生活随笔
收集整理的這篇文章主要介紹了
epoll实现高并发聊天室
小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.
http://blog.csdn.net/qq_31564375/article/details/51581038
項目介紹
本項目是實現一個簡單的聊天室，聊天室分為服務端和客戶端。本項目將很多復雜的功能都去掉了，線程池、多線程編程、超時重傳、確認收包等等都不會涉及。總共300多行代碼，讓大家真正了解C/S模型，以及epoll的使用。為了方便查看，代碼已經改的很小白，絕對比nginx源碼好理解(當然大家有興趣的話，還是要拜讀下nginx源碼，絕對大有收獲)。希望本項目能為大家以后的工作或者學習提供一點幫助！ 介紹如下：
1. 服務端
a. 支持多個用戶接入，實現聊天室的基本功能
b. 使用epoll機制實現并發，增加效率
2. 客戶端
a. 支持用戶輸入聊天消息
b. 顯示其他用戶輸入的信息
c. 使用fork創建兩個進程
子進程有兩個功能：
等待用戶輸入聊天信息將聊天信息寫到管道（pipe），并發送給父進程
父進程有兩個功能
使用epoll機制接受服務端發來的信息，并顯示給用戶，使用戶看到其他用戶的聊天信息將子進程發給的聊天信息從管道（pipe）中讀取, 并發送給服務端
3. 代碼說明
一共有3個文件, 即： server.cpp, client.cpp, utility.h
a. server.cpp是服務端程序
b. client.cpp是客戶端程序
c. utility.h是一個頭文件，包含服務端程序和客戶端程序都會用到的一些頭文件、變量聲明、函數、宏等。
1.1 TCP服務端通信的常規步驟
(1)使用socket()創建TCP套接字（socket）
(2)將創建的套接字綁定到一個本地地址和端口上（Bind）
(3)將套接字設為監聽模式，準備接收客戶端請求（listen）
(4)等待客戶請求到來: 當請求到來后，接受連接請求，返回一個對應于此次連接的新的套接字（accept）
(5)用accept返回的套接字和客戶端進行通信（使用write()/send()或send()/recv() )
(6)返回，等待另一個客戶請求
(7)關閉套接字
[cpp]?view plain
?copy????????????struct?sockaddr_in?serverAddr;??????serverAddr.sin_family?=?PF_INET;??????serverAddr.sin_port?=?htons(SERVER_PORT);??????serverAddr.sin_addr.s_addr?=?inet_addr(SERVER_HOST);??????????????int?listener?=?socket(PF_INET,?SOCK_STREAM,?0);??????if(listener?<?0)?{?perror("listener");?exit(-1);}??????printf("listen?socket?created?\n");??????????????if(?bind(listener,?(struct?sockaddr?*)&serverAddr,?sizeof(serverAddr))?<?0)?{??????????perror("bind?error");??????????exit(-1);??????}????????????int?ret?=?listen(listener,?5);??????if(ret?<?0)?{?perror("listen?error");?exit(-1);}??????printf("Start?to?listen:?%s\n",?SERVER_HOST);??
2. 基本技術介紹
2.1 阻塞與非阻塞socket
通常的，對一個文件描述符指定的文件或設備, 有兩種工作方式: 阻塞與非阻塞方式。
（1）. 阻塞方式是指： 當試圖對該文件描述符進行讀寫時，如果當時沒有數據可讀，或者暫時不可寫，程序就進入等待狀態，直到有東西可讀或者可寫為止。
（2）. 非阻塞方式是指： 如果沒有數據可讀，或者不可寫，讀寫函數馬上返回，而不會等待。
（3）. 舉個例子來說，比如說小明去找一個女神聊天，女神卻不在。 如果小明舍不得走，只能在女神大門口死等著，當然小明可以休息。當女 神來了，她會把你喚醒（囧，因為擋著她門了），這就是阻塞方式。如果小明發現女神不在，立即離開，以后每隔十分鐘回來看一下（采用輪詢方式），不在的話仍然立即離開，這就是非阻塞方式。
（4）. 阻塞方式和非阻塞方式唯一的區別： 是否立即返回。本項目采用更高效的做法，所以應該將socket設置為非阻塞方式。這樣能充分利用服務器資源，效率得到了很大提高。
[cpp]?view plain
?copy????int?setnonblocking(int?sockfd)??{??????fcntl(sockfd,?F_SETFL,?fcntl(sockfd,?F_GETFD,?0)|?O_NONBLOCK);??????return?0;??}??
