boost::ASIO的同步方式和異步方式

http://blog.csdn.net/zhuky/article/details/5364574

http://blog.csdn.net/zhuky/article/details/5364685

 

Boost.Asio是一個跨平台的網絡及底層IO的C++編程庫，它使用現代C++手法實現了統一的異步調用模型。

頭文件

#include <boost/asio.hpp>

名空間

using namespace boost::asio;

ASIO庫能夠使用TCP、UDP、ICMP、串口來發送/接收數據，下面先介紹TCP協議的讀寫操作

對於讀寫方式，ASIO支持同步和異步兩種方式，首先登場的是同步方式，下面請同步方式自我介紹一下：

大家好！我是同步方式！

我的主要特點就是執着！所有的操作都要完成或出錯才會返回，不過偶的執着被大家稱之為阻塞，實在是郁悶~~（場下一片噓聲），其實這樣 也是有好處的，比如邏輯清晰，編程比較容易。

在服務器端，我會做個socket交給acceptor對象，讓它一直等客戶端連進來，連上以后再通過這個socket與客戶端通信， 而所有的通信都是以阻塞方式進行的，讀完或寫完才會返回。

在客戶端也一樣，這時我會拿着socket去連接服務器，當然也是連上或出錯了才返回，最后也是以阻塞的方式和服務器通信。

有人認為同步方式沒有異步方式高效，其實這是片面的理解。在單線程的情況下可能確實如此，我不能利用耗時的網絡操作這段時間做別的事 情，不是好的統籌方法。不過這個問題可以通過多線程來避免，比如在服務器端讓其中一個線程負責等待客戶端連接，連接進來后把socket交給另外的線程去 和客戶端通信，這樣與一個客戶端通信的同時也能接受其它客戶端的連接，主線程也完全被解放了出來。

我的介紹就有這里，謝謝大家！

好，感謝同步方式的自我介紹，現在放出同步方式的演示代碼(起立鼓掌!):

服務器端

#include <iostream>
#include <boost/asio.hpp>
using namespace boost::asio;
int main(int argc, char* argv[])
{
    // 所有asio類都需要io_service對象
     io_service iosev;
     ip::tcp::acceptor acceptor(iosev,
        ip::tcp::endpoint(ip::tcp::v4(), 1000));
    for(;;)
     {
        // socket對象
         ip::tcp::socket socket(iosev);
        // 等待直到客戶端連接進來
         acceptor.accept(socket);
        // 顯示連接進來的客戶端
         std::cout << socket.remote_endpoint().address() << std::endl;
        // 向客戶端發送hello world!
         boost::system::error_code ec;
         socket.write_some(buffer("hello world!"), ec);
        // 如果出錯，打印出錯信息
        if(ec)
         {
             std::cout <<
                boost::system::system_error(ec).what() << std::endl;
            break;
         }
        // 與當前客戶交互完成后循環繼續等待下一客戶連接
     }
    return 0;
}

客戶端

#include <iostream>
#include <boost/asio.hpp>
using namespace boost::asio;
int main(int argc, char* argv[])
{
    // 所有asio類都需要io_service對象
     io_service iosev;
    // socket對象
     ip::tcp::socket socket(iosev);
    // 連接端點，這里使用了本機連接，可以修改IP地址測試遠程連接
     ip::tcp::endpoint ep(ip::address_v4::from_string("127.0.0.1"), 1000);
    // 連接服務器
     boost::system::error_code ec;
     socket.connect(ep,ec);
    // 如果出錯，打印出錯信息
    if(ec)
     {
         std::cout << boost::system::system_error(ec).what() << std::endl;
        return -1;
     }
    // 接收數據
    char buf[100];
    size_t len=socket.read_some(buffer(buf), ec);
     std::cout.write(buf, len);
    return 0;
}

從演示代碼可以得知

• ASIO的TCP協議通過boost::asio::ip名 空間下的tcp類進行通信。
• IP地址（address,address_v4,address_v6）、 端口號和協議版本組成一個端點（tcp:: endpoint）。用於在服務器端生成tcp::acceptor對 象，並在指定端口上等待連接；或者在客戶端連接到指定地址的服務器上。
• socket是 服務器與客戶端通信的橋梁，連接成功后所有的讀寫都是通過socket對 象實現的，當socket析 構后，連接自動斷 開。
• ASIO讀寫所用的緩沖區用buffer函 數生成，這個函數生成的是一個ASIO內部使用的緩沖區類，它能把數組、指針（同時指定大 小）、std::vector、std::string、boost::array包裝成緩沖區類。
• ASIO中的函數、類方法都接受一個boost::system::error_code類 型的數據，用於提供出錯碼。它可以轉換成bool測試是否出錯，並通過boost::system::system_error類 獲得詳細的出錯信息。另外，也可以不向ASIO的函數或方法提供 boost::system::error_code，這時如果出錯的話就會直 接拋出異常，異常類型就是boost::system:: system_error(它是從std::runtime_error繼承的)。

嗯？異步方式好像有點坐不住了，那就請異步方式上場，大家歡迎...

