muduo的設計采用高并發(fā)服務器框架中的one loop per thread模式，即一個線程一個事件循環(huán)。
這里的loop，其實就是muduo中的EventLoop，所以到目前為止，不管是Poller，Channel還是TimerQueue都僅僅是單線程下的任務，因為這些都依賴于EventLoop。這每一個EventLoop，其實也就是一個Reactor模型。
而多線程體現(xiàn)在EventLoop的上層，即在EventLoop上層有一個線程池，線程池中每一個線程運行一個EventLoop，也就是Reactor + 線程池的設計模式

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梳理一下

• 每個muduo網(wǎng)絡庫有一個事件驅(qū)動循環(huán)線程池EventLoopThreadPool
• 每個線程池中有多個事件驅(qū)動線程EventLoopThread
• 每個線程運行一個EventLoop事件循環(huán)
• 每個EventLoop事件循環(huán)包含一個io復用Poller，一個計時器隊列TimerQueue
• 每個Poller監(jiān)聽多個Channel，TimerQueue其實也是一個Channel
• 每個Channel對應一個fd，在Channel被激活后調(diào)用回調(diào)函數(shù)
• 每個回調(diào)函數(shù)是在EventLoop所在線程執(zhí)行
• 所有激活的Channel回調(diào)結束后EventLoop繼續(xù)讓Poller監(jiān)聽

所以調(diào)用回調(diào)函數(shù)的過程中是同步的，如果回調(diào)函數(shù)執(zhí)行時間很長，那么這個EventLoop所在線程就會等待很久之后才會再次調(diào)用poll。

整個muduo網(wǎng)絡庫實際上是由Reactor + 線程池實現(xiàn)的，線程池中每一個線程都是一個Reactor模型。在處理大并發(fā)的服務器任務上有很大優(yōu)勢。

簡化的關系圖如下，EventLoop只涉及Poller，Channel（簡單涉及TcpConnection）和TimerQueue。

• 白色三角，繼承
• 黑色菱形，聚合

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一個事件驅(qū)動循環(huán)EventLoop其實就是一個Reactor模型，是一個單線程任務。主要包含io復用函數(shù)Poller，定時器隊列TimerQueue以及激活隊列。其他的就是一些輔助變量

typedef std::vector<Channel*> ChannelList;bool looping_; /* atomic */std::atomic<bool> quit_;bool eventHandling_; /* atomic */bool callingPendingFunctors_; /* atomic */int64_t iteration_;/* 創(chuàng)建時保存當前事件循環(huán)所在線程，用于之后運行時判斷使用EventLoop的線程是否是EventLoop所屬的線程 */const pid_t threadId_;/* poll返回的時間，用于計算從激活到調(diào)用回調(diào)函數(shù)的延遲 */Timestamp pollReturnTime_;/* io多路復用 */std::unique_ptr<Poller> poller_;/* 定時器隊列 */std::unique_ptr<TimerQueue> timerQueue_;/* 喚醒當前線程的描述符 */int wakeupFd_;// unlike in TimerQueue, which is an internal class,// we don't expose Channel to client./* * 用于喚醒當前線程，因為當前線程主要阻塞在poll函數(shù)上* 所以喚醒的方法就是手動激活這個wakeupChannel_，即寫入幾個字節(jié)讓Channel變?yōu)榭勺x* 注: 這個Channel也注冊到Poller中*/std::unique_ptr<Channel> wakeupChannel_;boost::any context_;// scratch variables/* * 激活隊列，poll函數(shù)在返回前將所有激活的Channel添加到激活隊列中* 在當前事件循環(huán)中的所有Channel在Poller中*/ChannelList activeChannels_;/* 當前執(zhí)行回調(diào)函數(shù)的Channel */Channel* currentActiveChannel_;/* * queueInLoop添加函數(shù)時給pendingFunctors_上鎖，防止多個線程同時添加* * mutable,突破const限制，在被const聲明的函數(shù)仍然可以更改這個變量*/mutable MutexLock mutex_;/* * 等待在當前線程調(diào)用的回調(diào)函數(shù)，* 原因是本來屬于當前線程的回調(diào)函數(shù)會被其他線程調(diào)用時，應該把這個回調(diào)函數(shù)添加到它屬于的線程中* 等待它屬于的線程被喚醒后調(diào)用，以滿足線程安全性* * TcpServer::removeConnection是個例子* 當關閉一個TcpConnection時，需要調(diào)用TcpServer::removeConnection，但是這個函數(shù)屬于TcpServer，* 然而TcpServer和TcpConnection不屬于同一個線程，這就容易將TcpServer暴露給其他線程，* 萬一其他線程析構了TcpServer怎么辦（線程不安全）* 所以會調(diào)用EventLoop::runInLoop，如果要調(diào)用的函數(shù)屬于當前線程，直接調(diào)用* 否則，就添加到這個隊列中，等待當前線程被喚醒*/std::vector<Functor> pendingFunctors_; // @GuardedBy mutex_