2.2 epoll
前面介紹了阻塞和非阻塞方式，現在該介紹下epoll機制了。epoll真的是一個特別重要的概念，實驗的師兄們去bat任何一家面試后臺開發，或者系統開發等相關職位都會問epoll機制。當服務端的在線人數越來越多，會導致系統資源吃緊，I/O效率越來越慢，這時候就應該考慮epoll了。epoll是Linux內核為處理大批句柄而作改進的poll，是Linux特有的I/O函數。其特點如下：
a.
epoll是Linux下多路復用IO接口select/poll的增強版本。其實現和使用方式與select/poll有很多不同，epoll通過一組函數來完成有關任務，而不是一個函數。
b.
epoll之所以高效，是因為epoll將用戶關心的文件描述符放到內核里的一個事件表中，而不是像select/poll每次調用都需要重復傳入文件描述符集或事件集。比如當一個事件發生（比如說讀事件），epoll無須遍歷整個被偵聽的描述符集，只要遍歷那些被內核IO事件異步喚醒而加入就緒隊列的描述符集合就行了。
c.
epoll有兩種工作方式，LT(level triggered)：水平觸發和ET(edge-triggered)：邊沿觸發。LT是select/poll使用的觸發方式，比較低效；而ET是epoll的高速工作方式（本項目使用epoll的ET方式）。
d.
通俗理解就是，比如說有一堆女孩，有的很漂亮，有的很鳳姐。現在你想找漂亮的女孩聊天，LT就是你需要把這一堆女孩全都看一遍，才可以找到其中的漂亮的（就緒事件）；而ET是你的小弟（內核）將N個漂亮的女孩編號告訴你，你直接去看就好，所以epoll很高效。另外，還記得小明找女神聊天的例子嗎？采用非阻塞方式，小明還需要每隔十分鐘回來看一下（select）；如果小明有小弟（內核）幫他守在大門口，女神回來了，小弟會主動打電話，告訴小明女神回來了，快來處理吧！這就是epoll。
epoll 共3個函數,1、int epoll_create(int size)創建一個epoll句柄，參數size用來告訴內核監聽的數目，size為epoll所支持的最大句柄數2、int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event)函數功能： epoll事件注冊函數參數epfd為epoll的句柄，即epoll_create返回值參數op表示動作，用3個宏來表示： EPOLL_CTL_ADD(注冊新的fd到epfd)， EPOLL_CTL_MOD(修改已經注冊的fd的監聽事件)，EPOLL_CTL_DEL(從epfd刪除一個fd)；其中參數fd為需要監聽的標示符；參數event告訴內核需要監聽的事件，event的結構如下：struct epoll_event {__uint32_t events; //Epoll eventsepoll_data_t data; //User data variable};其中介紹events是宏的集合，本項目主要使用EPOLLIN(表示對應的文件描述符可以讀，即讀事件發生)，其他宏類型，可以google之！3、 int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout)
等待事件的產生，函數返回需要處理的事件數目（該數目是就緒事件的數目，就是前面所說漂亮女孩的個數N）
因此服務端使用epoll的時候，步驟如下：
調用epoll_create函數在Linux內核中創建一個事件表；然后將文件描述符（監聽套接字listener）添加到所創建的事件表中；在主循環中，調用epoll_wait等待返回就緒的文件描述符集合；分別處理就緒的事件集合，本項目中一共有兩類事件：新用戶連接事件和用戶發來消息事件（epoll還有很多其他事件，本項目為簡潔明了，不介紹）。下面介紹下如何將一個socket添加到內核事件表中，如下：
[cpp]?view plain
?copy???????????void?addfd(?int?epollfd,?int?fd,?bool?enable_et?)??{??????struct?epoll_event?ev;??????ev.data.fd?=?fd;??????ev.events?=?EPOLLIN;??????if(?enable_et?)??????????ev.events?=?EPOLLIN?|?EPOLLET;??????epoll_ctl(epollfd,?EPOLL_CTL_ADD,?fd,?&ev);??????setnonblocking(fd);??????printf("fd?added?to?epoll!\n\n");??}??3. 服務端實現
上面我們介紹了基本的模型和技術，現在該去實現服務端了。首先介紹下utility.h中一些變量和函數。
3.1 utility.h
[cpp]?view plain
?copy????????????list<int>?clients_list;????????????#define?SERVER_IP?"127.0.0.1"????????????#define?SERVER_PORT?8888????????????#define?EPOLL_SIZE?5000??????????????#define?BUF_SIZE?0xFFFF????????????#define?SERVER_WELCOME?"Welcome?you?join?to?the?chat?room!?Your?chat?ID?is:?Client?#%d"??????#define?SERVER_MESSAGE?"ClientID?%d?say?>>?%s"??????#define?EXIT?"EXIT"??????#define?CAUTION?"There?is?only?one?int?the?char?room!"??????????????????int?setnonblocking(int?sockfd)；????????????void?addfd(?int?epollfd,?int?fd,?bool?enable_et?)