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前言
本文主要学习Linux内核编程，结合Visual Studio 2019进行跨平台编程，内容包括高并发服务器的介绍、服务器代码封装（socket+epoll）、服务器/客户端测试
一、高并发服务器
💻什么是高并发？
📘 高并发 是一种系统运行过程中遇到的一种 “短时间内遇到大量操作请求” 的情况
【主要发生在web系统集中大量访问收到大量请求】
🌰举个例子：12306的抢票情况；天猫双十一活动【突然下单一万张票，上万人下单购物】
该情况发生会导致系统在这段时间内执行大量操作，例如，对资源的请求，数据库的操作等
💻高并发的处理指标？
高并发相关常用的一些指标有：
1️⃣响应时间（Response Time）📗含义：系统对请求做出响应的时间
🌰举个例子：系统处理一个HTTP请求需要200ms，这个200ms就是系统的响应时间
2️⃣吞吐量（Throughput）
📗含义：单位时间内处理的请求数量
3️⃣每秒查询率QPS（Query Per Second）
📗含义 ：每秒响应请求数
📖在互联网领域，这个指标和吞吐量区分的没有这么明显
4️⃣并发用户数
📗含义：同时承载正常使用系统功能的用户数量
🌰举个例子：例如一个即时通讯系统，同时在线量一定程度上代表了系统的并发用户数
💻高并发和多线程的关系和区别？
“高并发和多线程” 总是被一起提起，给人感觉两者好像相等，实则 【高并发 ≠ 多线程】
1️⃣多线程
- 多线程是java的特性，因为现在CPU都是多核多线程的，可以同时执行几个任务，为了提高jvm的执行效率，java提供了这种多线程的机制，以增强数据处理效率
- 多线程对应的是CPU，高并发对应的是访问请求，可以用单线程处理所有访问请求，也可以用多线程同时处理访问请求
- 在过去单CPU时代，单任务在一个时间点只能执行单一程序。之后发展到多任务阶段，计算机能在同一时间点并行执行多任务或多进程
- 虽然并不是真正意义上的 “同一时间点”，而是多个任务或进程共享一个CPU，并交由操作系统来完成多任务间对CPU的运行切换，以使得每个任务都有机会获得一定的时间片运行
- 再后来发展到多线程技术，使得在一个程序内部能拥有多个线程并行执行。一个线程的执行可以被认为是一个CPU在执行该程序。当一个程序运行在多线程下，就好像有多个CPU在同时执行该程序
- 📗总结：多线程是处理高并发的一种编程方法，即并发需要用多线程实现
2️⃣高并发
- 高并发不是JAVA的专有的东西，是语言无关的广义的，为提供更好互联网服务而提出的概念
- 典型的场景：例如，12306抢火车票，天猫双十一秒杀活动等。该情况的发生会导致系统在这段时间内执行大量操作，例如对资源的请求，数据库的操作等。
- 如果高并发处理不好，不仅仅降低了用户的体验度（请求响应时间过长），同时可能导致系统宕机，严重的甚至导致OOM异常，系统停止工作等
- 如果，要想系统能够适应高并发状态，则需要从各个方面进行系统优化，包括，硬件、网络、系统架构、开发语言的选取、数据结构的运用、算法优化、数据库优化等，而多线程只是其中解决方法之一
二、搭建服务器/客户端
💻服务器代码（4种类的封装）
- 🍔地址类
- 🍟socket基类
- 🍕TCP派生类
- 🍿epoll类
🌈地址类【CHostAddress】
📍CHostAddress.h
-
#pragma once
-
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
-
#include <sys/socket.h>
-
#include <netinet/in.h>
-
#include <string.h>
-
#include <arpa/inet.h>
-
-
class
CHostAddress
-
{
-
public:
-
CHostAddress(
char* ip,
unsigned
short port);
-
~
CHostAddress();
-
-
char* getIp();
-
void setIp(char* ip);
-
-
unsigned short getPort();
-
void setPort(unsigned short port);
-
-
struct
sockaddr_in
getAddr_in();
-
struct
sockaddr*
getAddr();
-
-
int getLength();
-
-
private:
-
char ip[
16];
//保存ip地址
-
int length;
//保存 sockaddr_in 结构体长度
-
unsigned
short port;
//端口号
-
struct
sockaddr_in s_addr;
-
-
};
📍CHostAddress.cpp
-
#include "CHostAddress.h"
-
-
CHostAddress::
CHostAddress(
char* ip,
unsigned
short port)
-
{
-
memset(
this->ip,
0,
sizeof(
this->ip));
-
strcpy(
this->ip, ip);
-
-
this->port = port;
-
-
this->s_addr.sin_family = AF_INET;
-
this->s_addr.sin_port =
htons(
this->port);
-
this->s_addr.sin_addr.s_addr =
inet_addr(
this->ip);
-
-
this->length =
sizeof(
this->s_addr);
-
}
-
-
CHostAddress::~
CHostAddress()
-
{
-
-
}
-
-
char* CHostAddress::getIp()
