Linux服务器开发，2小时搞定高并发网络编程

Love The Way You Lie 2023-01-06 11:52 92阅读 0赞

## linux服务器开发相关视频解析： ##

[linux多线程之epoll原理剖析与reactor原理及应用][linux_epoll_reactor]  
[epoll的具体实现与epoll线程安全][epoll_epoll]  
[腾讯T2.3亲身经历分享，腾讯offer的获取之路及linux后台开发学习路线][T2.3_offer_linux]

## 一、使用多线程处理高并发的弊端 ##

多线程处理高并发是常用同时处理多个并发用户请求的方式，但线程数过多会增加系统的资源消耗（线程本身占用的资源+线程切换带来的系统开销），同时因硬件和软件的限制，操作系统支持的线程数有限，也抑制了系统的吞吐量。

以餐饮为例，每一个人来就餐就是一个事件，他会先看一下菜单，然后点餐。就像一个网站会有很多的请求，要求服务器做一些事情。处理这些就餐事件的就需要我们的服务人员了。

餐饮为例 在多线程处理的方式会是这样的： 一个人来就餐，一个服务员去服务，然后客人会看菜单，点菜。 服务员将菜单给后厨。 二个人来就餐，二个服务员去服务…… 五个人来就餐，五个服务员去服务……

这个就是多线程的处理方式，一个事件到来，就会有一个线程服务。很显然这种方式在人少的情况下会有很好的用户体验，每个客人都感觉自己是VIP，专人服务的。如果餐厅一直这样同一时间最多来5个客人，这家餐厅是可以很好的服务下去的。

来了一个好消息，因为这家店的服务好，吃饭的人多了起来。同一时间会来10个客人，老板很开心，但是只有5个服务员，这样就不能一对一服务了，有些客人就要没有人管了。老板就又请了5个服务员，现在好了，又能每个人都受VIP待遇了。

越来越多的人对这家餐厅满意，客源又多了，同时来吃饭的人到了20人，老板高兴不起来了，再请服务员吧，占地方不说，还要开工钱，再请人就攒不到钱了。怎么办呢？老板想了想，10个服务员对付20个客人也是能对付过来的，服务员勤快点就好了，伺候完一个客人马上伺候另外一个，还是来得及的。综合考虑了一下，老板决定就使用10个服务人员的线程池啦~~~

但是这样有一个比较严重的缺点就是，如果正在接受服务员服务的客人点菜很慢，其他的客人可能就要等好长时间了。有些火爆脾气的客人可能就等不了走人了。

来，直接上演示代码：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

编译&运行：  
![在这里插入图片描述][20210114160416482.png_pic_center]

然后使用浏览器直接访问： http://192.168.1.152:80 就可以看到运行效果。

**【文章福利】需要C/C++ Linux服务器架构师学习资料加群812855908（资料包括C/C++，Linux，golang技术，Nginx，ZeroMQ，MySQL，Redis，fastdfs，MongoDB，ZK，流媒体，CDN，P2P，K8S，Docker，TCP/IP，协程，DPDK，ffmpeg等）**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70]

## 二、更高效的实现，Reactor 模式 ##

老板后来发现，客人点菜比较慢，大部服务员都在等着客人点菜，其实干的活不是太多。老板能当老板当然有点不一样的地方，终于发现了一个新的方法，那就是：当客人点菜的时候，服务员就可以去招呼其他客人了，等客人点好了菜，直接招呼一声“服务员”，马上就有个服务员过去服务。嘿嘿，然后在老板有了这个新的方法之后，就进行了一次裁员，只留了一个服务员！这就是用单个线程来做多线程的事。

这就是Reactor 的设计模式，实际的餐馆都是用的Reactor模式在服务。一些设计的模型其实都是从生活中来的。Reactor模式主要是提高系统的吞吐量，在有限的资源下处理更多的事情。

在单核的机上，多线程并不能提高系统的性能，除非在有一些阻塞的情况发生。否则线程切换的开销会使处理的速度变慢。就像你一个人做两件事情，1、削一个苹果。2、切一个西瓜。那你可以一件一件的做，我想你也会一件一件的做。如果这个时候你使用多线程，一会儿削苹果，一会切西瓜，可以相像究竟是哪个速度快。这也就是说为什么在单核机上多线程来处理可能会更慢。

Reactor 模式  
Reactor这个词译成汉语还真没有什么合适的，很多地方叫反应器模式，但更多好像就直接叫reactor模式了，其实我觉着叫应答者模式更好理解一些。通过了解，这个模式更像一个侍卫，一直在等待你的召唤，或者叫召唤兽。

并发系统常使用reactor模式，代替常用的多线程的处理方式，节省系统的资源，提高系统的吞吐量。

Reactor 模式在Linux 系统高性能编程种对应的实现是Epoll ,其工作原理如下图：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]

Reactor 优点：

1）响应快，不必为单个同步时间所阻塞，虽然Reactor本身依然是同步的；  
2）编程相对简单，可以最大程度的避免复杂的多线程及同步问题，并且避免了多线程/进程的切换开销；  
3）可扩展性，可以方便的通过增加Reactor实例个数来充分利用CPU资源；  
4）可复用性，reactor框架本身与具体事件处理逻辑无关，具有很高的复用性。

## 三、Epoll 多路IO复用API ##

EPOLL  
1.创建EPOLL 句柄  
int epoll\_create(int size);

2.向EPOLL对象中添加、修改或者删除感兴趣的事件  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]

3.收集在epoll监控的事件中已经发生的事件  
int epoll\_wait(int epfd, struct epoll\_event \* events, int maxevents, int timeout)

关键结构：  
![在这里插入图片描述][20210114160524993.png_pic_center]

## 四、Epoll 范例实现 ##

范例实现

了解了Epoll 的工作原理和api 以后，我们通过一下例程来使用epoll实现之前的例子：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]

编译运行：  
![在这里插入图片描述][20210114160604175.jpg_pic_center]

[linux_epoll_reactor]: https://www.bilibili.com/video/BV1sK411u7tK/
[epoll_epoll]: https://www.bilibili.com/video/BV1PA41147Ad/
[T2.3_offer_linux]: https://www.bilibili.com/video/BV14v411z7H2/
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]: /images/20221119/2f44c24860da4c209503b6f417cccbe6.png
[20210114160416482.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/20210114160416482.png#pic_center
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70]: https://img-blog.csdnimg.cn/20210114161306386.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]: https://img-blog.csdnimg.cn/20210114160437564.jpg?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]: https://img-blog.csdnimg.cn/20210114160505428.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center
[20210114160524993.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/20210114160524993.png#pic_center
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]: https://img-blog.csdnimg.cn/20210114160541370.jpg?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwOTg5NzY5,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center
[20210114160604175.jpg_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/20210114160604175.jpg#pic_center