UDP实现高并发其实非常简单

深碍√TFBOYSˉ_ 2022-10-22 02:57 116阅读 0赞

UDP越来越被重视了，人们期望它和TCP一样，但是呢？…

UDP能不能像TCP那样做高并发？

内核早在3.9版本就支持REUSEPORT了，但直到2015年底，我也只能做个表面上(看起来像那么回事，但实际上就是垃圾的东西)的东西：  
[https://blog.csdn.net/dog250/article/details/17061277][https_blog.csdn.net_dog250_article_details_17061277]  
但也只是看起来像，除此之外，我当时的想法相当于垃圾。

UDP做高并发非常简单，和TCP的accept模型似乎没有什么区别，下面是一个随手撸的代码，主要是跟着小小学python：

#!/usr/bin/python3
    import select
    import socket
    
    sd = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    
    sd.bind(('192.168.56.102', 1234))
    sd.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEPORT, 1)
    
    inputs = [sd]
    
    while True:
    	readable = select.select(inputs, [], [], 1.0)[0]
    	for s in readable:
    		if s == sd: # Accept 逻辑在此if分支实现
    			data, addr = s.recvfrom(1024)
    			# 创建per-客户端socket
    			csd = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    			csd.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEPORT, 1)
    			csd.bind(('192.168.56.102', 1234))
    			csd.connect(addr)
    			inputs.append(csd)
    			print('accept connection from %s:%s' % addr, 'sd[%d] created' % csd.fileno())
    		else: # 这个else分支处理per-客户端的socket
    			data, addr = s.recvfrom(1024)
    			if data:
    				print('received "%s" from %s' % (data.splitlines()[0].decode('utf-8'), addr), 'sd[%d]' % s.fileno())
    				s.sendto(data, addr)

是不是超级简单，比我之前长篇大论的垃圾强多了。

根本就一点， ***只要socket数量上去了，并发也就是上去了，*** 因为一个socket一个读队列一个写队列，你再分身文件描述符也没鸟用，唯一的办法就是创建多个socket，这样队列操作就可以彼此分开并行处理了。至于accept逻辑，那只是让UDP看起来像TCP而已，这是次要的。

由于UDP的无连接性，在实际client发送数据前，server是不知道四元组信息的，并且也不知道UDP通信的模式，如果是oneshot，pingpong形式的数据，那谈不上什么连接跟踪的必要，但是对于类似QUIC这种 ***长连接*** 的流式数据传输而言，UDP只是承载数据的一个协议而已，这个时候只要知道了四元组，当然也就可以专门创建一个socket，用connect来保持住这个 ***连接*** 了。

问题是，当有数据进入UDP处理的时候，内核协议栈如何查找到对应的socket呢？如果socket数量数以万计，查找的开销还是可观的，这里的问题有两点：

*  ***对于connected的UDP socket，无法使用REUSEPORT的四元组hash模数取余机制。***  
    REUSEPORT的四元组hash模数取余机制会导致同一个四元组随着socket数量增减而对应到不同的socket，无法和线程，epoll模型协同。详情看：  
    [https://lore.kernel.org/patchwork/patch/1129552/][https_lore.kernel.org_patchwork_patch_1129552]
 *  ***如果不能用REUSEPORT的模数取余机制，所有socket只能二元组hash来组织。***  
    所有的socket由于bind同一个地址和端口，将会位于同一个hash桶中，退化成链表。

看下效果：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2RvZzI1MA_size_16_color_FFFFFF_t_70]

所以说呢？这里就有优化空间了，如何用四元组来组织hash表呢？看这里：  
[https://blog.csdn.net/dog250/article/details/104219341][https_blog.csdn.net_dog250_article_details_104219341]

UDP在QUIC的催化作用下，近些年已经逐渐规模化了，UDP很多隐藏的实现问题逐步暴露，优化点也越来越多，事情才刚刚开始。

杏花村不让买了，也就不喝了，哎…

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浙江温州皮鞋湿，下雨进水不会胖。

[https_blog.csdn.net_dog250_article_details_17061277]: https://blog.csdn.net/dog250/article/details/17061277
[https_lore.kernel.org_patchwork_patch_1129552]: https://lore.kernel.org/patchwork/patch/1129552/
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2RvZzI1MA_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20221022/81bf789db640418c906fd057e990d0a6.png
[https_blog.csdn.net_dog250_article_details_104219341]: https://blog.csdn.net/dog250/article/details/104219341