-
{
-
return
this->ip;
-
}
-
-
void CHostAddress::setIp(char* ip)
-
{
-
strcpy(
this->ip, ip);
-
}
-
-
unsigned short CHostAddress::getPort()
-
{
-
return
this->port;
-
}
-
-
void CHostAddress::setPort(unsigned short port)
-
{
-
this->port = port;
-
}
-
-
sockaddr_in CHostAddress::getAddr_in()
-
{
-
return
this->s_addr;
-
}
-
-
sockaddr* CHostAddress::getAddr()
-
{
-
// bind函数需要用到struct sockaddr *，因此return类型转换之后数据
-
return (
struct sockaddr*)&(
this->s_addr);
-
}
-
-
int CHostAddress::getLength()
-
{
-
return
this->length;
-
}
🌈socket类【CBaseSocket】
📍CBaseSocket.h
-
#pragma once
-
-
#include <sys/types.h> //socket头文件
-
#include <sys/socket.h>//socket头文件
-
#include <netinet/in.h>
-
#include <stdio.h>
-
-
class
CBaseSocket
-
{
-
public:
-
CBaseSocket(
char* ip,
unsigned
short port);
-
~
CBaseSocket();
-
void Start();
-
int getSocketFd();
-
virtual void Run() =
0;
//写成纯虚函数，子类来实现
-
virtual void Stop() =
0;
//写成纯虚函数，子类来实现
-
-
protected:
-
int socketFd;
//写到受保护区，子类可以用到
-
-
};
📍CBaseSocket.cpp
-
#include "CBaseSocket.h"
-
-
CBaseSocket::
CBaseSocket(
char* ip,
unsigned
short port)
-
{
-
this->socketFd =
0;
-
}
-
-
CBaseSocket::~
CBaseSocket()
-
{
-
}
-
-
void CBaseSocket::Start()
-
{
-
//打通网络通道
-
this->socketFd =
socket(AF_INET, SOCK_STREAM,
0);
//IPPROTO_TCP用0替换也行
-
-
if (
this->socketFd <
0)
//大于0成功，小于0失败
-
{
-
perror(
"socket error");
//socket创建失败
-
}
-
-
this->
Run();
//子类实现的run函数
-
}
-
-
int CBaseSocket::getSocketFd()
-
{
-
return
this->socketFd;
-
}
🌈TCP类【CTcpServer】
📍CTcpServer.h
-
#pragma once
-
-
#include<iostream>
-
#include "CBaseSocket.h"
-
#include "CHostAddress.h"
-
#include <netinet/in.h>
-
#include <unistd.h>
-
#include <stdio.h>
-
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
-
#include <sys/socket.h>
-
-
using
namespace std;
-
-
#define LISTEN_MAX_NUM 10
-
-
class
CTcpServer :
-
public CBaseSocket
-
{
-
public:
-
CTcpServer(
char* ip,
unsigned
short port);
-
~
CTcpServer();
-
void Run();
-
void Stop();
-
CHostAddress* getAddress();
-
void setAddress(CHostAddress* address);
-
-
private:
-
CHostAddress* address;
//地址类
-
};
📍CTcpServer.cpp
-
#include "CTcpSever.h"
-
-
CTcpServer::
CTcpServer(
char* ip,
unsigned
short port)
-
:
CBaseSocket(ip, port)
-
{
-
this->address =
new
CHostAddress(ip, port);
-
}
-
-
CTcpServer::~
CTcpServer()
-
{
-
}
-
-
void CTcpServer::Run()
-
{
-
int opt_val =
1;
-
int res =
0;
-
-
//端口复用 解决出现 adress already use的问题
-
res =
setsockopt(
this->socketFd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (
const
void*)&opt_val,