最后一個變量std::vector<Functor> pendingFunctors_;比較不好理解，它是一個任務容器，存放的是將要執(zhí)行的回調(diào)函數(shù)。

準備這么一個容器的原因在于

• 某個對象（通常是Channel或者TcpConnection）可能被另一個線程使用（這個線程不是這個對象所在線程），此時這個對象就等于暴露給其他線程了。這是非常不安全的，萬一這個線程不小心析構了這個對象，而這個對象所屬的那個線程正要訪問這個對象（例如調(diào)用這個對象的接口），這個線程就會崩潰，因為它訪問了一個本不存在的對象（已經(jīng)被析構）。
• 為了解決這個問題，就需要盡量將對這個對象的操作移到它所屬的那個線程執(zhí)行（這里是調(diào)用這個對象的接口）以滿足線程安全性。又因為每個對象都有它所屬的事件驅(qū)動循環(huán)EventLoop，這個EventLoop通常阻塞在poll上。可以保證的是EventLoop阻塞的線程就是它所屬的那個線程，所以調(diào)用poll的線程就是這個對象所屬的線程。這就 可以讓poll返回后再執(zhí)行想要調(diào)用的函數(shù)，但是需要手動喚醒poll，否則一直阻塞在那里會耽誤函數(shù)的執(zhí)行。

runInLoop和queueInLoop函數(shù)執(zhí)行的就是上述操作

/** 1.如果事件循環(huán)不屬于當前這個線程，就不能直接調(diào)用回調(diào)函數(shù)，應該回到自己所在線程調(diào)用* 2.此時需要先添加到自己的隊列中存起來，然后喚醒自己所在線程的io復用函數(shù)（poll）* 3.喚醒方法是采用eventfd，這個eventfd只有8字節(jié)的緩沖區(qū)，向eventfd中寫入數(shù)據(jù)另poll返回* 4.返回后會調(diào)用在隊列中的函數(shù)，見EventLoop* * 舉例說明什么時候會出現(xiàn)事件驅(qū)動循環(huán)不屬于當前線程的情況* 1.客戶端close連接，服務器端某個Channel被激活，原因為EPOLLHUP* 2.Channel調(diào)用回調(diào)函數(shù)，即TcpConnection的handleClose* 3.handleClose調(diào)用TcpServer為它提供的回調(diào)函數(shù)removeConnection* 4.此時執(zhí)行的是TcpServer的removeConnection函數(shù)，* 解釋 * 1.因為TcpServer所在線程和TcpConnection所在的不是同一個線程* 2.這就導致將TcpServer暴露給了TcpConnection所在線程* 3.因為TcpServer需要將這個關閉的TcpConnection從tcp map中刪除* 就需要調(diào)用自己的另一個函數(shù)removeConnectionInLoop* 4.為了實現(xiàn)線程安全性，也就是為了讓removeConnectionInLoop在TcpServer自己所在線程執(zhí)行* 需要先把這個函數(shù)添加到隊列中存起來，等到回到自己的線程在執(zhí)行* 5.runInLoop中的queueInLoop就是將這個函數(shù)存起來* 6.而此時調(diào)用runInLoop的仍然是TcpConnection所在線程* 7.因為自始至終，removeConnection這個函數(shù)都還沒有結束* * 如果調(diào)用runInLoop所在線程和事件驅(qū)動循環(huán)線程是一個線程，那么直接調(diào)用回調(diào)函數(shù)就行了* * 在TcpServer所在線程中，EventLoop明明阻塞在poll上，這里為什么可以對它進行修改* 1.線程相當于一個人可以同時做兩件事情，一個EventLoop同時調(diào)用兩個函數(shù)就很正常了* 2.其實函數(shù)調(diào)用都是通過函數(shù)地址調(diào)用的，既然EventLoop可讀，就一定直到內(nèi)部函數(shù)的地址，自然可以調(diào)用* 3.而更改成員函數(shù)，通過地址訪問，進而修改，也是可以的*/ void EventLoop::runInLoop(Functor cb) {if (isInLoopThread()){cb();}else{queueInLoop(std::move(cb));} }

