一、基础知识

1. 服务器编程基本框架

2. 五种 I/O 模型

• 阻塞 I/O ：调用函数后，必须等待调用函数返回后才进行下一步操作；

• 非阻塞 I/O ：调用函数后，每隔一段时间检测 I/O 事件是否就绪，若没有就绪则可以做其他事情；若就绪则继续执行后续代码。非阻塞 I/O 执行系统调用总是立即返回，而不管 I/O 事件是否就绪，需要根据 errno 区分具 I/O 事件是否就绪；

• 信号驱动 I/O ：调用函数后，不再主动检测 I/O 事件是否就绪，而是等待事件完成或发生错误后进程收到的信号来判断 I/O 事件是否就绪，因此该方法是非阻塞的；

• I/O 复用：主要指 Linux 使用的 3 个函数，它们均能同时监听多个事件：

• select ：会使进程阻塞，没有将文件描述符和事件进行绑定，它仅仅是一个文件描述符的集合，因此使用时需要遍历所有事件，来查找目标事件；

• poll ：会使进程阻塞，将文件描述符和事件绑定，所有事件都被统一处理，使用时同样需要遍历所有事件，来查找目标事件；

• epoll ：在内核中维护一个事件表，提供 epoll_ctl 方法来控制其中的事件（增、删、改），使用时只需要遍历就绪事件（前 n 个）。

• 异步 I/O ：Linux 可以调用 aio_read 函数告诉内核描述字缓冲区指针和缓冲区大小、文件偏移及通知的方式，然后立即返回，当内核将数据拷贝到缓存区后在通知应用程序。

3. 事件处理模式

• reactor ：主线程（I/O 处理单元）只负责监听文件描述符上是否有事件发生，有的话立即通知工作线程（逻辑单元），所有 I/O 具体的操作均在工作线程中完成，通常为同步的模型；

• proactor ：主线程和内核负责处理 I/O 的具体操作（如读写数据），工作线程仅负责业务逻辑（如处理客户请求），通常为异步的。由于异步 I/O 模型并不成熟，因此项目中使用同步 I/O 模拟实现 proactor 模式。

• 主线程往 epoll 内核事件表注册 socket 上的读就绪事件；

• 主线程调用 epoll_wait 等待 socket 上有数据可读；

• 当 socket 上有数据可读，epoll_wait 通知主线程，此时主线程从 socket 循环读取数据，读完后将数据封装成一个请求对象插入请求队列；

• 睡眠在请求队列上的某个工作线程被唤醒，它获得请求对象并处理，然后往 epoll 内核事件表中注册 socket 上的写就绪事件；

• 主线程调用 epoll_wait 等待 socket 可写；

• 当 socket 上有数据可写，epoll_wait 通知主线程，此时主线程往 socket 上写入服务器处理客户请求的结果。

4. 半同步/半反应堆模式

• 异步线程用于处理 I/O 事件；

• 异步线程监听到客户请求后，就将其封装成请求对象并插入到请求队列中；

• 请求队列将通知某个工作线程（同步模式的线程，用于处理客户逻辑）来读取并处理该请求。

• 主线程充当异步线程，负责监听所有 socket 上的事件；

• 若有新请求到来，主线程接收并得到新连接的 socket ，然后往 epoll 内核事件表中注册该 socket 上的读写事件；

• 如果该 socket 上有读写事件发生，主线程从 socket 上接收数据，并将数据封装成请求对象插入到请求队列中；

• 所有工作线程（同步模式的线程）睡眠在请求队列行，当有任务到来时，通过竞争获得任务的接管权。

5. 线程池

• 池表示一组资源的集合，这组资源在服务器启动之初就被创建并初始化，称为静态资源；

• 在服务器运行阶段，如有任务需要使用线程，则可以直接从线程池中获取，无需动态分配；

• 当一个线程工作完成后，无需将其销毁，只需要放入池中即可。

二、代码解析

1. 线程池类定义

2. 线程池创建与回收

3. 向请求队列中添加任务

4. 线程处理函数

5. run 执行任务

参考文献