Linux 多線程服務端編程：使用 muduo C++ 網絡庫

目　錄 第 1 部分 C++ 多線程系統編程 第 1 章 線程安全的對象生命期管理 1.1 當析構函數遇到多線程 1.1.1 線程安全的定義 1.1.2 MutexLock 與 MutexLockGuard 1.1.3 一個線程安全的 Counter 示例 1.2 對象的創建很簡單 1.3 銷毀太難 1.3.1 mutex 不是辦法 1.3.2 作為數據成員的 mutex 不能保護析構 1.4 線程安全的 Observer 有多難 1.5 原始指針有何不妥 1.6 神器 shared_ptr/weak_ptr 1.7 插曲：系統地避免各種指針錯誤 1.8 應用到 Observer 上 1.9 再論 shared_ptr 的線程安全 1.10 shared_ptr 技術與陷阱 1.11 對象池 1.11.1 enable_shared_from_this 1.11.2 弱回調 1.12 替代方案 1.13 心得與小結 1.14 Observer 之謬 第 2 章 線程同步精要 2.1 互斥器（mutex） 2.1.1 只使用非遞歸的 mutex 2.1.2 死鎖 2.2 條件變量（condition variable） 2.3 不要用讀寫鎖和信號量 2.4 封裝 MutexLock、MutexLockGuard、Condition 2.5 線程安全的 Singleton 實現 2.6 sleep(3) 不是同步原語 2.7 歸納與總結 2.8 借 shared_ptr 實現 copy-on-write 第 3 章 多線程服務器的適用場合與常用編程模型 3.1 進程與線程 3.2 單線程服務器的常用編程模型 3.3 多線程服務器的常用編程模型 3.3.1 one loop per thread 3.3.2 線程池 3.3.3 推薦模式 3.4 進程間通信只用 TCP 3.5 多線程服務器的適用場合 3.5.1 必須用單線程的場合 3.5.2 單線程程序的優缺點 3.5.3 適用多線程程序的場景 3.6 “多線程服務器的適用場合”例釋與答疑 第 4 章 C++ 多線程系統編程精要 4.1 基本線程原語的選用 4.2 C/C++ 系統庫的線程安全性 4.3 Linux 上的線程標識 4.4 線程的創建與銷毀的守則 4.4.1 pthread_cancel 與 C++ 4.4.2 exit(3) 在 C++ 中不是線程安全的 4.5 善用 __thread 關鍵字 4.6 多線程與 IO 4.7 用 RAII 包裝文件描述符 4.8 RAII 與 fork() 4.9 多線程與 fork() 4.10 多線程與 signal 4.11 Linux 新增系統調用的啟示 第 5 章 高效的多線程日誌 5.1 功能需求 5.2 性能需求 5.3 多線程異步日誌 5.4 其他方案 第 2 部分 muduo 網絡庫 第 6 章 muduo 網絡庫簡介 6.1 由來 6.2 安裝 6.3 目錄結構 6.3.1 代碼結構 6.3.2 例子 6.3.3 線程模型 6.4 使用教程 6.4.1 TCP 網絡編程本質論 6.4.2 echo 服務的實現 6.4.3 七步實現 finger 服務 6.5 性能評測 6.5.1 muduo 與 Boost.Asio、libevent2 的吞吐量對比 6.5.2 擊鼓傳花：對比 muduo 與 libevent2 的事件處理效率 6.5.3 muduo 與 Nginx 的吞吐量對比 6.5.4 muduo 與 ZeroMQ 的延遲對比 6.6 詳解 muduo 多線程模型 6.6.1 數獨求解服務器 6.6.2 常見的並發網絡服務程序設計方案 第 7 章 muduo 編程示例 7.1 五個簡單 TCP 示例 7.2 文件傳輸 7.3 Boost.Asio 的聊天服務器 7.3.1 TCP 分包 7.3.2 消息格式 7.3.3 編解碼器 LengthHeaderCodec 7.3.4 服務端的實現 7.3.5 客戶端的實現 7.4 muduo Buffer 類的設計與使用 7.4.1 muduo 的 IO 模型 7.4.2 為什麼 non-blocking 網絡編程中應用層 buffer 是必需的 7.4.3 Buffer 的功能需求 7.4.4 Buffer 的數據結構 7.4.5 Buffer 的操作 7.4.6 其他設計方案 7.4.7 性能是不是問題 7.5 一種自動反射消息類型的 Google Protobuf 網絡傳輸方案 7.5.1 網絡編程中使用 Protobuf 的兩個先決條件 7.5.2 根據 type name 反射自動創建 