；????????????int?sendBroadcastmessage(int?clientfd)；??3.1?utility.h完整源碼????#ifndef?UTILITY_H_INCLUDED??#define?UTILITY_H_INCLUDED????#include?<iostream>??#include?<list>??#include?<sys/types.h>??#include?<sys/socket.h>??#include?<netinet/in.h>??#include?<arpa/inet.h>??#include?<sys/epoll.h>??#include?<fcntl.h>??#include?<errno.h>??#include?<unistd.h>??#include?<stdio.h>??#include?<stdlib.h>??#include?<string.h>????using?namespace?std;??????list<int>?clients_list;????????#define?SERVER_IP?"127.0.0.1"??????#define?SERVER_PORT?8888??????#define?EPOLL_SIZE?5000??????#define?BUF_SIZE?0xFFFF????#define?SERVER_WELCOME?"Welcome?you?join??to?the?chat?room!?Your?chat?ID?is:?Client?#%d"????#define?SERVER_MESSAGE?"ClientID?%d?say?>>?%s"??????#define?EXIT?"EXIT"????#define?CAUTION?"There?is?only?one?int?the?char?room!"???????????int?setnonblocking(int?sockfd)??{??????fcntl(sockfd,?F_SETFL,?fcntl(sockfd,?F_GETFD,?0)|?O_NONBLOCK);??????return?0;??}??????????void?addfd(?int?epollfd,?int?fd,?bool?enable_et?)??{??????struct?epoll_event?ev;??????ev.data.fd?=?fd;??????ev.events?=?EPOLLIN;??????if(?enable_et?)??????????ev.events?=?EPOLLIN?|?EPOLLET;??????epoll_ctl(epollfd,?EPOLL_CTL_ADD,?fd,?&ev);??????setnonblocking(fd);??????printf("fd?added?to?epoll!\n\n");??}?????????int?sendBroadcastmessage(int?clientfd)??{??????????????????char?buf[BUF_SIZE],?message[BUF_SIZE];??????bzero(buf,?BUF_SIZE);??????bzero(message,?BUF_SIZE);??????????????printf("read?from?client(clientID?=?%d)\n",?clientfd);??????int?len?=?recv(clientfd,?buf,?BUF_SIZE,?0);????????if(len?==?0)????????{??????????close(clientfd);??????????clients_list.remove(clientfd);???????????printf("ClientID?=?%d?closed.\n?now?there?are?%d?client?in?the?char?room\n",?clientfd,?(int)clients_list.size());????????}??????else????????{??????????if(clients_list.size()?==?1)?{???????????????send(clientfd,?CAUTION,?strlen(CAUTION),?0);??????????????return?len;??????????}????????????????????sprintf(message,?SERVER_MESSAGE,?clientfd,?buf);????????????list<int>::iterator?it;??????????for(it?=?clients_list.begin();?it?!=?clients_list.end();?++it)?{?????????????if(*it?!=?clientfd){??????????????????if(?send(*it,?message,?BUF_SIZE,?0)?<?0?)?{?perror("error");?exit(-1);}?????????????}??????????}??????}??????return?len;??}??#endif?//?UTILITY_H_INCLUDED??3.3 服務端完整源碼
在上面的基礎上。服務端的代碼就很容易寫出了
[cpp]?view plain
