libevent的evbuffer

libevent的evbuffer详解(含源码详细注释+测试用例)

https://blog.csdn.net/FreeeLinux/article/details/52799951

前天剖析了libevent的事件链表tail queue,今天来剖析一下它的evbuffer。evbuffer是libevent中的缓冲区模块,支持读写数据,尤其是可以按行读取,特别是TCP这种基于字节流的数据,需要从字节流解析自己的通讯协议,借助缓冲区保存多余的数据,以便和下一次读到的数据合并分析。

evbuffer对外提供的一系列函数简介,可以参看这篇博客:http://blog.sina.com.cn/s/blog_4ab24dd501013d0h.html

我的这篇博客主要用来分析源码,并附上详细注释。

下面是evbuffer结构体:

//libevnet的缓冲模块
struct evbuffer {
    u_char *buffer;    //当前存放有效数据的缓冲区的内存起始地址
    u_char *orig_buffer;   //整个分配(realloc)用来缓冲的内存起始地址
 
     size_t misalign;  //origin_buffer和buffer之间的字节数
     size_t totallen;   //整个分配用来缓冲的内存字节数
    size_t off;           //当前存放有效数据的缓冲区的长度(字节数)
 
    void (*cb)(struct evbuffer *, size_t, size_t, void *);  //缓冲区有变化时调用的回调函数,可以不设置
    void *cbarg;   //回调函数的参数
};
那么怎么理解evbuffer呢?请看下图:

orig_buffer就是指向你申请的总大小,buffer是实际存放数据的大小。读数据从前往后读,写数据相当于追加数据。有以下几种情况:

1.刚开始orign_buffer=buffer,misalign=off=0,放入数据,off增加,即buffer指向的有效数据区增加。

2.读取了一部分数据,一部分数据变为used已经使用了,那么就干掉用过的那部分,buffer向后移,misalign增加,off减小。

3.如果要些数据,那么进行相应的判断,free space是否足够,这是有这几种情况:

     (1)足够,那么直接追加在buffer后面即可。

     (2)free space不够,used区域,也就是已经使用过的但目前没有利用的区域有空间,那么将buffer挪回orig_buffer,相当于扩大free space,再写数据。

     (3)都不够,那么直接扩大内存,以realloc方式,最少一次扩大256字节,后面每次以2倍的方式扩大,和STL的vectot内存策略一样。

下面我将源码附带注释贴出来,这些都在buffer.c中:

#ifdef HAVE_CONFIG_H
#include "config.h"
#endif
 
#ifdef WIN32
#include <winsock2.h>
#include <windows.h>
#endif
 
#ifdef HAVE_VASPRINTF
/* If we have vasprintf, we need to define this before we include stdio.h. */
#define _GNU_SOURCE
#endif
 
#include <sys/types.h>
 
#ifdef HAVE_SYS_TIME_H
#include <sys/time.h>
#endif
 
#ifdef HAVE_SYS_IOCTL_H
#include <sys/ioctl.h>
#endif
 
#include <assert.h>
#include <errno.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#ifdef HAVE_STDARG_H
#include <stdarg.h>
#endif
#ifdef HAVE_UNISTD_H
#include <unistd.h>
#endif
 
#include "event.h"
#include "config.h"
#include "evutil.h"
 
struct evbuffer *
evbuffer_new(void)
{
    struct evbuffer *buffer;
    
    buffer = calloc(1, sizeof(struct evbuffer));  //动态分配一个evbuffer
 
    return (buffer);
}
 
void
evbuffer_free(struct evbuffer *buffer)
{
    if (buffer->orig_buffer != NULL)    //先判断orig_buffer是否需要释放,防止内存泄漏
        free(buffer->orig_buffer);
    free(buffer);
}
 
/* 
 * This is a destructive add.  The data from one buffer moves into
 * the other buffer.
 */
 