sizeof(opt_val));
-
if (res ==
-1)
-
{
-
perror(
"setsockopt error");
-
}
-
//绑定端口号和地址 协议族
-
res =
bind(
this->socketFd,
this->address->
getAddr(),
this->address->
getLength());
-
if (res ==
-1)
-
{
-
perror(
"bind error");
-
}
-
//监听这个地址和端口有没有客户端来连接
-
res =
listen(
this->socketFd, LISTEN_MAX_NUM);
-
if (res ==
-1)
-
{
-
perror(
"listen error");
-
}
-
cout <<
"Server start success socketFd = " <<
this->socketFd << endl;
-
}
-
-
void CTcpServer::Stop()
-
{
-
if (
this->socketFd !=
0)
-
{
-
close(
this->socketFd);
-
this->socketFd =
0;
-
}
-
}
-
-
CHostAddress* CTcpServer::getAddress()
-
{
-
return
this->address;
-
}
-
-
void CTcpServer::setAddress(CHostAddress* address)
-
{
-
this->address = address;
-
}
🌈epoll类 【CEpollServer】
📍CEpollServer.h
-
#pragma once
-
#include <sys/epoll.h>
-
#include <iostream>
-
#include "CTcpSever.h"
-
-
#define EPOLL_SIZE 5
-
-
using
namespace std;
-
-
class
CEpollServer
-
{
-
public:
-
CEpollServer(
char* ip,
unsigned
short port);
-
~
CEpollServer();
-
void Start();
-
-
private:
-
int epollfd;
-
int epollwaitefd;
-
int acceptFd;
-
char buf[
1024];
//存放客户端发来的消息
-
struct
epoll_event epollEvent;
-
struct
epoll_event epollEventArray[
5];
-
CTcpServer* tcp;
//TCP类
-
-
};
📍 CEpollServer.cpp
-
#include "CEpollServer.h"
-
-
CEpollServer::
CEpollServer(
char* ip,
unsigned
short port)
-
{
-
//初始化 TcpServer类
-
this->tcp =
new
CTcpServer(ip, port);
-
this->tcp->
Start();
-
cout <<
"socketFd = " <<
this->tcp->
getSocketFd() << endl;
-
-
//初始化数据成员
-
this->epollfd =
0;
-
this->epollwaitefd =
0;
-
this->acceptFd =
0;
-
bzero(
this->buf,
sizeof(
this, buf));
-
-
//事件结构体初始化
-
bzero(&(
this->epollEvent),
sizeof(
this->epollEvent));
-
//绑定当前准备好的sockedfd（可用网络对象）
-
this->epollEvent.data.fd =
this->tcp->
getSocketFd();
-
//绑定事件为客户端接入事件
-
this->epollEvent.events = EPOLLIN;
-
//创建epoll
-
this->epollfd =
epoll_create(EPOLL_SIZE);
-
//将已经准备好的网络描述符添加到epoll事件队列中
-
epoll_ctl(
this->epollfd, EPOLL_CTL_ADD,
this->tcp->
getSocketFd(), &(
this->epollEvent));
-
}
-
-
CEpollServer::~
CEpollServer()
-
{
-
}
-
-
void CEpollServer::Start()
-
{
-
while (
1)
-
{
-
cout <<
"epoll wait client" << endl;
-
this->epollwaitefd =
epoll_wait(
this->epollfd, epollEventArray, EPOLL_SIZE,
-1);
-
if (
this->epollwaitefd <
0)
-
{
-
perror(
"epoll wait error");
-
}
-
for (
int i =
0; i <
this->epollwaitefd; i++)
-
{
-
//判断是否有客户端上线
-
if (epollEventArray[i].data.fd ==
this->tcp->
getSocketFd())
-
{
-
cout <<
"网络_开始工作_等待客户端_上线" << endl;
-
this->acceptFd =
accept(
this->tcp->
getSocketFd(),
NULL,
NULL);
-
cout <<
