Boost.Asio C++ 網絡編程之二：同步和異步

引言

文章的內容是翻譯 《Boost.Asio C++ Network Programming》這本書。

編譯IDE環境是 vs2017

同步和異步

首先，異步編程和同步編程是截然不同的。

在同步編程中，所有的操作都是順序執行的，比如從socket中讀取（請求），然後寫入（迴應）到socket中。每一個操作都是阻塞的。

因爲操作是阻塞的，所以爲了不影響主程序，當在socket上讀寫時，通常會創建一個或多個線程來處理socket的輸入/輸出。因此，同步的服務端/客戶端通常是多線程的。

相比之下，異步編程是事件驅動的。你啓動了一個操作，但是不知道它何時會結束；你提供一個回調函數，當操作結束時，相應的API會調用這個回調函數，並傳入操作結果。對於有着豐富經驗的Qt程序員來說，這就是他們的第二天性。因此，在異步編程中，你只需要一個線程。

因爲中途做改變會非常困難而且容易出錯，所以你在項目初期（最好是一開始）就得決定採用同步還是異步的方式實現網絡通信。這兩種方式不僅API有極大的不同，程序的語意也會完全改變（異步網絡通信通常比同步網絡通信更加難以測試和調試）。你需要考慮是採用阻塞調用和多線程的方式（同步，通常比較簡單），還是採用更少的線程和事件驅動方式（異步，通常更復雜）。

下面是一個基礎的同步客戶端例子：

using boost::asio;
io_service service;
ip::tcp::endpoint ep( ip::address::from_string("127.0.0.1"), 2001);
ip::tcp::socket sock(service);
sock.connect(ep);

首先，你的程序至少需要一個io_service實例。
Boost.Asio使用io_service同操作系統的輸入/輸出服務進行交互。
通常一個io_service的實例就足夠了。然後，創建你想要連接的地址和端口，並創建socket。把socket連接到你創建的地址和端口。

下面是一個簡單的同步服務器端：

using boost::asio;
typedef boost::shared_ptr<ip::tcp::socket> socket_ptr;
io_service service;
ip::tcp::endpoint ep( ip::tcp::v4(), 2001)); // listen on 2001
ip::tcp::acceptor acc(service, ep);
while ( true) {
    socket_ptr sock(new ip::tcp::socket(service));
    acc.accept(*sock);
    boost::thread( boost::bind(client_session, sock));
}
void client_session(socket_ptr sock) {
    while ( true) {
        char data[512];
        size_t len = sock->read_some(buffer(data));
        if ( len > 0)
            write(*sock, buffer("ok", 2));
    }
}

首先，同樣是至少需要一個io_service實例。然後你指定你想要監聽的端口，再創建一個接收器（一個用來接收客戶端連接的對象）。
在接下來的循環中，你創建一個虛擬socket並等待客戶端的連接。一旦連接建立，你需要創建一個線程來處理這個連接。

在client_session線程中來讀取一個客戶端的請求，解析請求，然後進行回覆。
創建一個異步的客戶端，你需要做如下的事情：

using boost::asio;
io_service service;
ip::tcp::endpoint ep( ip::address::from_string("127.0.0.1"), 2001);
ip::tcp::socket sock(service);
sock.async_connect(ep, connect_handler);
service.run();
void connect_handler(const boost::system::error_code & ec) {
    // 如果ec表示“成功”我們就可以知道連接成功了
}

在程序中你需要創建至少一個io_service實例。你需要指定連接的地址以並創建socket
當連接完成時，你就異步地連接到了指定的地址和端口，也就是說，connect_handler被調用了。
當connect_handler被調用時，檢查錯誤代碼（ec），如果ec表示“成功”，你就可以向服務端進行異步的寫入。
注意：只要還有待處理的異步操作，servece.run()循環就會一直運行。在上述例子中，只執行了一個這樣的操作，就是socket的async_connect。在這之後，service.run()就退出了
每一個異步操作都有一個完成處理程序——一個操作完成之後被調用的函數。

下面是一個簡單的異步服務器端：

using boost::asio;
typedef boost::shared_ptr<ip::tcp::socket> socket_ptr;
io_service service;
ip::tcp::endpoint ep( ip::tcp::v4(), 2001)); // 監聽端口2001
ip::tcp::acceptor acc(service, ep);
socket_ptr sock(new ip::tcp::socket(service));
start_accept(sock);
service.run();
void start_accept(socket_ptr sock) {
    acc.async_accept(*sock, boost::bind( handle_accept, sock, _1) );
}
void handle_accept(socket_ptr sock, const boost::system::error_code &err) {
    if (err) return;
    // 從這裏開始, 你可以從socket讀取或者寫入
    socket_ptr sock(new ip::tcp::socket(service));
    start_accept(sock);
}

在上述代碼片段中，首先，你創建一個io_service實例，指定監聽的端口。然後，你創建接收器acc——一個用來接受客戶端連接的對象，創建虛擬socket，異步等待客戶端連接。
最後，運行異步service.run()循環。當接收到客戶端連接時，handle_accept被調用（async_accept的完成處理程序）。如果沒有錯誤，這個socket就可以用來進行讀寫操作。
在使用這個socket之後，會創建一個新的socket，然後再次調用start_accept()，它會添加另外一個“等待客戶端連接”的異步操作，從而使service.run()循環一直保持忙碌狀態。