#define SWAP(x,y) do { \        //这个是传说中的单向swap???
    (x)->buffer = (y)->buffer; \
    (x)->orig_buffer = (y)->orig_buffer; \
    (x)->misalign = (y)->misalign; \
    (x)->totallen = (y)->totallen; \
    (x)->off = (y)->off; \
} while (0)
 
//移动数据从一个evbuffer到另一个evbuffer
int
evbuffer_add_buffer(struct evbuffer *outbuf, struct evbuffer *inbuf)
{
    int res;
 
    /* Short cut for better performance */
    if (outbuf->off == 0) {      //如果输出outbuf无有效数据,直接交换,无数据outbuf和有数据inbuf交换会清除inbuf中的数据
        struct evbuffer tmp;
        size_t oldoff = inbuf->off;
 
        /* Swap them directly */
        SWAP(&tmp, outbuf);    //这里就用了上面那个单向swap,用了3次
        SWAP(outbuf, inbuf);
        SWAP(inbuf, &tmp);
 
        /* 
         * Optimization comes with a price; we need to notify the
         * buffer if necessary of the changes. oldoff is the amount
         * of data that we transfered from inbuf to outbuf
         */
        if (inbuf->off != oldoff && inbuf->cb != NULL)     //如果inbuf->off!=oldoff说明交换成功,若设置回调就调用
            (*inbuf->cb)(inbuf, oldoff, inbuf->off, inbuf->cbarg);
        if (oldoff && outbuf->cb != NULL)   //如果老的oldoff有货,且输出outbuf设置就调用
            (*outbuf->cb)(outbuf, 0, oldoff, outbuf->cbarg);
        
        return (0);
    }
 
    res = evbuffer_add(outbuf, inbuf->buffer, inbuf->off);   //将in的evbuffer追加到outbuf中,这里不完美,如果inbuf->off为0,就不用调用
    if (res == 0) {
        /* We drain the input buffer on success */
        evbuffer_drain(inbuf, inbuf->off);
    }
 
    return (res);
}
 
int
evbuffer_add_vprintf(struct evbuffer *buf, const char *fmt, va_list ap)
{
    char *buffer;
    size_t space;
    size_t oldoff = buf->off;  
    int sz;
    va_list aq;
 
    /* make sure that at least some space is available */
    evbuffer_expand(buf, 64);    //64不是要直接去扩展64字节,而是用64作为基准去衡量有没有free空间
    for (;;) {                                  //如果连64字节都不够,才进行相应的扩展
        size_t used = buf->misalign + buf->off;   
        buffer = (char *)buf->buffer + buf->off;
        assert(buf->totallen >= used);
        space = buf->totallen - used;    //空闲空间
 
#ifndef va_copy
#define    va_copy(dst, src)    memcpy(&(dst), &(src), sizeof(va_list))   //va_list拷贝
#endif
        va_copy(aq, ap);
 
        sz = evutil_vsnprintf(buffer, space, fmt, aq);   //交给该函数实现
 
        va_end(aq);
 
        if (sz < 0)    //失败返回
            return (-1);
        if ((size_t)sz < space) {   //返回大小小于space
            buf->off += sz;       //更新偏移
            if (buf->cb != NULL)    //如果设置了,调用
                (*buf->cb)(buf, oldoff, buf->off, buf->cbarg);
            return (sz);
        }
        if (evbuffer_expand(buf, sz + 1) == -1)    //确保字符串和\0都被写入了buffer的有效地址,防止\0写入位置越界
            return (-1);
 