當然了，如果這個對象所屬線程和當前線程相同，就沒有線程安全性的問題，直接調(diào)用即可。否則，就需要添加到pendingFunctors_中，這正是queueInLoop的功效

/** 由runInLoop調(diào)用，也可直接調(diào)用，作用* 1.將相應的回調(diào)函數(shù)存在事件驅(qū)動循環(huán)的隊列中，等待回到自己線程再調(diào)用它* 2.激活自己線程的事件驅(qū)動循環(huán)*/ void EventLoop::queueInLoop(Functor cb) {{MutexLockGuard lock(mutex_);pendingFunctors_.push_back(std::move(cb));}if (!isInLoopThread() || callingPendingFunctors_){wakeup();} }

此處需要上鎖保護pendingFunctors_以防止多個線程同時向它添加函數(shù)。這里的鎖體現(xiàn)了RAII方法，大括號是語句塊，把里面的變量作為臨時變量處理
因為EventLoop通常阻塞在poll上，所以添加到pendingFunctors_后需要手動喚醒它，不然它一直阻塞在poll，會耽誤了函數(shù)的執(zhí)行。喚醒的方法是使用eventfd

#include <sys/eventfd.h> int eventfd(unsigned int initval, int flags);

函數(shù)用于創(chuàng)建一個eventfd文件描述符，這個描述符可用于進程/線程間的等待/喚醒。原因是內(nèi)核只為eventfd維護一個uint64_t類型的計數(shù)器，大小應該在64位。
參數(shù)initval是這個計數(shù)器的初值
flags是一些標志，可以是下面幾個的或運算結果

• EFD_NONBLOCK，非阻塞
• EFD_CLOEXEC，設置close-on-exec屬性，調(diào)用exec時會自動close
• …

eventfd也可以使用write/read等io函數(shù)進行讀寫，區(qū)別是
write每次只能寫入8字節(jié)大小的數(shù)據(jù)，內(nèi)核會將這8字節(jié)大小的數(shù)值加到計數(shù)器上
read一次性讀取這個計數(shù)器的值，并把緩沖區(qū)初始化為0。如果調(diào)用read時這個計數(shù)器值就是0，那么非阻塞時會返回EAGAIN，阻塞時會等待計數(shù)器的值變?yōu)榉?

