C++實現基於單線程單客戶模型的echo程序

        一個客戶一個子線程，也是阻塞式網絡編程，它的初始化要比一個客戶一個進程模型開銷要小；但是仍適合於長連接，不適合短連接、併發數不大的情況，尤其不適合pthread_create()的開銷大於本身服務的情況；

編程模型

（1）併發服務器1，類似於一個客戶一個進程的併發服務器1，它通常阻塞在accept，阻塞返回後派生一個子線程來處理每個客戶端，每一個客戶一個線程，創建線程的開銷比fork()要低，進程的地址空間在線程內共享；（注：fork子進程是拷貝父進程的地址空間，但是寫內容時纔會申請對應的內存，也就是寫時複製的思想，簡稱COW，而主進程創建的子線程仍與主進程位於同一個地址空間）

（3）併發服務器2，類似於一個客戶一個進程的併發服務器2，只不過預先派生一定數量爲N的子線程，子線程也同時也監聽，當各個客戶連接到達時，這些子線程就能夠立即爲它們服務，無需創建的開銷；但是如果連接數等於N時（注，父進程不參與服務），此時子進程將會被使用完，新到的連接需等到一個子線程可用，如果連接數還未到達listen調用的backlog數，三次握手已經完成，但是客戶端無法被服務，需要等到子線程執行到accept返回纔可被服務，客戶端將會明顯察覺到服務器在響應時間上的惡化，雖然客戶端的connect會立即返回，但是第一個請求在一段時間之後纔會被服務器處理；

（4）併發服務器3，它與併發服務器2類似，只不過在accpet加上互斥量，使得accept這段代碼成爲臨界區；由原先的accept爭用變成了鎖爭用，最終只有一個進程阻塞在accept上，也就是臨界區只有一個線程阻塞在accept上；

（5）併發服務器4，它使用分發機制；子線程不進行accept調用，統一由父進程accept然後將連接描述符傳遞（共享）給對應的子線程，然後由子線程爲客戶端服務，父線程可使用普通的輪轉法來選擇子線程服務；

特點

（1）TCP是一個全雙工的協議，同時支持read()和write()；而阻塞式網絡編程中，服務器主進程通常阻塞在accept上，而由子線程具體負責與具體的客戶端通信，客戶端通常阻塞在read系統調用上，等待客戶端發來的命令；這樣就需要服務端和客戶端的編程需要相互配合起來；假設客戶端進程由於錯誤的程序邏輯阻塞在read上，服務器端也阻塞在read上，那麼雙方出現了通信死鎖的情況；

（2）某些客戶端繼續阻塞的讀連接數據，又需要讀鍵盤輸入，如果阻塞的讀連接數據，那麼是無法從鍵盤讀輸入的；服務器爲每一個連接準備一個線程，一個連接將會獨佔一個線程，服務器的開銷較大；如果客戶端不主動退出，將會耗費服務器端的資源；

（3）適合計算響應的工作量大於本身創建開銷的服務；

實現內容

（1）下面是針對併發服務器1的具體實現；

（2）實現的內容是一個echo服務器，由客戶端從鍵盤輸入相關內容，發送給服務器，然後由服務器收到後轉發至客戶端，客戶端打印至終端；

（3）服務器不主動斷開連接，而由客戶端從鍵盤獲得EOF或客戶端退出後，服務器也將會退出；

TcpServer服務端實現

TcpServer接口

class TcpServer final  
{  
public:  
  TcpServer(const TcpServer&) = delete;  
  TcpServer& operator=(const TcpServer&) = delete;  
  
  explicit TcpServer(const struct sockaddr_in& serverAddr);  
  
  void start();  
  
private:  
  static void* _service(void* conn);  
  
  const int _listenfd;  
  const struct sockaddr_in _serverAddress;  
  bool _started;  
};  

說明幾點：

（1）與一個客戶一個進程接口類似；不同點：只不過少了子進程終止的信號處理程序，以及缺少析構函數，因爲只有一個主進程，沒有孩子線程產生；這裏也並沒有處理終止線程的pthread_join方法；可以使用一個列表將所有的pthread蒐集起來，最後TcpServer析構的時候來使用pthread_join終止每一個子線程；

（2）_serviceCount將表示TcpServer服務的次數，而不是fork後的子進程服務次數；（注：fork子進程拷貝父進程的地址空間，但是寫時纔會申請對應的內存，也就是寫時複製的思想，簡稱COW，而主進程創建的子線程仍與主進程位於同一個地址空間）

服務器啓動

void TcpServer::start()  
{  
  assert(!_started);  
  
  sockets::bind(_listenfd, _serverAddress);  
  sockets::listen(_listenfd);  
  
  printf("TcpServer start...\n");  
  
  _started = true;  
  while (_started)  
    {  
      int connfd = sockets::accept(_listenfd, NULL);     //so far, we will not concern client address  
  
      if (connfd >= 0)  
        {  
          pthread_t tid;  
          ::pthread_create(&tid, NULL, &TcpServer::_service, reinterpret_cast<void *>(connfd));  
        }  
      else  
        {  
          printf("In TcpServer::_service, open error : %s\n", strerror_r(errno, g_errorbuf, sizeof g_errorbuf));  
        }  
    }  
}  

說明幾點：

（1） ::pthread_create創建線程，並將連接描述符，通過參數傳入；

（2）與一個客戶一個進程不同的是，並不需要在創建線程後關閉connd，因爲線程與主進程共享，並不像fork()將增加connd的引用計數;

服務實現

void* TcpServer::_service(void* arg)  
{  
  ::pthread_detach(::pthread_self());  
     
   int connfd = reinterpret_cast<int>(arg);  
   char buf[20];  
   int n;  
   while ((n = sockets::read(connfd, buf, sizeof buf)) > 0) {  
      sockets::writen(connfd, buf, n);  
   }   
       
  sockets::close(connfd);  
  return NULL;  
}  

說明幾點：

（1）服務內容，主要就是將從客戶端讀取的內容直接轉發至對應的連接，由於read和write屬於阻塞操作，可以保證接收到的字節全部轉發至客戶端；

（3）最後當read到0，說明客戶端已經斷開連接；服務器執行::exit(0)將會使內核發送Fin報文，服務器端將會從CLOSE_WAIT變爲LAST_ACK狀態;

TcpClient客戶端實現

與一個客戶一個進程的TcpClient客戶端一樣，不再贅述；