    }
    /* NOTREACHED */
}
 
//添加一个格式化的字符串到evbuffer尾部
int
evbuffer_add_printf(struct evbuffer *buf, const char *fmt, ...)  
{
    int res = -1;
    va_list ap;
 
    va_start(ap, fmt);
    res = evbuffer_add_vprintf(buf, fmt, ap);   //调用该函数实现
    va_end(ap);
 
    return (res);
}
 
/* Reads data from an event buffer and drains the bytes read */
//读取evbuffer缓冲区的数据到data中,长度为datlen
int
evbuffer_remove(struct evbuffer *buf, void *data, size_t datlen)
{
    size_t nread = datlen;
    if (nread >= buf->off)    //如果大,读已有的
        nread = buf->off;
 
    memcpy(data, buf->buffer, nread); 
    evbuffer_drain(buf, nread);    //同样调用消耗函数,清除已读数据
    
    return (nread);
}
 
/*
 * Reads a line terminated by either '\r\n', '\n\r' or '\r' or '\n'.
 * The returned buffer needs to be freed by the called.
 */
//读取以\r或\n结尾的一行数据
char *
evbuffer_readline(struct evbuffer *buffer)
{
    u_char *data = EVBUFFER_DATA(buffer); //(x)->buffer
    size_t len = EVBUFFER_LENGTH(buffer); //(x)->off,不知道为什么只有此处用了这两个宏,本文件其它可用的地方都没有用
    char *line;
    unsigned int i;
 
    for (i = 0; i < len; i++) {
        if (data[i] == '\r' || data[i] == '\n')
            break;
    }
 
    if (i == len)   //没找到\r或\n直接返回NULL
        return (NULL);
 
    if ((line = malloc(i + 1)) == NULL) {
        fprintf(stderr, "%s: out of memory\n", __func__);
        return (NULL);
    }
 
    memcpy(line, data, i);    //从buffer拷贝到line
    line[i] = '\0';
 
    /*
     * Some protocols terminate a line with '\r\n', so check for
     * that, too.
     */
    if ( i < len - 1 ) {      //如果找到的小于len-1,有些协议可能存在\r\n情况,也要处理一下
        char fch = data[i], sch = data[i+1];
 
        /* Drain one more character if needed */
        if ( (sch == '\r' || sch == '\n') && sch != fch )
            i += 1;    //如果是\r\n,再往后走一个
    }
 
    evbuffer_drain(buffer, i + 1);    //注意参数i=1,因为drain函数中用buffer+=len得到新buffer的位置
 
    return (line);   //返回数据
}
 
/* Adds data to an event buffer */
//此函数是evbuffer的调整函数,将evbuffer的buffer段前移到起始位置orig_buffer
static void
evbuffer_align(struct evbuffer *buf)  
{
    memmove(buf->orig_buffer, buf->buffer, buf->off);    //直接调用memmove
    buf->buffer = buf->orig_buffer;
    buf->misalign = 0;            //更新misalign
}
 
/* Expands the available space in the event buffer to at least datlen */
 
int
evbuffer_expand(struct evbuffer *buf, size_t datlen)
{
    size_t need = buf->misalign + buf->off + datlen;   //先计算总需求
 
    /* If we can fit all the data, then we don't have to do anything */
    if (buf->totallen >= need)    //如果够,不扩展,直接返回
        return (0);
 
    /*
     * If the misalignment fulfills our data needs, we just force an
     * alignment to happen.  Afterwards, we have enough space.
     */
    if (buf->misalign >= datlen) {  //如果前面0->misalign空间足够datlen,将evbuffer调整,将buffer段内数据前移
        evbuffer_align(buf);
    } else {                                     //不够就另外开辟一段空间
        void *newbuf;
        size_t length = buf->totallen;     //总大小
 
        if (length < 256)       //最少一次性开辟256字节
            length = 256;
        while (length < need)     //如果总大小都小于需求,就直接开辟2倍,类似于STL中vector的内存策略
            length <<= 1;
 
        if (buf->orig_buffer != buf->buffer)    //另外开辟前先把buffer前移到起始位置
            evbuffer_align(buf);
        if ((newbuf = realloc(buf->buffer, length)) == NULL)    //开辟另外的内存空间
            return (-1);
 