可以把這個eventfd添加到poll中，在需要喚醒時寫入8字節(jié)數(shù)據(jù)，此時poll返回，執(zhí)行回調(diào)函數(shù)，然后執(zhí)行在pendingFunctors_中的函數(shù)。

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loop函數(shù)是EventLoop的事件驅(qū)動循環(huán)，所有的Reactor模型的loop函數(shù)都差不多。執(zhí)行的就是poll和回調(diào)函數(shù)的回調(diào)，以及pendingFunctors_中函數(shù)的調(diào)用

/* * 事件驅(qū)動主循環(huán)* * 1.每個TcpServer對應一個事件驅(qū)動循環(huán)線程池* 2.每個事件驅(qū)動循環(huán)線程池對應多個事件驅(qū)動循環(huán)線程* 3.每個事件驅(qū)動循環(huán)線程對應一個事件驅(qū)動主循環(huán)* 4.每個事件驅(qū)動主循環(huán)對應一個io多路復用函數(shù)* 5.每個io多路復用函數(shù)監(jiān)聽多個Channel* 6.每個Channel對應一個fd，也就對應一個TcpConnection或者監(jiān)聽套接字* 7.在poll返回后處理激活隊列中Channel的過程是同步的，也就是一個一個調(diào)用回調(diào)函數(shù)* 8.調(diào)用回調(diào)函數(shù)的線程和事件驅(qū)動主循環(huán)所在線程是同一個，也就是同步執(zhí)行回調(diào)函數(shù)* 9.線程池用在事件驅(qū)動循環(huán)上層，也就是事件驅(qū)動循環(huán)是線程池中的一個線程*/ void EventLoop::loop() {assert(!looping_);assertInLoopThread();looping_ = true;quit_ = false; // FIXME: what if someone calls quit() before loop() ?LOG_TRACE << "EventLoop " << this << " start looping";while (!quit_){/* 清空激活隊列 */activeChannels_.clear();/* epoll_wait返回后會將所有就緒的Channel添加到激活隊列activeChannel中 */pollReturnTime_ = poller_->poll(kPollTimeMs, &activeChannels_);++iteration_;if (Logger::logLevel() <= Logger::TRACE){printActiveChannels();}// TODO sort channel by priorityeventHandling_ = true;/* 執(zhí)行所有在激活隊列中的Channel的回調(diào)函數(shù) */for (Channel* channel : activeChannels_){currentActiveChannel_ = channel;currentActiveChannel_->handleEvent(pollReturnTime_);}currentActiveChannel_ = NULL;eventHandling_ = false;/* 執(zhí)行pendingFunctors_中的所有函數(shù) */doPendingFunctors();}LOG_TRACE << "EventLoop " << this << " stop looping";looping_ = false; }

Reactor模式的loop函數(shù)大多一個樣子

調(diào)用poll監(jiān)聽事件，返回之前將激活的Channel添加到激活隊列中

處理激活隊列中的Channel，調(diào)用回調(diào)函數(shù)

muduo中多了處理pendingFunctors_中的函數(shù)，在自己的線程調(diào)用自己的函數(shù)是安全的

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Channel的回調(diào)函數(shù)就是根據(jù)被激活原因調(diào)用不同的回調(diào)函數(shù)，這些回調(diào)函數(shù)是在TcpConnection創(chuàng)建之初被設置的。

簡單說一下Channel和TcpConnection的關系

• 每個TcpConnection對象代表一個tcp連接，所以TcpConnection中需要保存用于服務器/客戶端通信的套接字，這個套接字就記錄在Channel中
• TcpConnection在創(chuàng)建之初會為Channel設置回調(diào)函數(shù)，如果套接字可讀/可寫/錯誤/關閉等就會執(zhí)行TcpConnection中的函數(shù)
• TcpConnection在確定連接已經(jīng)建立后會向Poller注冊自己的Channel

/* TcpConnection.cc */channel_->setReadCallback(std::bind(&TcpConnection::handleRead, this, _1));channel_->setWriteCallback(std::bind(&TcpConnection::handleWrite, this));channel_->setCloseCallback(std::bind(&TcpConnection::handleClose, this));channel_->setErrorCallback(std::bind(&TcpConnection::handleError, this));

