到了多線程,一些東西就變得耐人尋味了.
這個版本是在前面單線程epoll
的基礎上引入了線程池,當然不是前面玩具一樣的線程池,而是一個通用的組件,生產者消費者隊列.
生產者消費者隊列
生產者消費者問題是操作系統中一個很經典的同步互斥問題,已經有了很不錯的解決方案,將它的解決方案拓展一下,就可以用於我們的實踐啦.
我自己寫了一個生產者消費者的隊列,然後發現muduo
中已經內置了這種模型,而且使用起來比我寫的更加順手,所以我就引用它的實現,我這裏稍微來講解一下它的實現,然後我會順帶講解一下我的思路.
muduo
庫的生產者消費者模型
這是ThreadPool
類的一個聲明:
class ThreadPool : noncopyable
{
public:
typedef boost::function<void()> Task; /* 需要執行的任務 */
private:
bool isFull();
Task take();
size_t queueSize();
int threadNum_; /* 線程的數目 */
int maxQueueSize_;
std::list<Task> queue_; /* 工作隊列 */
MutexLock mutex_;
Condition notEmpty_;
Condition notFull_;
};
這裏的boost::function
其實在cpp 11
標準中已經加入了,你如果沒有安裝boost庫的話,可以緩存std
的版本,效果是一樣的.因爲boost
本來就是cpp
的std
的一個備選庫.
爲什麼要使用boost::function
不用我多說,你可以查看這裏:http://blog.csdn.net/solstice/article/details/3066268
我們來看一下代碼的實現,首先是構造函數:
ThreadPool::ThreadPool(int threadNum, int maxQueueSize)
: threadNum_(threadNum)
, maxQueueSize_(maxQueueSize)
, mutex_()
, notEmpty_(mutex_)
, notFull_(mutex_)
{
assert(threadNum >= 1 && maxQueueSize >= 1);
/* 接下來要構建threadNum個線程 */
pthread_t tid_t;
for (int i = 0; i < threadNum; i++) {
Pthread_create(&tid_t, NULL, startThread, this);
}
}
這裏ThreadPool
有兩個條件變量,一個是notEmpty_
,一個是notFull_
,構造函數接受兩個參數,一個是線程的數目,一個是最大的隊列的大小.
接下來是所有的線程都運行的函數startThread
:
void* ThreadPool::startThread(void* obj)
{ /* 工作者線程 */
Pthread_detach(Pthread_self());
ThreadPool* pool = static_cast<ThreadPool*>(obj);
pool->run();
return pool;
}
它們都開始調用run
函數:
void ThreadPool::run()
{
for ( ; ; ) { /* 一直運行下去 */
Task task(take());
if (task) {
//mylog("task run!");
task();
}
//mylog("task over!");
}
}
run
函數非常簡單,就是不斷從隊列中取出任務,然後運行任務,沒有任務的話,會阻塞在那裏.
我們來看take
函數:
ThreadPool::Task ThreadPool::take()
{
MutexLockGuard lock(mutex_); /* 加鎖 */
while (queue_.empty()) { /* 如果隊列爲空 */
notEmpty_.wait(); /* 等待 */
}
Task task;
if (!queue_.empty()) {
task = queue_.front();
queue_.pop_front();
if (maxQueueSize_ > 0) { /* 通知生產者隊列有空位置了 */
notFull_.notify();
}
}
//mylog("threadpool take 1 task!");
return task;
}
對於生產者而言,有一個非常重要的函數,那就是append
:
bool ThreadPool::append(Task&& task)
{ /* 使用了右值引用 */
{
MutexLockGuard lock(mutex_); /* 首先加鎖 */
while (isFull()) { /* 如果隊列已滿 */
notFull_.wait(); /* 等待queue有空閒位置 */
}
assert(!isFull());
queue_.push_back(std::move(task)); /* 直接用move語義,提高了效率 */
//mylog("put task onto queue!");
}
notEmpty_.notify(); /* 通知消費者有任務可做了 */
}
生產者消費者隊列的代碼就是這麼簡單,但是muduo
庫寫的確實很漂亮.
我的思路
其實代碼基本上和前面的類似,不同的是,我壓根就沒有考慮過使用boost::funciton
和boost::bind
這對神器,因爲我之前也壓根就沒有這樣編過碼.
如果不用boost::funciton
和boost::bind
這兩樣東西,我們要實現類似的代碼的話,可能的一個解決方案是使用模版(template
).
隊列裏面放的是T
類型,然後消費者取出一個T
類型,調用T
類型的一個run
或者別的什麼不帶參數的方法.這樣以來,對T
類型就有了限制,要求T
類型必須實現run
之類的方法.
而且代碼變得不太容易讀.加了模版的玩意總是不容易讀,不是嗎?所以要積極使用cpp
的新特性.