"acceptfd = " <<
this->acceptFd << endl;
-
-
//上线的客户端描述符是acceptfd 绑定事件添加到epoll
-
epollEvent.data.fd =
this->acceptFd;
-
epollEvent.events = EPOLLIN;
//EPOLLIN表示对应的文件描述符可以读
-
epoll_ctl(
this->epollfd, EPOLL_CTL_ADD,
this->acceptFd, &epollEvent);
-
}
-
else
if (epollEventArray[i].events & EPOLLIN)
-
{
-
bzero(
this->buf,
sizeof(
this->buf));
-
int res =
read(epollEventArray[i].data.fd,
this->buf,
sizeof(
this->buf));
-
if (res >
0)
-
{
-
cout <<
"服务器_收到 fd = " << epollEventArray[i].data.fd <<
" 送达数据: buf = " <<
this->buf << endl;
-
}
-
else
if (res <=
0)
-
{
-
cout <<
"客户端 fd = " << epollEventArray[i].data.fd <<
" _掉线_" << endl;
-
close(epollEventArray[i].data.fd);
-
-
//从epoll中删除客户端描述符
-
epollEvent.data.fd = epollEvent.data.fd;
-
epollEvent.events = EPOLLIN;
-
epoll_ctl(
this->epollfd, EPOLL_CTL_DEL, epollEventArray[i].data.fd, &epollEvent);
-
}
-
}
-
}
-
}
-
}
💻客户端代码
-
#include <iostream>
-
#include <sys/types.h>
-
#include <sys/socket.h>
-
#include <netinet/in.h>
-
#include <arpa/inet.h>
-
#include <stdio.h>
-
#include <unistd.h>
-
#include <string.h>
-
-
using
namespace std;
-
-
int main()
-
{
-
int socketfd =
0;
-
int acceptfd =
0;
-
int len =
0;
-
int res =
0;
-
char buf[
255] = {
0 };
//初始化
-
-
//初始化网络
-
socketfd =
socket(AF_INET, SOCK_STREAM,
0);
-
if (socketfd ==
-1)
-
{
-
perror(
"socket error");
-
}
-
else
-
{
-
struct sockaddr_in s_addr;
-
//确定使用哪个协议族 ipv4
-
s_addr.sin_family = AF_INET;
-
-
//填入服务器的ip地址 也可以是 127.0.0.1 （回环地址）
-
s_addr.sin_addr.s_addr =
inet_addr(
"192.168.48.129");
-
-
//端口一个计算机有65535个 10000以下是操作系统自己使用的，自己定义的端口号为10000以后
-
s_addr.sin_port =
htons(
12345);
//自定义端口号为12345
-
-
len =
sizeof(s_addr);
-
-
//绑定ip地址和端口号
-
int res =
connect(socketfd, (
struct sockaddr*)&s_addr, len);
-
if (res ==
-1)
-
{
-
perror(
"connect error");
-
}
-
else
-
{
-
while (
1)
-
{
-
cout <<
"请输入内容：" << endl;
-
cin >> buf;
-
write(socketfd, buf,
sizeof(buf));
-
bzero(buf,
sizeof(buf));
-
}
-
}
-
}
-
return
0;
-
}
💻案例测试
📍main.cpp
-
#include <iostream>
-
#include "CEpollServer.h"
-
-
using
namespace std;
-
-
int main()
-
{
-
CEpollServer* epoll =
new
CEpollServer(
"192.168.48.129",
12345);
-
epoll->
Start();
-
return
0;
-
}
📍测试效果
通过Linux连接VS进行跨平台编程，上为本文设计的服务器，下为两个与之相连的客户端，在客户端1和客户端2中输入内容，服务器上能接收到相应的信息，即表示测试成功！如下动图所示：
参考：
https://www.csdn.net/tags/MtjaUgxsMzAzMjgtYmxvZwO0O0OO0O0O.html
【Linux】高并发服务器设计——socket封装_似末的博客-CSDN博客_linux socket 高并发
以上就是本文的全部内容啦！如果对您有帮助，麻烦点赞啦！收藏啦！欢迎各位评论区留言！！！
转载：https://blog.csdn.net/m0_61745661/article/details/125527759
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