Boost库系列:基于boost::asio的http、https serve实现方式总结

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boost官网上的例子(https://www.boost.org/doc/libs/1_67_0/doc/html/boost_asio/examples/cpp03_examples.html)实现了四种httpserver的处理方式:

1、http::server,简单的单线程服务器,只有一个主线程;

设计思想比较简单:主线程先预先申请一个连接对象connection并使用的acceptor对connection对象监听客户端的连接,连接到来后将该连接加入到连接管理connection_manager数组中,并重新预分配一个连接对象开始新一轮监听;

connection_manager调用connection的start()函数,开始向io_context投递接收请求,接收请求处理完后调用回调函数handle_read进行处理,并开始新一轮投递接收请求;

2、 http::server2  多个io_contex响应socket连接

基本原理:多个io_cotex对象可以同时存在,任何一个io_cotex对象只要调用io_contex::run()运行,它就能保证所有绑定在它身上的异步动作被检测。所以你需要检测的工作可以绑定在任意的io_cotex对象上,只要它在run()状态即可。

思路:建立io_contex池,为每一个io_contex对象开启一个线程运行io_contex::run()。其中boost::asio::signal_set对象(响应unix信号异步处理)、boost::asio::ip::tcp::acceptor对象(接收器异步监听连接的到来)绑定在固定一个io_cotex对象上,boost::asio::ip::tcp::socket对象则动态绑定到io_contex池中某个io_contex对象上,从而由io_contex池中多个io_contex对象共同分担socket需要处理的工作量。

核心代码:

//前置准备工作已经绑定信号处理signal_set对象、接收器对象acceptor_到固定的io_context对象(代码略)
//前置工作准备妥当之后进入start_accept()函数。
void server::start_accept()
{
  new_connection_.reset(new connection(
        io_context_pool_.get_io_context(), //从io_context池中取下一个io_context对象出来进行绑定
        request_handler_));
  acceptor_.async_accept(new_connection_->socket(),//新绑定池中某个io_context对象的socket
      boost::bind(&server::handle_accept, this,
        boost::asio::placeholders::error));
}

void server::handle_accept(const boost::system::error_code& e)
{
  if (!e)
  {
    new_connection_->start(); //当前socket连接的异步处理
  }

  start_accept(); //重新将异步检测注册到io_context对象上,注io_context对象是接收器acceptor_所绑定的那个io_context对象。
}

3、 http::server3 一个io_context多个线程run()

http::server的单线程相比,http::server3主要是(1)将io_context::run()改由多线程中执行,每个线程run()实际上都是共享一个io_context对象。(2)定义boost::asio::io_contex::strand对象,由strand对象确保多线程run()执行的安全有序。

核心代码:

void connection::start()
        {
            //使用strand来保证对该socket的访问是串行化的
            socket_.async_read_some(boost::asio::buffer(buffer_),
                boost::asio::bind_executor(strand_, 
                    boost::bind(&connection::handle_read, 
                    shared_from_this(), 
                    boost::asio::placeholders::error, 
                    boost::asio::placeholders::bytes_transferred)//end bind
                )//end bind_executor
            );

        }

4、 http::server4 单线程的协程

5、http 总结

http::server没什么好说的就是一个单线程

http::server2

思想:为每个线程分配一个io_context,每个线程访问自己相关io_context的任务队列。

优点:每个线程只访问自己的任务队列,不用增加额外的锁相关开销;且保证了一个socket连接只在一个线程中,不会出现两个线程同时访问该socket的情况
缺点:会出现一个线程忙死,另一个线程闲死的情况


http::server3

思想:分配一个共享io_context,让多个线程共同调用io_context::run(),即多个线程共同抢占Io_context任务队列;

优点:每个线程的机会是均等的不会出现一个线程忙死,另一个线程闲死的情况;
缺点:多个线程访问同一个任务队列,增加额外加锁,释放锁的开销;并且因为是多个线程访问同一个任务队列,就会出现两个线程同时等待访问一个socket的情况,

    要么对该socket加锁,要么使用boost::strand来保证串行执行,不管用哪一个都增加额外开销


通过比较发现在serve2中的优点恰是serve3的缺点,serve2的缺点恰是serve3的优点,具体使用哪个方案要看具体的项目,
如果是大量同时登录且登录后操作不多的情况server2更好一点,
如果是传统应用中客户端连接数比较少,且一个客户端要对服务器做大量操作,则server3更适合;

6、https_server

https是http基础上加入ssl加密协议,相较http方式,主要差异:

a、以 boost::asio::ssl::stream<boost::asio::ip::tcp::socket>  代替 boost::asio::ip::tcp::socket。

b、服务端accept成功之后, 需要socket().async_handshake(); 成功之后才能发起异步读写。如果是客户端,也类似,客户端connect成功之后, 需要socket().async_handshake(); 成功之后才能发起异步读写。

与tcp socket相比, 多一个handshake过程。 数据的封包与解析与tcp完全一致,无需另行处理ssl协议数据,连接生成的socket对象已经自动在内部实现加解密。

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