主程序變成了生產者
這一次的代碼變得簡潔多了,
int main(int argc, char *argv[])
{
int listenfd = Open_listenfd(8080); /* 8080號端口監聽 */
epoll_event events[MAXEVENTNUM];
sockaddr clnaddr;
socklen_t clnlen = sizeof(clnaddr);
block_sigpipe(); /* 首先要將SIGPIPE消息阻塞掉 */
int epollfd = Epoll_create(1024); /* 10基本上沒有什麼用處 */
addfd(epollfd, listenfd, false); /* epollfd要監聽listenfd上的可讀事件 */
ThreadPool pools(10, 30000); /* 10個線程,300個任務 */
HttpHandle::setEpollfd(epollfd);
HttpHandle handle[2000];
for ( ; ;) {
int eventnum = Epoll_wait(epollfd, events, MAXEVENTNUM, -1);
for (int i = 0; i < eventnum; ++i) {
int sockfd = events[i].data.fd;
if (sockfd == listenfd) { /* 有連接到來 */
//mylog("connection comes!");
for ( ; ; ) {
int connfd = accept(listenfd, &clnaddr, &clnlen);
if (connfd == -1) {
if ((errno == EAGAIN) || (errno == EWOULDBLOCK)) { /* 將連接已經建立完了 */
break;
}
unix_error("accept error");
}
handle[connfd].init(connfd); /* 初始化 */
addfd(epollfd, connfd, false); /* 加入監聽 */
}
}
else { /* 有數據可讀或者可寫 */
pools.append(boost::bind(&HttpHandle::process, &handle[sockfd]));
}
}
}
return 0;
}
注意最後的一句boost::bind(&HttpHandle::process, &handle[sockfd])
,直接將對象往函數上一綁定,就往隊列裏面扔.非常爽.
這一次,我們終於將SIGPIPE消息給忽略掉了,主要是調用下面這個函數:
void block_sigpipe()
{
sigset_t signal_mask;
sigemptyset(&signal_mask);
sigaddset(&signal_mask, SIGPIPE);
int rc = pthread_sigmask(SIG_BLOCK, &signal_mask, NULL);
if (rc != 0) {
printf("block sigpipe error\n");
}
}
shared_ptr並不是線程安全的
正如文章開頭所講的,多線程一來,很多事情就變得莫名奇妙了,比如說shared_ptr
,因爲這個玩意的線程不安全性,我調了半天bug
,才發現原來是Cache的查找函數出了問題,下面是修改過後的線程安全版本的函數:
/* 線程安全版本的getFileAddr */
void getFileAddr(std::string fileName, int fileSize, boost::shared_ptr<FileInfo>& ptr) {
/*-
* shared_ptr並不是線程安全的,對其的讀寫都需要加鎖.
*/
MutexLockGuard lock(mutex_);
if (cache_.end() != cache_.find(fileName)) { /* 如果在cache中找到了 */
ptr = cache_[fileName];
return;
}
if (cache_.size() >= MAX_CACHE_SIZE) { /* 文件數目過多,需要刪除一個元素 */
cache_.erase(cache_.begin()); /* 直接移除掉最前一個元素 */
}
boost::shared_ptr<FileInfo> fileInfo(new FileInfo(fileName, fileSize));
cache_[fileName] = fileInfo;
ptr = std::move(fileInfo); /* 直接使用move語義 */
}
至於爲什麼不安全,可以查看這裏,寫的再好不過了:http://blog.csdn.net/solstice/article/details/8547547
多線程的調試
原諒我到了這接近尾聲的時候,才提起多線程的調試,首先要說一句的是,多線程真的不太好調,因爲很難重現錯誤,但是我在這裏稍稍介紹一下我的技巧.
打印
打印算是屢試不爽的一種方法,對於我們這個簡陋的web server
,我封裝了一個日誌函數mylog
:
void mlog(pthread_t tid, const char *fileName, int lineNum, const char *func, const char *log_str, ...)
{
va_list vArgList; //定義一個va_list型的變量,這個變量是指向參數的指針.
char buf[1024];
va_start(vArgList, log_str); //用va_start宏初始化變量,這個宏的第二個參數是第一個可變參數的前一個參數,是一個固定的參數
vsnprintf(buf, 1024, log_str, vArgList); //注意,不要漏掉前面的_
va_end(vArgList); //用va_end宏結束可變參數的獲取
printf("%lu:%s:%d:%s --> %s\n", tid, fileName, lineNum, func, buf);
}
然後定義了一個宏,方便使用這個函數:
#define mylog(formatPM, args...)\
mlog(pthread_self(), __FILE__, __LINE__, __FUNCTION__, (formatPM) , ##args)
需要日誌的時候,可以像printf
函數一樣使用:
mylog("My simple web server! %d, %s\n", 1, "hello, workd!");
這個宏展開後會調用mlog
函數,打印出行,文件名,函數名等信息,對付我們這個小玩意足夠了.
用VS來調試
VS
其實也內置了線程的調試,你可以結合Visual Gdb
一起來調試linux
下的代碼.一兩個線程問題倒是不大,不過線程多了的話,這個玩意就不好調了,要我說,最好的方法還是分析日誌.
總結
這個版本已經算是比較強勁的一個版本了,修復了前面的一些bug
,但是引入了新的bug
,這個bug
我也是折騰了很久才弄出來.
一般在單線程下不可能出現這樣的bug
,只有在多線程的條件下,這樣的代碼才變成了bug
,正如前面見到的,每個HttpHandle
處理一個連接,試想這樣一種情形:客戶端不知道因爲什麼原因,第一次發送了這樣的數據:
GET /
隔了很短時間纔會發送餘下的數據.這時,第一次發送的數據正在被另外一個線程處理,在多線程條件下,對於第二次到來的數據,這個HttpHandle
會交由另外一個線程處理,也就是說,有兩個線程在不加鎖地使用同一個HttpHandle
,不出問題纔怪.
解決方案是有的,那就是EPOLL
的ONESHOT
參數.不過那是下一個版本的故事啦.
和之前類似的,代碼在這裏:https://github.com/lishuhuakai/Spweb