?copy#include?"utility.h"????int?main(int?argc,?char?*argv[])??{????????????struct?sockaddr_in?serverAddr;??????serverAddr.sin_family?=?PF_INET;??????serverAddr.sin_port?=?htons(SERVER_PORT);??????serverAddr.sin_addr.s_addr?=?inet_addr(SERVER_IP);????????????int?listener?=?socket(PF_INET,?SOCK_STREAM,?0);??????if(listener?<?0)?{?perror("listener");?exit(-1);}??????printf("listen?socket?created?\n");????????????if(?bind(listener,?(struct?sockaddr?*)&serverAddr,?sizeof(serverAddr))?<?0)?{??????????perror("bind?error");??????????exit(-1);??????}????????????int?ret?=?listen(listener,?5);??????if(ret?<?0)?{?perror("listen?error");?exit(-1);}??????printf("Start?to?listen:?%s\n",?SERVER_IP);????????????int?epfd?=?epoll_create(EPOLL_SIZE);??????if(epfd?<?0)?{?perror("epfd?error");?exit(-1);}??????printf("epoll?created,?epollfd?=?%d\n",?epfd);??????static?struct?epoll_event?events[EPOLL_SIZE];????????????addfd(epfd,?listener,?true);????????????while(1)??????{????????????????????int?epoll_events_count?=?epoll_wait(epfd,?events,?EPOLL_SIZE,?-1);??????????if(epoll_events_count?<?0)?{??????????????perror("epoll?failure");??????????????break;??????????}????????????printf("epoll_events_count?=?%d\n",?epoll_events_count);????????????????????for(int?i?=?0;?i?<?epoll_events_count;?++i)??????????{??????????????int?sockfd?=?events[i].data.fd;????????????????????????????if(sockfd?==?listener)??????????????{??????????????????struct?sockaddr_in?client_address;??????????????????socklen_t?client_addrLength?=?sizeof(struct?sockaddr_in);??????????????????int?clientfd?=?accept(?listener,?(?struct?sockaddr*?)&client_address,?&client_addrLength?);????????????????????printf("client?connection?from:?%s?:?%?d(IP?:?port),?clientfd?=?%d?\n",??????????????????inet_ntoa(client_address.sin_addr),??????????????????ntohs(client_address.sin_port),??????????????????clientfd);????????????????????addfd(epfd,?clientfd,?true);??????????????????????????????????????clients_list.push_back(clientfd);??????????????????printf("Add?new?clientfd?=?%d?to?epoll\n",?clientfd);??????????????????printf("Now?there?are?%d?clients?int?the?chat?room\n",?(int)clients_list.size());??????????????????????????????????????printf("welcome?message\n");??????????????????????????????????char?message[BUF_SIZE];??????????????????bzero(message,?BUF_SIZE);??????????????????sprintf(message,?SERVER_WELCOME,?clientfd);??????????????????int?ret?=?send(clientfd,?message,?BUF_SIZE,?0);??????????????????if(ret?<?0)?{?perror("send?error");?exit(-1);?}??????????????}????????????????????????????else???????????????{?????????????????????int?ret?=?sendBroadcastmessage(sockfd);??????????????????if(ret?<?0)?{?perror("error");exit(-1);?}??????????????}??????????}??????}??????close(listener);???????close(epfd);??????????return?0;??}??g++ server.cpp utility.h -o server./server
4. 客戶端實現
4.1 子進程和父進程的通信
前面已經介紹了子進程和父進程的功能，他們之間用管道進行通信。如下圖所示，我們可以更直觀的了解子進程和父進程各自的功能。?