        buf->orig_buffer = buf->buffer = newbuf;   //将两个buffer指针更新到新的内存地址
        buf->totallen = length;    //更新总大小
    }
 
    return (0);
}
 
//将data追加到buffer中   
//这个函数有个bug,它没有判断datlen的大小,如果datlen=0,那么直接返回就行了
int
evbuffer_add(struct evbuffer *buf, const void *data, size_t datlen)
{
    size_t need = buf->misalign + buf->off + datlen;  //首先判断缓冲区大小,buf->off是已经存放的有效数据长度
    size_t oldoff = buf->off;
 
    if (buf->totallen < need) {    //如果总大小容纳不下datalen大小,扩充容量
        if (evbuffer_expand(buf, datlen) == -1)
            return (-1);
    }
 
    memcpy(buf->buffer + buf->off, data, datlen);    //将data追加到buffer+off后
    buf->off += datlen;    //off长度增加
 
    if (datlen && buf->cb != NULL)     //如果长度大于0且设置了回调函数,则调用回调函数
        (*buf->cb)(buf, oldoff, buf->off, buf->cbarg);  //没设置就什么也不做
 
    return (0);
}
 
//该函数有两个作用,其一是完全清除有效缓冲区,len设置为>=off即可,相当于有效缓冲区全部消耗掉
//其二是消耗一部分缓冲区,缓冲区前段消耗掉,相当于向后移动,misalign增大,off减小
void
evbuffer_drain(struct evbuffer *buf, size_t len)
{
    size_t oldoff = buf->off;
 
    if (len >= buf->off) {  //如果消耗的len的长度大于等于缓冲区off的长度,清空缓冲区
        buf->off = 0;
        buf->buffer = buf->orig_buffer;
        buf->misalign = 0;
        goto done;     //这个goto我暂时没看出来有什么用,我认为可以用if-else替换
    }
 
    //如果消耗的len不大于off,有效缓冲区向前移动,前面的一部分被读取,misalign增大,off减小?
    buf->buffer += len;
    buf->misalign += len;
 
    buf->off -= len;
 
 done:
    /* Tell someone about changes in this buffer */
    if (buf->off != oldoff && buf->cb != NULL)
        (*buf->cb)(buf, oldoff, buf->off, buf->cbarg);
 
}
 
/*
 * Reads data from a file descriptor into a buffer.
 */
 
#define EVBUFFER_MAX_READ    4096       //evbuffer的最大可读字节数
 
//值得注意evbuffer_read并不是相对evbuffer_write,它是从描述符往buffer读数据,evbuffer_remove才是读取evbuffer数据
//从fd上往buffer读取数据,如果缓冲区不够,则expand
int
evbuffer_read(struct evbuffer *buf, int fd, int howmuch)
{
    u_char *p;
    size_t oldoff = buf->off;
    int n = EVBUFFER_MAX_READ;    //最大字节数
 
#if defined(FIONREAD)
#ifdef WIN32
    long lng = n;
    if (ioctlsocket(fd, FIONREAD, &lng) == -1 || (n=lng) <= 0) {
#else
    if (ioctl(fd, FIONREAD, &n) == -1 || n <= 0) {
#endif
        n = EVBUFFER_MAX_READ;
    } else if (n > EVBUFFER_MAX_READ && n > howmuch) {
        /*
         * It's possible that a lot of data is available for
         * reading.  We do not want to exhaust resources
         * before the reader has a chance to do something
         * about it.  If the reader does not tell us how much
         * data we should read, we artifically limit it.
         */
        if ((size_t)n > buf->totallen << 2)
            n = buf->totallen << 2;
        if (n < EVBUFFER_MAX_READ)
            n = EVBUFFER_MAX_READ;
    }
#endif    
    if (howmuch < 0 || howmuch > n)    //如果设置要读的字节数小于0或大于n,就让它读默认的4096个字节
        howmuch = n;     
 
