【Muduo】三大核心之EventLoop

【Muduo】三大核心之EventLoop

码农世界 2024-05-24 前端 68 次浏览 0个评论

Muduo网络库的EventLoop模块是网络编程框架中的核心组件，负责事件循环的驱动和管理。以下是对EventLoop模块的详细介绍：

作用与功能：

  • EventLoop是网络服务器中负责循环的重要模块，它持续地监听、获取和处理各种事件，如IO事件、定时器事件等。
  • 它通过轮询访问Poller（如EPollPoller），获取激活的Channel列表，然后使Channel根据自身情况调用相应的回调函数来处理事件。
  • EventLoop确保了每个Loop都是相互独立的，拥有自己的事件循环、Poller监听者和Channel监听通道列表。

    与Poller的关系：

    • Poller负责从事件监听器上获取监听结果，即哪些文件描述符（fd）上发生了哪些事件。
    • EventLoop会轮询访问Poller，以获取这些发生事件的fd及其相关事件。

      与Channel的关系：

      • Channel类是对文件描述符(fd)以及其相关事件的封装。它保存了fd的感兴趣事件、实际发生的事件以及每种事件对应的处理函数。
      • 当Poller检测到某个fd上有事件发生时，EventLoop会找到对应的Channel，并调用其上的回调函数来处理该事件。

        线程模型：

        • EventLoop遵循“one loop one thread”的原则，即每个EventLoop都在一个独立的线程上运行。
        • 这种设计使得事件处理更加高效和清晰，避免了多线程环境下的竞态条件和同步问题。

          mainLoop和subLoop

          在Muduo网络库中，mainLoop和subLoop都是EventLoop的实例，它们分别代表主事件循环和子事件循环。

          mainLoop（主事件循环）

          • mainLoop是整个Muduo网络库的核心事件循环。它负责监听服务器套接字（通常是listenfd），并接受来自客户端的连接请求。
          • mainLoop运行一个Accrptor，包含一个Poller，用于监听一个特定的非阻塞的服务器sockfd上的读事件。当Poller检测到有读事件发生时（一般是新用户连接），mainLoop会在线程池中通过轮询算法选择一个subLoop来处理这个连接的读写和关闭事件。Acceptor将在后续阐述。
          • mainLoop遵循 “one loop one thread” 的原则，即每个mainLoop都在一个独立的线程上运行。这确保了事件处理的高效性和清晰性，避免了多线程环境下的竞态条件和同步问题。

            subLoop（子事件循环）：

            • subLoop是mainLoop的子事件循环，用于处理已建立的连接的读写和关闭事件。每个subLoop都在一个独立的线程上运行，有一个用于唤醒自身的fd和Channel，运行一个Poller，并保存自己管理的多个Channel，以实现并发处理多个连接的目的。
            • 当mainLoop接受到一个新的连接请求时，它会根据EventLoopThreadPool中的线程来选择一个subLoop，将新创建的TcpConnection的Channel放入这个subLoop中。这个subLoop会接管该连接的fd，并监听其上的读写和关闭事件。
            • subLoop中的事件处理逻辑与mainLoop类似，也是通过Poller来监听fd上的事件，并调用相应的回调函数来处理这些事件。
            • 由于subLoop是独立的线程，因此它们可以并行处理多个连接，从而提高了服务器的并发处理能力。

              总的来说，mainLoop和subLoop共同构成了Muduo网络库的事件驱动编程框架。mainLoop负责监听服务器套接字并接受连接请求，而subLoop则负责处理已建立的连接的读写和关闭事件。通过合理的线程调度和事件处理机制，Muduo网络库能够高效、稳定地处理大量的并发连接请求。