Channel的handleEvent如下
tie_是TcpConnection的弱引用，在調(diào)用TcpConnection的函數(shù)之前判斷它是否還存在，如果被析構了，那么提升的shared_ptr會是null
具體可以參考 muduo網(wǎng)絡庫學習（二）對套接字和監(jiān)聽事件的封裝Channel

/** 根據(jù)fd激活事件的不同，調(diào)用不同的fd的回調(diào)函數(shù)*/ void Channel::handleEvent(Timestamp receiveTime) {/* * RAII，對象管理資源* weak_ptr使用lock提升成shared_ptr，此時引用計數(shù)加一* 函數(shù)返回，棧空間對象銷毀，提升的shared_ptr guard銷毀，引用計數(shù)減一*/std::shared_ptr<void> guard;if (tied_){guard = tie_.lock();if (guard){handleEventWithGuard(receiveTime);}}else{handleEventWithGuard(receiveTime);} }/** 根據(jù)被激活事件的不同，調(diào)用不同的回調(diào)函數(shù)*/ void Channel::handleEventWithGuard(Timestamp receiveTime) {eventHandling_ = true;LOG_TRACE << reventsToString();if ((revents_ & POLLHUP) && !(revents_ & POLLIN)){if (logHup_){LOG_WARN << "fd = " << fd_ << " Channel::handle_event() POLLHUP";}if (closeCallback_) closeCallback_();}if (revents_ & POLLNVAL){LOG_WARN << "fd = " << fd_ << " Channel::handle_event() POLLNVAL";}if (revents_ & (POLLERR | POLLNVAL)){if (errorCallback_) errorCallback_();}if (revents_ & (POLLIN | POLLPRI | POLLRDHUP)){if (readCallback_) readCallback_(receiveTime);}if (revents_ & POLLOUT){if (writeCallback_) writeCallback_();}eventHandling_ = false; }

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EventLoop沒有特別處理定時器任務，原因是定時器任務TimerQueue也被轉換成一個文件描述符添加到Poller中，所以時間一到timerfd變?yōu)榭勺x，poll就會返回，就會調(diào)用回調(diào)函數(shù)。EventLoop只提供了runAt/runAfter/runEveny三個接口用于設置定時任務。這些在 muduo網(wǎng)絡庫學習（三）定時器TimerQueue的設計中有提及

/* * 定時器功能，由用戶調(diào)用runAt并提供當事件到了執(zhí)行的回調(diào)函數(shù)* 時間在Timestamp設置，絕對時間，單位是微秒*/ TimerId EventLoop::runAt(Timestamp time, TimerCallback cb) {/* std::move,移動語義，避免拷貝 */return timerQueue_->addTimer(std::move(cb), time, 0.0); }/** 如上，單位是微秒，相對時間*/ TimerId EventLoop::runAfter(double delay, TimerCallback cb) {Timestamp time(addTime(Timestamp::now(), delay));return runAt(time, std::move(cb)); }/** 每隔多少微秒調(diào)用一次*/ TimerId EventLoop::runEvery(double interval, TimerCallback cb) {Timestamp time(addTime(Timestamp::now(), interval));return timerQueue_->addTimer(std::move(cb), time, interval); }

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幾個C++方面的知識點

• std::move，移動語義，避免拷貝
• RAII，以鎖為例，構造時上鎖，析構時解鎖（函數(shù)返回時局部變量析構）
• 花括號語句塊
• std::unique_ptr，智能指針，不允許拷貝和賦值，獨一無二
• std::shared_ptr，智能指針，可以拷貝賦值，存在引用計數(shù)
• std::weak_ptr，弱引用，不增加引用計數(shù)，必要時可通過lock函數(shù)提升為shared_ptr

總結

以上是生活随笔為你收集整理的muduo网络库学习（四）事件驱动循环EventLoop的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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