error_code& ec, std::size_t bytes_transferred);
    void WriteToSocket(const std::string &buf);
private:
    std::queue<std::shared_ptr<MsgNode>> _send_queue;
    std::shared_ptr<asio::ip::tcp::socket> _socket;
    bool _send_pending;
};

  此时再对写操作进行改进

void Session::WriteCallBack(const boost::system::error_code& ec, std::size_t bytes_transferred)
{
	if (ec.value() != 0)
	{
		std::cout << "Error! Code is " << ec.value() << ".Message is " << ec.message() << std::endl;
		return;
	}
	std::shared_ptr<MsgNode>&node = _send_queue.front();
	node->_cur_len += bytes_transferred;
	if (node->_cur_len + bytes_transferred < node->_total_len)//还没有发送完
	{
		_socket->async_write_some(boost::asio::buffer(node->_msg + node->_cur_len, node->_total_len - bytes_transferred),
			std::bind(&WriteCallBack, this, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2));
		return;
	}
	_send_queue.pop();
	if (_send_queue.empty())
	{
		_send_pending = false;
	}
	else
	{
		std::shared_ptr<MsgNode>& node = _send_queue.front();
		_socket->async_write_some(boost::asio::buffer(node->_msg, node->_total_len),
			std::bind(&Session::WriteCallBack, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2));
	}
}

void Session::WriteToSocket(const std::string& buf)
{
	_send_queue.push(std::make_shared<MsgNode>(buf.c_str(), buf.size()));
	if (_send_pending)//当前有消息正在发
	{
		return;
	}
	_socket->async_write_some(boost::asio::buffer(buf.c_str(), buf.size()),
		std::bind(&Session::WriteCallBack, this, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2));
	_send_pending = true;
}

  在WriteToSocket函数中，先不着急将数据立马发送出去，而是将数据节点放入到发送队列中，然后判断当前是否有数据正在发送，如果有就返回避免冲突；没有就直接调用async_write_some，在回调函数中，永远都是取出队首的结点进行发送，如果判断队首的元素数据已经发送完了就pop掉，并且检查队列中是否还有需要发送的元素:如果有，继续执行发送逻辑；如果没有就将_send_pending置为false表示当前已经没有数据正在发送了。

async_send

  async_send的作用是直接将所有数据全部发送完，代码逻辑也比async_write_some要简单一些

void Session::WriteAllToSocket(const std::string& buf)
{
	_send_queue.push(std::make_shared<MsgNode>(buf.c_str(), buf.size()));
	if (_send_pending)
	{
		return;
	}
	_socket->async_send(boost::asio::buffer(buf.c_str(), buf.size()),
		std::bind(&Session::WriteAllCallBck, this, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2));
	_send_pending = true;
}

void Session::WriteAllCallBck(const boost::system::error_code& ec, std::size_t bytes_tranferred)
{
	if (ec.value() != 0)
	{
		std::cout << "Error! Code is " << ec.value() << ".Message is " << ec.message() << std::endl;
		return;
	}
	_send_queue.pop();
	if (_send_queue.empty())
	{
		_send_pending = false;
	}
	else
	{
		std::shared_ptr<MsgNode>& node = _send_queue.front();
		_socket->async_send(boost::asio::buffer(node->_msg, node->_total_len),
			std::bind(&Session::WriteAllCallBck, this, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2));
	}
}

注意
  async_send和async_write_some不要放在一起使用，因为async_send底层还是多次调用的async_write_some。如果一起使用，还是会引发数据冲突的问题

异步读操作

  为了准备读操作,需要在Session类中添加数据结点_recv_node和一个布尔变量_recv_pending

class Session
{
public:
	Session(std::shared_ptr<boost::asio::ip::tcp::socket> socket)
		:_socket(socket)
		,_send_pending(false)
		,_recv_pending(false)
	{}
	void Connect(boost::asio::ip::tcp::endpoint& ep);
	void WriteCallBackErr(const boost::system::error_code& ec, std::size_t bytes_transferred, std::shared_ptr<MsgNode>);
	void WriteToSocketErr(const std::string& buf);

	void WriteCallBack(const boost::system::error_code& ec, std::size_t bytes_transferred);
	void WriteToSocket(const std::string& buf);

	void WriteAllToSocket(const std::string& buf);
	void WriteAllCallBck(const boost::system::error_code& ec, std::size_t bytes_tranferred);

	void ReadFromSocket();
	void ReadCallBack(const boost::system::error_code& ec, std::size_t bytes_transferred);

	void ReadAllFromSocket();
	void ReadAllCallBack(const boost::system::error_code& ec, std::size_t bytes_transferred);

private:
	std::shared_ptr<boost::asio::ip::tcp::socket> _socket;
	std::shared_ptr<MsgNode> _send_node;
	std::queue<std::shared_ptr<MsgNode>> _send_queue;
	std::shared_ptr<MsgNode> _recv_node;
	bool _recv_pending;
	bool _send_pending;
};

  由于接收的数据在TCP缓冲区里面已经是排好序了的，所以并不需要队列来维护顺序

async_read_some

其实异步读和异步写的逻辑类似，这里就不多介绍了

void Session::ReadFromSocket()
{
	if (_recv_pending)
	{
		return;
	}
	_recv_node = std::make_shared<MsgNode>(RECVSIZE);
	_socket->async_read_some(boost::asio::buffer(_recv_node->_msg, _recv_node->_total_len),
		std::bind(&Session::ReadCallBack, this, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2));
	_recv_pending = true;
}
void Session::ReadCallBack(const boost::system::error_code& ec, std::size_t bytes_transferred)
{
	if (ec.value() != 0)
	{
		std::cout << "Error! Code is " << ec.value() << ".Message is " << ec.message() << std::endl;
		return;
	}
	if (_recv_node->_cur_len + bytes_transferred < _recv_node->_total_len)
	{
		_recv_node->_cur_len += bytes_transferred;
		_socket->async_read_some(boost::asio::buffer(_recv_node->_msg + _recv_node->_cur_len, _recv_node->_total_len - _recv_node->_cur_len),
			std::bind(&Session::ReadCallBack, this, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2));
		return;
	}
	_recv_pending = false;
}

async_receive

void Session::ReadCallBack(const boost::system::error_code& ec, std::size_t bytes_transferred)
{
	if (ec.value() != 0)
	{
		std::cout << "Error! Code is " << ec.value() << ".Message is " << ec.message() << std::endl;
		return;
	}
	if (_recv_node->_cur_len + bytes_transferred < _recv_node->_total_len)
	{
		_recv_node->_cur_len += bytes_transferred;
		_socket->async_read_some(boost::asio::buffer(_recv_node->_msg + _recv_node->_cur_len, _recv_node->_total_len - _recv_node->_cur_len),
			std::bind(&Session::ReadCallBack, this, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2));
		return;
	}
	_recv_pending = false;
}

void Session::ReadAllFromSocket()
{
	if (_recv_pending)
	{
		return;
	}
	_recv_node = std::make_shared<MsgNode>(RECVSIZE);
	_socket->async_receive(boost::asio::buffer(_recv_node->_msg, _recv_node->_total_len),
		std::bind(&Session::ReadAllCallBack, this, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2));
	_recv_pending = true;
}
void Session::ReadAllCallBack(const boost::system::error_code& ec, std::size_t bytes_transferred)
{
	if (ec.value() != 0)
	{
		std::cout << "Error! Code is " << ec.value() << ".Message is " << ec.message() << std::endl;
		return;
	}
	_recv_pending = false;
}

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