大家好，我是異步方式

和同步方式不同，我從來不花時間去等那些龜速的IO操作，我只是向系統說一聲要做什么，然后就可以做其它事去了。如果系統完成了操作， 系統就會通過我之前給它的回調對象來通知我。

在ASIO庫中，異步方式的函數或方法名稱前面都有“async_” 前綴，函數參數里會要求放一個回調函數（或仿函數）。異步操作執行 后不管有沒有完成都會立即返回，這時可以做一些其它事，直到回調函數（或仿函數）被調用，說明異步操作已經完成。

在ASIO中很多回調函數都只接受一個boost::system::error_code參數，在實際使用時肯定是不夠的，所以一般 使用仿函數攜帶一堆相關數據作為回調，或者使用boost::bind來綁定一堆數據。

另外要注意的是，只有io_service類的run()方法運行之后回調對象才會被調用，否則即使系統已經完成了異步操作也不會有任 務動作。

好了，就介紹到這里，下面是我帶來的異步方式TCP Helloworld服務器端:

 

#include <iostream>
#include <string>
#include <boost/asio.hpp>
#include <boost/bind.hpp>
#include <boost/smart_ptr.hpp>
using namespace boost::asio;
using boost::system::error_code;
using ip::tcp;
struct CHelloWorld_Service{
     CHelloWorld_Service(io_service &iosev)
         :m_iosev(iosev),m_acceptor(iosev, tcp::endpoint(tcp::v4(), 1000))
     {
     }
    void start()
     {
        // 開始等待連接（非阻塞）
         boost::shared_ptr<tcp::socket> psocket(new tcp::socket(m_iosev));
        // 觸發的事件只有error_code參數，所以用boost::bind把socket綁定進去
         m_acceptor.async_accept(*psocket,
             boost::bind(&CHelloWorld_Service::accept_handler,this, psocket, _1)
             );
     }
    // 有客戶端連接時accept_handler觸發
    void accept_handler(boost::shared_ptr<tcp::socket> psocket, error_code ec)
     {
        if(ec) return;
        // 繼續等待連接
         start();
        // 顯示遠程IP
         std::cout << psocket->remote_endpoint().address() << std::endl;
        // 發送信息(非阻塞)
         boost::shared_ptr<std::string> pstr(new std::string("hello async world!"));
         psocket->async_write_some(buffer(*pstr),
             boost::bind(&CHelloWorld_Service::write_handler, this, pstr, _1, _2)
             );
     }
    // 異步寫操作完成后write_handler觸發
    void write_handler(boost::shared_ptr<std::string> pstr,
         error_code ec, size_t bytes_transferred)
     {
        if(ec)
             std::cout<< "發送失敗!" << std::endl;
        else
             std::cout<< *pstr << " 已發送" << std::endl;
     }
private:
     io_service &m_iosev;
     ip::tcp::acceptor m_acceptor;
};
int main(int argc, char* argv[])
{
     io_service iosev;
     CHelloWorld_Service sev(iosev);
    // 開始等待連接
     sev.start();
     iosev.run();
    return 0;
}

在這個例子中，首先調用sev.start()開 始接受客戶端連接。由於async_accept調 用后立即返回，start()方 法 也就馬上完成了。sev.start()在 瞬間返回后iosev.run()開 始執行，iosev.run()方法是一個循環，負責分發異步回調事件，只 有所有異步操作全部完成才會返回。

這里有個問題，就是要保證start()方法中m_acceptor.async_accept操 作所用的tcp::socket對 象 在整個異步操作期間保持有效(不 然系統底層異步操作了一半突然發現tcp::socket沒了，不是拿人家開涮嘛-_-!!!)，而且客戶端連接進來后這個tcp::socket對象還 有用呢。這里的解決辦法是使用一個帶計數的智能指針boost::shared_ptr<tcp:: socket>，並把這個指針作為參數綁定到回調函數上。

一旦有客戶連接，我們在start()里給的回調函數accept_handler就會被 調用，首先調用start()繼續異步等待其 它客戶端的連接，然后使用綁定進來的tcp::socket對象與當前客戶端通信。

發送數據也使用了異步方式(async_write_some)， 同樣要保證在整個異步發送期間緩沖區的有效性，所以也用boost::bind綁定了boost::shared_ptr<std:: string>。

對於客戶端也一樣，在connect和read_some方法前加一個async_前綴，然后加入回調即可，大家自己練習寫一寫。