项目总结:muduo网络库的整体流程

Unix/Linux上的五种IO模型

好的网络服务器设计

在这个多核时代，服务端网络编程如何选择线程模型呢？ 赞同libev作者的观点：one loop per
thread is usually a good model，这样多线程服务端编程的问题就转换为如何设计一个高效且易于使
用的event loop，然后每个线程run一个event loop就行了（当然线程间的同步、互斥少不了，还有其
它的耗时事件需要起另外的线程来做）。

event loop 是 non-blocking 网络编程的核心，在现实生活中，non-blocking 几乎总是和 IO
multiplexing 一起使用，原因有两点：
1.没有人真的会用轮询 (busy-pooling) 来检查某个 non-blocking IO 操作是否完成，这样太浪费
CPU资源了。
2.IO-multiplex 一般不能和 blocking IO 用在一起，因为 blocking IO 中
read()/write()/accept()/connect() 都有可能阻塞当前线程，这样线程就没办法处理其他 socket
上的 IO 事件了。

所以，当我们提到 non-blocking 的时候，实际上指的是 non-blocking + IO-multiplexing，单用其
中任何一个都没有办法很好的实现功能

muduo核心组件示意图

muduo大致流程

1. TcpServer 的初始化

• TcpServer 是整个服务器的核心组件，负责处理客户端连接请求。
• 初始化 TcpServer 对象时，会创建一个 Acceptor，它包含一个监听文件描述符（listenfd）和一个 acceptChannel，用于监听新连接事件。
• 通过 setNewConnectionCallback 将 TcpServer::newConnection 方法设置为 Acceptor 的回调函数，当有新连接到来时，触发此回调。

2. 主线程的 EventLoop (mainLoop)

• mainLoop 是主线程中的 EventLoop 对象，负责监听 Acceptor 的事件。
• TcpServer::start 方法会启动 EventLoopThreadPool，创建多个子线程，每个子线程运行一个独立的 EventLoop，称为 subLoop。
• 主线程的 mainLoop 主要负责监听新的连接请求，而客户端的具体数据处理会分配给 subLoop。

3. EventLoopThreadPool 的工作机制

• EventLoopThreadPool 是一个线程池，用于管理多个 EventLoop 线程。
• 通过 start 方法启动 EventLoopThreadPool，创建 numThreads_ 个线程，每个线程都运行一个 subLoop。
• 每个 subLoop 都是一个独立的 EventLoop，和主线程的 mainLoop 平行工作，用于处理客户端的 I/O 事件。

4. Acceptor 的事件处理

• Acceptor 的作用是接受新的客户端连接。
• 它在主线程的 mainLoop 中监听 listenfd 的读事件，一旦有新的连接请求到来，就会触发 acceptChannel 的读回调，即 handleRead() 方法。
• handleRead() 方法会调用 newConnectionCallback，即 TcpServer::newConnection，来处理新的连接。

5. TcpServer::newConnection：处理新连接

• 在 newConnection 中，TcpServer 创建一个新的 TcpConnection 对象来表示客户端连接。
• 然后，TcpServer 使用轮询算法选择一个 subLoop（从多个子线程的 EventLoop 中选择一个），将新的连接分配给该 subLoop。
• 具体步骤：
  • 根据轮询算法选择 subLoop，将新的 connfd 转换为一个 channel。
  • 将 TcpConnection 的回调函数注册到 subLoop 上，以便在该子线程中处理客户端的事件。

6. Reactor 模式的实现（每个线程一个 Reactor）

• 每个 EventLoop 充当一个 Reactor，负责在其线程中管理和处理所有事件。
• 主线程的 mainLoop 只负责新的连接请求的监听，而所有的客户端 I/O 事件都会在 subLoop 中处理。
• 每个 subLoop 都包含一个 EPollPoller，用于监听事件，通过 poll() 方法轮询事件并执行相应的回调。

7. 线程间的唤醒机制

• 当主线程将新的连接分配给某个 subLoop 时，需要唤醒该子线程，以便立即处理新的连接。
• 通过 eventfd 或 socketpair 实现线程间的唤醒机制。
• 每个 subLoop 线程都有一个 wakeUpFd，主线程通过写入 wakeUpFd 唤醒子线程。

8. TcpConnection 的回调处理

• TcpConnection 表示一个客户端连接，负责具体的读写数据操作。
• 它包含了两个主要的回调函数：
  • onConnection：当连接建立时触发，业务逻辑可以选择在这里处理一些连接初始化工作。
  • onMessage：当有数据到达时触发，用于读取和处理客户端发送的数据。
• 这些回调会被注册到 subLoop 中，在 subLoop 监听到客户端事件后，自动执行相应的回调函数。

9. 数据发送和接收

• 当客户端发送数据时，onMessage 回调被触发，TcpConnection 会从 connfd 中读取数据并进行处理。
• 当服务器需要发送数据给客户端时，TcpConnection 负责将数据写入 connfd，并确保数据被正确发送给客户端。

10.定时器

---->eventloop中timerqueue对象创建完成,此时timerqueue中构造函数会建立一个timerqueue::m_timerfd和timerqueue::m_timerfdChannel，用于注册可读定时器事件和唤醒poller::poll()。

---->eventloop对象创建完成，

---->eventloop::runAfter()　　这个是为用户提供操作的，用来在eventloop中设置一个定时操作。

--->eventloop::runAt()

---->timerqueue::addTimer() 到此我们可以看出来，eventloop::run_XXX系列函数归根结底就是在timerqueue中添加一个定时器并设置定时器回调函数，那么timerqueue是如何知道现在有定时器到时了呢？

---->eventloop::runInLoop(timerqueue::addTimerInLoop)　　

---->eventloop::queueInLoop(timerqueue::addTimerInLoop)，此时任务队列不为空，eventloop::m_wakefd会立即唤醒poller::poll()执行任务队列中的函数(timerqueue::addTimerInLoop)

----->resetTimerfd(timerqueue::m_timerfd,expiration)，到现在才只是完成了timerfd_settime()操作，经过expiration秒后，timerqueue::m_timerfd就会发起可读定时器事件，

---->poller::poll()被m_timerfd可读事件唤醒，通过timerqueue::m_timerChannel来处理这个可读定时器事件

------>timerqueue::m_timerChannel会回调timerqueue::handleRead()函数：1.找到所有过期的定时器集合，

2.运行这些过期定时器的回调函数。

至此，从eventloop::runAfter()到真正的定时器函数调用才最终完成。

11.连接的关闭与资源清理

• 当连接需要关闭时，TcpConnection 会调用 closeCallback。
• closeCallback 通常指向 TcpServer::removeConnection 方法，用于将连接从 subLoop 中移除，并执行清理工作。
• 关闭操作完成后，TcpConnection 对象会被销毁，释放连接资源。

总结

1. 主线程通过 mainLoop 负责监听新连接请求。
2. 新连接到来时，TcpServer 将其分配给一个 subLoop，由子线程负责处理。
3. EventLoopThreadPool 提供了多个 subLoop 线程，实现多线程处理能力。
4. 每个 subLoop 都是一个 Reactor，负责在各自的线程中管理客户端的 I/O 事件。
5. 通过 eventfd 或 socketpair 实现线程间的唤醒，使得主线程可以及时通知子线程处理新连接。
6. TcpConnection 用于管理每个客户端连接，包括数据的读写和连接的关闭。

这样的设计实现了一个高效的多线程网络服务器结构，充分利用了多核 CPU 的并行处理能力，实现了高性能的网络 I/O 处理。