Message 對象 7.5.3 Protobuf 傳輸格式 7.6 在 muduo 中實現 Protobuf 編解碼器與消息分發器 7.6.1 什麼是編解碼器（codec） 7.6.2 實現 ProtobufCodec 7.6.3 消息分發器（dispatcher）有什麼用 7.6.4 ProtobufCodec 與 ProtobufDispatcher 的綜合運用 7.6.5 ProtobufDispatcher 的兩種實現 7.6.6 ProtobufCodec 和 ProtobufDispatcher 有何意義 7.7 限制服務器的最大並發連接數 7.7.1 為什麼要限制並發連接數 7.7.2 在 muduo 中限制並發連接數 7.8 定時器 7.8.1 程序中的時間 7.8.2 Linux 時間函數 7.8.3 muduo 的定時器接口 7.8.4 Boost.Asio Timer 示例 7.8.5 Java Netty 示例 7.9 測量兩臺機器的網絡延遲和時間差 7.10 用 timing wheel 踢掉空閑連接 7.10.1 timing wheel 原理 7.10.2 代碼實現與改進 7.11 簡單的消息廣播服務 7.12 “串並轉換”連接服務器及其自動化測試 7.13 socks4a 代理服務器 7.13.1 TCP 中繼器 7.13.2 socks4a 代理服務器 7.13.3 N : 1 與 1 : N 連接轉發 7.14 短址服務 7.15 與其他庫集成 7.15.1 UDNS 7.15.2 c-ares DNS 7.15.3 curl 7.15.4 更多 第 8 章 muduo 網絡庫設計與實現 8.0 什麼都不做的 EventLoop 8.1 Reactor 的關鍵結構 8.1.1 Channel class 8.1.2 Poller class 8.1.3 EventLoop 的改動 8.2 TimerQueue 定時器 8.2.1 TimerQueue class 8.2.2 EventLoop 的改動 8.3 EventLoop::runInLoop() 函數 8.3.1 提高 TimerQueue 的線程安全性 8.3.2 EventLoopThread class 8.4 實現 TCP 網絡庫 8.5 TcpServer 接受新連接 8.5.1 TcpServer class 8.5.2 TcpConnection class 8.6 TcpConnection 斷開連接 8.7 Buffer 讀取數據 8.7.1 TcpConnection 使用 Buffer 作為輸入緩沖 8.7.2 Buffer::readFd() 8.8 TcpConnection 發送數據 8.9 完善 TcpConnection 8.9.1 SIGPIPE 8.9.2 TCP No Delay 和 TCP keepalive 8.9.3 WriteCompleteCallback 和 HighWaterMarkCallback 8.10 多線程 TcpServer 8.11 Connector 8.12 TcpClient 8.13 epoll 8.14 測試程序一覽 第 3 部分 工程實踐經驗談 第 9 章 分佈式系統工程實踐 9.1 我們在技術浪潮中的位置 9.1.1 分佈式系統的本質困難 9.1.2 分佈式系統是個險惡的問題 9.2 分佈式系統的可靠性淺說 9.2.1 分佈式系統的軟件不要求 7 × 24 可靠 9.2.2 “能隨時重啟進程”作為程序設計目標 9.3 分佈式系統中心跳協議的設計 9.4 分佈式系統中的進程標識 9.4.1 錯誤做法 9.4.2 正確做法 9.4.3 TCP 協議的啟示 9.5 構建易於維護的分佈式程序 9.6 為系統演化做準備 9.6.1 可擴展的消息格式 9.6.2 反面教材：ICE 的消息打包格式 9.7 分佈式程序的自動化回歸測試 9.7.1 單元測試的能與不能 9.7.2 分佈式系統測試的要點 9.7.3 分佈式系統的抽象觀點 9.7.4 一種自動化的回歸測試方案 9.7.5 其他用處 9.8 分佈式系統部署、監控與進程管理的幾重境界 9.8.1 境界 1：全手工操作 9.8.2 境界 2：使用零散的自動化腳本和第三方組件 9.8.3 境界 3：自製機群管理系統，集中化配置 9.8.4 境界 4：機群管理與 naming service 結合 第 10 章 C++ 編譯鏈接模型精要 10.1 C 語言的編譯模型及其成因 10.1.1 為什麼 C 語言需要預處理 10.1.2 C 語言的編譯模型 10.2 C++ 的編譯模型 10.2.1 單遍編譯 10.2.2 