通過調用int pipe(int fd[2])函數創建管道, 其中fd[0]用于父進程讀， fd[1]用于子進程寫。[cpp]?view plain
?copy???????????int?pipe_fd[2];??????if(pipe(pipe_fd)?<?0)?{?perror("pipe?error");?exit(-1);?}??通過int pid = fork()函數，創建子進程，當pid < 0 錯誤；當pid = 0, 說明是子進程；當pid > 0說明是父進程。根據pid的值，我們可以父子進程，從而實現對應的功能！
4.2 客戶端完整源碼
根據上述介紹，我們可以寫出客戶端的源碼。如下：
[cpp]?view plain
?copy#include?"utility.h"????int?main(int?argc,?char?*argv[])??{????????????struct?sockaddr_in?serverAddr;??????serverAddr.sin_family?=?PF_INET;??????serverAddr.sin_port?=?htons(SERVER_PORT);??????serverAddr.sin_addr.s_addr?=?inet_addr(SERVER_IP);??????????????int?sock?=?socket(PF_INET,?SOCK_STREAM,?0);??????if(sock?<?0)?{?perror("sock?error");?exit(-1);?}????????????if(connect(sock,?(struct?sockaddr?*)&serverAddr,?sizeof(serverAddr))?<?0)?{??????????perror("connect?error");??????????exit(-1);??????}??????????????int?pipe_fd[2];??????if(pipe(pipe_fd)?<?0)?{?perror("pipe?error");?exit(-1);?}??????????????int?epfd?=?epoll_create(EPOLL_SIZE);??????if(epfd?<?0)?{?perror("epfd?error");?exit(-1);?}??????static?struct?epoll_event?events[2];?????????????addfd(epfd,?sock,?true);??????addfd(epfd,?pipe_fd[0],?true);????????????bool?isClientwork?=?true;??????????????char?message[BUF_SIZE];??????????????int?pid?=?fork();??????if(pid?<?0)?{?perror("fork?error");?exit(-1);?}??????else?if(pid?==?0)????????????{????????????????????close(pipe_fd[0]);???????????printf("Please?input?'exit'?to?exit?the?chat?room\n");????????????while(isClientwork){??????????????bzero(&message,?BUF_SIZE);??????????????fgets(message,?BUF_SIZE,?stdin);??????????????????????????????if(strncasecmp(message,?EXIT,?strlen(EXIT))?==?0){??????????????????isClientwork?=?0;??????????????}????????????????????????????else?{??????????????????if(?write(pipe_fd[1],?message,?strlen(message)?-?1?)?<?0?)???????????????????{?perror("fork?error");?exit(-1);?}??????????????}??????????}??????}??????else????????{????????????????????close(pipe_fd[1]);???????????????????????while(isClientwork)?{??????????????int?epoll_events_count?=?epoll_wait(?epfd,?events,?2,?-1?);????????????????????????????for(int?i?=?0;?i?<?epoll_events_count?;?++i)??????????????{??????????????????bzero(&message,?BUF_SIZE);??????????????????????????????????????if(events[i].data.fd?==?sock)??????????????????{????????????????????????????????????????????int?ret?=?recv(sock,?message,?BUF_SIZE,?0);??????????????????????????????????????????????if(ret?==?0)?{??????????????????????????printf("Server?closed?connection:?%d\n",?sock);??????????????????????????close(sock);??????????????????????????isClientwork?=?0;??????????????????????}??????????????????????else?printf("%s\n",?message);????????????????????}????????????????????????????????????else?{?????????????????????????????????????????????int?ret?=?read(events[i].data.fd,?message,?BUF_SIZE);??????????????????????????????????????????????if(ret?==?0)?isClientwork?=?0;??????????????????????else{???????????????????????????send(sock,?message,?BUF_SIZE,?0);??????????????????????}??????????????????}??????????????}??????????}??????}????????if(pid){???????????????????close(pipe_fd[0]);??????????close(sock);??????}else{????????????????????close(pipe_fd[1]);??????}??????return?0;??}??同理建立一個client.cpp文件，并將上述完整源碼拷貝進去，然后啟動一個新的XFce終端，執行如下命令：cd Desktop
g++ client.cpp utility.h -o client
./client
如圖所示，通過查看兩個終端界面，可以看到有一個用戶登陸服務端了。 同理，再點擊一下桌面上的XFce，開啟一個終端，運行同樣的命令（這里不用運行g++進行編譯了，因為前面已經生成了可執行文件client）：cd Desktop
./client轉載自：https://www.shiyanlou.com/courses/315
很好的學習了epoll。
總結
以上是生活随笔為你收集整理的epoll实现高并发聊天室的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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