              EventLoop.h

              #pragma once
#include "noncopyable.h"
#include "Timestamp.h"
#include "CurrentThread.h"
#include "LogStream.h"
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
class Channel;
class Poller;
/**
 * 事件循环类  两大模型：Channel  Poller
 * mainLoop只负责处理IO，并返回client的fd
 * subLoop负责监听poll，并处理相应的回调
 * 两者之间通过weakupfd进行通信
*/
class EventLoop : noncopyable
{
public:
    using Functor = std::function;
    EventLoop();
    ~EventLoop();
    // 开启loop
    void loop();
    // 退出loop
    void quit();
    Timestamp pollReturnTime() const { return pollReturnTime_; }
    // 在当前loop执行cb
    void runInLoop(Functor cb);
    // 把cb放入队列，唤醒subloop所在的线程，执行cb
    void queueInLoop(Functor cb);
    size_t queueSize() const;
    // 唤醒loop所在的线程，EventLoop::queueInLoop中调用
    void wakeup();
    // EventLoop方法 =》 Poller的方法
    void updateChannel(Channel *channel);
    void removeChannel(Channel *channel);
    bool hasChannel(Channel *channel);
    // 判断EventLoop对象是否在自己的线程中
    bool isInLoopThread() const {
        return threadId_ == CurrentThread::tid();
    }
private:
    // waked up后的一个操作 
    void handleRead();       
    // 执行回调
    void doPendingFunctors(); 
    using ChannelList = std::vector;
    std::atomic_bool looping_; // 原子操作，通过CAS实现
    std::atomic_bool quit_;    // 标识退出loop循环
    const pid_t threadId_; // 记录当前loop所属的线程id
    Timestamp pollReturnTime_; // poller返回发生事件的channels的时间点
    std::unique_ptr poller_;
    int wakeupFd_; // 当mainLoop获取一个新用户的channel，通过轮询算法选择一个subloop，通过该成员唤醒subloop处理channel。使用eventfd
    // unlike in TimerQueue, which is an internal class,
    // we don't expose Channel to client.
    std::unique_ptr wakeupChannel_;
    // scratch variables
    ChannelList activeChannels_;
    std::atomic_bool callingPendingFunctors_; // 标识当前loop是否有需要执行的回调操作，正在执行则为true
    std::vector pendingFunctors_;    // 存储loop需要执行的所有回调操作
    std::mutex mutex_;                        // 保护pendingFunctors_线程安全
};