前向聲明 10.3 C++ 鏈接（linking） 10.3.1 函數重載 10.3.2 inline 函數 10.3.3 模板 10.3.4 虛函數 10.4 工程項目中頭文件的使用規則 10.4.1 頭文件的害處 10.4.2 頭文件的使用規則 10.5 工程項目中庫文件的組織原則 10.5.1 動態庫是有害的 10.5.2 靜態庫也好不到哪兒去 10.5.3 源碼編譯是王道 第 11 章 反思 C++ 面向對象與虛函數 11.1 樸實的 C++ 設計 11.2 程序庫的二進制兼容性 11.2.1 什麼是二進制兼容性 11.2.2 有哪些情況會破壞庫的 ABI 11.2.3 哪些做法多半是安全的 11.2.4 反面教材：COM 11.2.5 解決辦法 11.3 避免使用虛函數作為庫的接口 11.3.1 C++ 程序庫的作者的生存環境 11.3.2 虛函數作為庫的接口的兩大用途 11.3.3 虛函數作為接口的弊端 11.3.4 假如 Linux 系統調用以 COM 接口方式實現 11.3.5 Java 是如何應對的 11.4 動態庫接口的推薦做法 11.5 以 boost::function 和 boost::bind 取代虛函數 11.5.1 基本用途 11.5.2 對程序庫的影響 11.5.3 對面向對象程序設計的影響 11.6 iostream 的用途與局限 11.6.1 stdio 格式化輸入輸出的缺點 11.6.2 iostream 的設計初衷 11.6.3 iostream 與標準庫其他組件的交互 11.6.4 iostream 在使用方面的缺點 11.6.5 iostream 在設計方面的缺點 11.6.6 一個 300 行的 memory buffer output stream 11.6.7 現實的 C++ 程序如何做文件 IO 11.7 值語義與數據抽象 11.7.1 什麼是值語義 11.7.2 值語義與生命期 11.7.3 值語義與標準庫 11.7.4 值語義與 C++ 語言 11.7.5 什麼是數據抽象 11.7.6 數據抽象所需的語言設施 11.7.7 數據抽象的例子 第 12 章 C++ 經驗談 12.1 用異或來交換變量是錯誤的 12.1.1 編譯器會分別生成什麼代碼 12.1.2 為什麼短的代碼不一定快 12.2 不要重載全局 ::operator new() 12.2.1 內存管理的基本要求 12.2.2 重載 ::operator new() 的理由 12.2.3 ::operator new() 的兩種重載方式 12.2.4 現實的開發環境 12.2.5 重載 ::operator new() 的困境 12.2.6 解決辦法：替換 malloc() 12.2.7 為單獨的 class 重載 ::operator new() 有問題嗎 12.2.8 有必要自行定製內存分配器嗎 12.3 帶符號整數的除法與餘數 12.3.1 語言標準怎麼說 12.3.2 C/C++ 編譯器的表現 12.3.3 其他語言的規定 12.3.4 腳本語言解釋器代碼 12.3.5 硬件實現 12.4 在單元測試中 mock 系統調用 12.4.1 系統函數的依賴註入 12.4.2 鏈接期墊片（link seam） 12.5 慎用匿名 namespace 12.5.1 C 語言的 static 關鍵字的兩種用法 12.5.2 C++ 語言的 static 關鍵字的四種用法 12.5.3 匿名 namespace 的不利之處 12.5.4 替代辦法 12.6 採用有利於版本管理的代碼格式 12.6.1 對 diff 友好的代碼格式 12.6.2 對 grep 友好的代碼風格 12.6.3 一切為了效率 12.7 再探 std::string 12.7.1 直接拷貝（eager copy） 12.7.2 寫時復制（copy-on-write） 12.7.3 短字符串優化（SSO） 12.8 用 STL algorithm 輕松解決幾道算法面試題 12.8.1 用 next_permutation() 生成排列與組合 12.8.2 用 unique() 去除連續重復空白 12.8.3 用 {make,push,pop}_heap() 實現多路歸並 12.8.4 用 partition() 實現“重排數組，讓奇數碼於偶數前面” 12.8.5 用 lower_bound() 查找 IP 地址所屬的城市 第 4 部分 附錄 附錄 A 談一談網絡編程學習經驗 附錄 B 從《C++ Primer（第 4 版）》入手學習 C++ 附錄 C 關於 Boost 的看法 附錄 D 關於 TCP 並發連接的幾個思考題與試驗 參考文獻