基于libevent, libuv和android Looper不断演进socket编程

erlchina

　　最近在做websocket  porting的工作中，需要实现最底层socket读和写，基于同步读，libevent, libuv和android Looper都写了一套，从中体会不少。

1）同步阻塞读写
　　最开始采用同步阻塞读写，主要是为了快速实现来验证上层websocket协议的完备性。优点仅仅是实现起来简单，缺点就是效率不高，不能很好利用线程的资源，建立连接这一块方法都是类似的，主要的区别是在如何读写数据，先看几种方法共用的一块：

    int n = 0;
struct sockaddr_in serv_addr;
event_init();
if((mSockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0){
//TODO error
return;
}
memset(&serv_addr, '0', sizeof(serv_addr));
serv_addr.sin_family = AF_INET;
serv_addr.sin_port = htons(url.port());
if(inet_pton(AF_INET, url.host().utf8().data(), &serv_addr.sin_addr)<=0){
return;
}
if( connect(mSockfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0){
return;
}
　　
这里由于是client，所以比较简单，当然缺失了DNS解析这一块。然后，就是要监视读数据，由于是同步阻塞读，所以需要在循环里不断地去read/recv：

    while (1) {
ssize_t result = recv(fd, buf, sizeof(buf), 0);
if (result == 0) {
break;
} else if (result < 0) {
perror("recv");
close(fd);
return 1;
}
fwrite(buf, 1, result, stdout);
}
　　
缺点就显而易见，此线程需要不断轮询。当然，这里是个例子程序，正式代码中不会处理这么草率。

2）libevent
　　对上面的改进方法就是基于异步非阻塞的方式来处理读数据，在linux上一般是通过epoll来做异步事件侦听，而libevent是一个封装了epoll或其他平台上异步事件的c库，所以基于libevent来做异步非阻塞读写会更简单，也能跨平台。重构的第一个步是设置socketFD为非阻塞：

static int setnonblock(int fd)
{
int flags;
flags = fcntl(fd, F_GETFL);
if (flags < 0){
return flags;
}
flags |= O_NONBLOCK;
if (fcntl(fd, F_SETFL, flags) < 0){
return -1;
}
return 0;
}
　　
然后需要在单独的线程中维护event loop，并添加read事件侦听：

static void* loopListen(void *arg)
{
SocketStreamHandle *handle = (SocketStreamHandle *)arg;
struct event_base* base = event_base_new();
struct event ev_read;
handle->setReadEvent(&ev_read);
setnonblock(handle->getSocketFD());
event_set(&ev_read, handle->getSocketFD(), EV_READ|EV_PERSIST, onRead, handle);
event_base_set(base, &ev_read);
event_add(&ev_read, NULL);
event_base_dispatch(base);
}
    pthread_t pid;
    pthread_create(&pid, 0, loopListen, this);

　　然后在onRead方法中处理数据读取：

static void onRead(int fd, short ev, void *arg)
{
while(true){
char *buf = new char[1024];
memset(buf, 0, 1024);
int len = read(fd, buf, 1024);
SocketStreamHandle *handle = (SocketStreamHandle *)arg;
if(len > 0){
SocketContext *context = new SocketContext;
context->buf = buf;
context->readLen = len;
context->handle = handle;
WTF::callOnMainThread(onReadMainThread, context);
if(len == 1024){
continue;
}else{
break;
}
}else{
if(errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK){
return;
}else if(errno == EINTR){
continue;
}
__android_log_print(ANDROID_LOG_INFO, LOG_TAG, "onCloseMainThread, len:%d, errno:%d", len, errno);
WTF::callOnMainThread(onCloseMainThread, handle);
event_del(handle->getReadEvent());
}
}
}
　　
这里比较有讲究的是：
　　1）当一次buf读不完，需要在循环里再次读一次
　　2）当read到0时，表示socket被关闭，这时需要删除事件侦听，不然会导致cpu 100%
　　3）当read到-1时，不完全是错误情况，比如errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK表示暂时不可读，歇一会后面再读。errno == EINTR表示被系统中断，应重读一遍
　　4）onRead是被libevent中专门做事件侦听的线程调用的，所以有的时候需要回到主线程，比如： WTF::callOnMainThread(onReadMainThread, context);这里就需要注意多线程间的同步问题。

3）libuv
　　libuv在libevent更进一步，它不但有event loop，并且把socket的各种操作也覆盖了，所以代码会更简洁，比如最开始的创建连接和创建loop：

    uv_loop_t *loop = uv_default_loop();
uv_tcp_t client;
uv_tcp_init(loop, &client);
struct sockaddr_in req_addr = uv_ip4_addr(url.host().utf8().data(), url.port());
uv_connect_t *connect_req;
connect_req->data = this;
uv_tcp_connect(connect_req, &client, req_addr, on_connect);
uv_run(loop);
　　
在on_connect中创建对read的监听：

static void* on_connect(uv_connect_t *req, int status)
{
SocketStreamHandle *handle = (SocketStreamHandle *)arg;
uv_read_start(req->handle, alloc_buffer, on_read);
}
　　
on_read就和前面类似了。所以libuv是最强大的，极大的省略了socket相关的开发。

4）Android Looper
　　Android提供一套event loop的机制，并且可以对FD进行监听，所以如果基于Android Looper，就可以省去对第三方lib的依赖。并且Android也是对epoll的封装，既然如此，值得试一试用Android原生的looper来做这块的event looper。socket连接这块和最开始是一样的，关键是在创建looper的地方：

static void* loopListen(void *arg)
{
SocketStreamHandle *handle = (SocketStreamHandle *)arg;
setnonblock(handle->getSocketFD());
Looper *looper = new Looper(true);
looper->addFd(handle->getSocketFD(), 0, ALOOPER_EVENT_INPUT, onRead, handle);
while(true){
if(looper->pollOnce(100) == ALOOPER_POLL_ERROR){
__android_log_print(ANDROID_LOG_INFO, LOG_TAG, "ALOOPER_POLL_ERROR");
break;
}
}
}
　　
代码比较简单就不多说，详细使用方法可以查看<utils/Looper.h>的API。
　　综上所述，如果是在Android上做，可以直接基于原生的Looper，如果需要跨平台可以基于libuv。总之，要避免同步阻塞，因为这样会导致线程设计上的复杂和低效。
　　在Java里也有类似的概念，可以参见以前的博文：
　　从Jetty、Tomcat和Mina中提炼NIO构架网络服务器的经典模式（一）
从Jetty、Tomcat和Mina中提炼NIO构架网络服务器的经典模式（二）
从Jetty、Tomcat和Mina中提炼NIO构架网络服务器的经典模式（三）