              EventLoop.cc

              #include "EventLoop.h"
#include "LogStream.h"
#include "Poller.h"
#include "Channel.h"
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
// 防止一个线程创建多个EventLoop    threadLocal
__thread EventLoop *t_loopInThisThread = nullptr;
// 定义Poller超时时间
const int kPollTimeMs = 10000;
// 创建weakupfd，用来notify唤醒subReactor处理新来的channel
int createEventfd()
{
    int evtfd = ::eventfd(0, EFD_NONBLOCK | EFD_CLOEXEC);
    if (evtfd < 0)
    {
        LOG_FATAL << "Failed in eventfd" << errno;
    }
    return evtfd;
}
EventLoop::EventLoop()
    : looping_(false),
      quit_(false),
      callingPendingFunctors_(false),
      threadId_(CurrentThread::tid()),
      poller_(Poller::newDefaultPoller(this)),
      wakeupFd_(createEventfd()),
      wakeupChannel_(new Channel(this, wakeupFd_))
{
    LOG_DEBUG << "EventLoop created " << this << " in thread " << threadId_;
    if (t_loopInThisThread)
    {
        LOG_FATAL << "Another EventLoop " << t_loopInThisThread
                  << " exists in this thread " << threadId_;
    }
    else
    {
        t_loopInThisThread = this;
    }
    // 设置weakupfd的事件类型以及发生事件后的回调操作
    wakeupChannel_->setReadCallback(std::bind(&EventLoop::handleRead, this));
    // we are always reading the wakeupfd
    // 每一个EventLoop都将监听weakupChannel的EPOLLIN读事件了
    // 作用是subloop在阻塞时能够被mainLoop通过weakupfd唤醒
    wakeupChannel_->enableReading();
}
EventLoop::~EventLoop()
{
    LOG_DEBUG << "EventLoop " << this << " of thread " << threadId_
              << " destructs in thread " << CurrentThread::tid();
    wakeupChannel_->disableAll();
    wakeupChannel_->remove();
    ::close(wakeupFd_);
    t_loopInThisThread = NULL;
}
void EventLoop::handleRead()
{
    uint64_t one = 1;
    ssize_t n = read(wakeupFd_, &one, sizeof one);
    if (n != sizeof one)
    {
        LOG_ERROR << "EventLoop::handleRead() reads " << n << " bytes instead of 8";
    }
}
void EventLoop::loop()
{
    looping_ = true;
    quit_ = false;
    LOG_INFO << "EventLoop " << this << " start looping";
    while (!quit_)
    {
        activeChannels_.clear();
        // 当前EventLoop的Poll，监听两类fd，client的fd（正常通信的，在baseloop中）和 weakupfd（mainLoop 和 subLoop 通信用来唤醒sub的）
        pollReturnTime_ = poller_->poll(kPollTimeMs, &activeChannels_);
        for (Channel *channel : activeChannels_)
        {
            // Poller监听哪些channel发生事件了，然后上报给EventLoop，通知channel处理相应的事件
            channel->handleEvent(pollReturnTime_);
        }
        // 执行当前EventLoop事件循环需要处理的回调操作
        /**
         * IO线程 mainLoop 只 accept 然后返回client通信用的fd <= 用channel打包 并分发给 subloop
         * mainLoop事先注册一个回调cb（需要subLoop来执行），weakup subloop后，
         * 执行下面的方法，执行之前mainLoop注册的cb操作（一个或多个）
         */
        doPendingFunctors();
    }
    LOG_INFO << "EventLoop " << this << " stop looping";
    looping_ = false;
}
/**
 * 退出事件循环
 * 1、loop在自己的线程中 调用quit，此时肯定没有阻塞在poll中
 * 2、在其他线程中调用quit，如在subloop（woker）中调用mainLoop（IO）的qiut
 *
 *                  mainLoop
 * 
 *      Muduo库没有 生产者-消费者线程安全的队列 存储Channel
 *      直接使用wakeupfd进行线程间的唤醒       
 *
 * subLoop1         subLoop2        subLoop3
 */
void EventLoop::quit()
{
    quit_ = true;
    // 2中，此时，若当前woker线程不等于mainLoop线程，将本线程在poll中唤醒
    if (!isInLoopThread())
    {
        wakeup();
    }
}
void EventLoop::runInLoop(Functor cb)
{
    // LOG_DEBUG<<"EventLoop::runInLoop  cb:" << (cb != 0);
    if (isInLoopThread()) // 产生段错误
    { // 在当前loop线程中 执行cb
        LOG_DEBUG << "在当前loop线程中 执行cb";
        cb();
    }
    else
    { // 在其他loop线程执行cb，需要唤醒其loop所在线程，执行cb
        LOG_DEBUG << "在其他loop线程执行cb，需要唤醒其loop所在线程，执行cb";
        queueInLoop(cb);
    }
}
void EventLoop::queueInLoop(Functor cb)
{
    {
        std::unique_lock ulock(mutex_);
        pendingFunctors_.emplace_back(cb);
    }
    // 唤醒相应的，需要执行上面回调操作的loop线程
    // 若当前线程正在执行回调doPendingFunctors，但是又有了新的回调cb
    // 防止执行完回调后又阻塞在poll上无法执行新cb，所以预先wakeup写入一个数据
    if (!isInLoopThread() || callingPendingFunctors_) 
    {
        wakeup(); // 唤醒loop所在线程
    }
}
// 用来唤醒loop所在的线程，向wakeupfd写一个数据，wakeupChannel就发生读事件，当前loop线程就会被唤醒
void EventLoop::wakeup()
{
    uint64_t one = 1;
    ssize_t n = ::write(wakeupFd_, &one, sizeof one);
    if (n != sizeof one)
    {
        LOG_ERROR << "EventLoop::wakeup() writes " << n << " bytes instead of 8";
    }
}
void EventLoop::updateChannel(Channel *channel)
{
    // channel是发起方，通过loop调用poll
    poller_->updateChannel(channel);
}
void EventLoop::removeChannel(Channel *channel)
{
    // channel是发起方，通过loop调用poll
    poller_->removeChannel(channel);
}
bool EventLoop::hasChannel(Channel *channel)
{
    return poller_->hasChannel(channel);
}
// 执行回调，由TcpServer提供的回调函数
void EventLoop::doPendingFunctors()
{
    std::vector functors;
    callingPendingFunctors_ = true; // 正在执行回调操作
    { // 使用swap，将原pendingFunctors_置空并且释放，其他线程不会因为pendingFunctors_阻塞
        std::unique_lock lock(mutex_);
        functors.swap(pendingFunctors_);
    }
    for (const Functor &functor : functors)
    {
        functor(); // 执行当前loop需要的回调操作
    }
    callingPendingFunctors_ = false;
}

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