    /* If we don't have FIONREAD, we might waste some space here */
    if (evbuffer_expand(buf, howmuch) == -1)  //如果不够4096就扩充
        return (-1);
 
    /* We can append new data at this point */
    p = buf->buffer + buf->off;    //p指向free space
 
#ifndef WIN32
    n = read(fd, p, howmuch);   //系统调用read
#else
    n = recv(fd, p, howmuch, 0);
#endif
    if (n == -1)      //失败-1返回
        return (-1);
    if (n == 0)              //如果为0返回0,读到0个字节
        return (0);
 
    buf->off += n;      //读到数据后,更新off
 
    /* Tell someone about changes in this buffer */
    if (buf->off != oldoff && buf->cb != NULL)   //如果读到数据且设置了回调就调用 
        (*buf->cb)(buf, oldoff, buf->off, buf->cbarg);
 
    return (n);   //返回读到的字节数
}
 
//把buffer的数据写入到文件描述符fd上,如果写入成功,调用evbuffer_drain删除已写数据
int
evbuffer_write(struct evbuffer *buffer, int fd)  
{
    int n;
 
#ifndef WIN32
    n = write(fd, buffer->buffer, buffer->off);  //直接写
#else
    n = send(fd, buffer->buffer, buffer->off, 0);
#endif
    if (n == -1)
        return (-1);
    if (n == 0)
        return (0);
    evbuffer_drain(buffer, n);    //写入到fd后,删除buffer中的数据,相当于消耗掉了
 
    return (n);
}
 
//查找字符串what
u_char *
evbuffer_find(struct evbuffer *buffer, const u_char *what, size_t len)
{
    u_char *search = buffer->buffer, *end = search + buffer->off;
    u_char *p;
 
    while (search < end &&                                        
        (p = memchr(search, *what, end - search)) != NULL) {   //在search和end的范围内查找*what,注意这实在匹配第一个字符
        if (p + len > end)     //未找到
            break;
        if (memcmp(p, what, len) == 0)   //匹配到第一个字符后比较len长度的内存相等则返回,这两个函数组合也算是一种字符串匹配算法
            return (p);                              //话说这个查找算法可以用KMP
        search = p + 1;     //不相等后移一个字符,继续查找
    }
 
    return (NULL);
}
 
//缓冲区变化时设置的回调回掉函数
void evbuffer_setcb(struct evbuffer *buffer,
    void (*cb)(struct evbuffer *, size_t, size_t, void *),
    void *cbarg)
{
    buffer->cb = cb;
    buffer->cbarg = cbarg;
}
下面是我借用上文所说博客的例子,这是一段帮助理解evbuffer的程序。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <assert.h>
#include <event.h>
 
int main()
{
    struct evbuffer* buff = NULL;
    char c, c2[3] = {0};
 
    buff = evbuffer_new();
    assert(buff != NULL);
 
    evbuffer_add(buff, "1", 1);
    evbuffer_add(buff, "2", 1);
    evbuffer_add(buff, "3", 1);
    evbuffer_add_printf(buff, "%d%d", 4, 5);
    assert(buff->off == 5);
 
    evbuffer_remove(buff, &c, sizeof(char));
    assert(c == '1');
    evbuffer_remove(buff, &c, sizeof(char));
    assert(c == '2');
    evbuffer_remove(buff, &c, sizeof(char));
    assert(c == '3');
 
    evbuffer_remove(buff, c2, 2);
    assert(strcmp(c2, "45") == 0);
 
    assert(buff->off == 0);
 
    evbuffer_add(buff, "test\r\n", 6);
    assert(buff->off == 6);
 
    char *line = evbuffer_readline(buff);
    assert(strcmp(line, "test") == 0);
    assert(buff->off == 0);
    free(line);       //notice,dll applied for memory, must free here
 
    evbuffer_free(buff);
    printf("well\n");
 
    return 0;
}
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