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探索 Linux 網(wǎng)絡(luò)編程：socket 多線程
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Linux 是基于開(kāi)源的操作系統(tǒng)，它的網(wǎng)絡(luò)編程能力非常強(qiáng)大。為了更好地理解 Linux 網(wǎng)絡(luò)編程，我們需要探索 Socket 多線程技術(shù)，這種技術(shù)可以提高網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的性能和并發(fā)連接的能力。
今天，本文將介紹 Socket 多線程的工作原理和實(shí)現(xiàn)方法，在實(shí)際項(xiàng)目中如何運(yùn)用 Socket 多線程技術(shù)，以及 Socket 多線程的優(yōu)勢(shì)和限制。
什么是 Socket 多線程？
Socket 是一種網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，可以用于實(shí)現(xiàn)客戶端和服務(wù)器之間的通信。我們可以使用 Linux 的 Socket 編程接口進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程。多線程是一種并發(fā)編程方式，我們可以通過(guò)創(chuàng)建多個(gè)線程來(lái)并發(fā)執(zhí)行任務(wù)，從而提高應(yīng)用程序的性能和效率。
因此，Socket 多線程是指在 Linux 環(huán)境下，通過(guò)創(chuàng)建多個(gè)線程來(lái)實(shí)現(xiàn) Socket 通信的并發(fā)連接能力，以提高網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的性能和效率。
Socket 多線程的工作原理
Socket 多線程的工作原理主要分為兩個(gè)階段：初始化和執(zhí)行。
初始化階段：
1.創(chuàng)建 Socket：在服務(wù)器端創(chuàng)建一個(gè) Socket，并監(jiān)聽(tīng)指定端口，等待客戶端連接。
2.創(chuàng)建線程池：在服務(wù)器端創(chuàng)建一個(gè)線程池，用于存放多個(gè)工作線程。
3.創(chuàng)建工作線程：在線程池中創(chuàng)建多個(gè)工作線程，等待任務(wù)分配。
4.等待客戶端連接：服務(wù)器進(jìn)入等待狀態(tài)，等待客戶端連接。
執(zhí)行階段：
1.客戶端連接：當(dāng)一個(gè)客戶端連接到服務(wù)器端時(shí)，服務(wù)器接受連接請(qǐng)求，并將客戶端 Socket 指派到一個(gè)工作線程。
2.工作線程處理任務(wù)：工作線程從任務(wù)隊(duì)列中獲取任務(wù)，并執(zhí)行任務(wù)，處理客戶端請(qǐng)求。
3.任務(wù)完成：當(dāng)工作線程完成任務(wù)后，將任務(wù)返回給線程池，并等待下一個(gè)任務(wù)分配。
4.斷開(kāi)連接：當(dāng)客戶端下線時(shí)，服務(wù)器端斷開(kāi)連接，釋放資源。
Socket 多線程的實(shí)現(xiàn)方法
在 Linux 環(huán)境下，我們可以使用 C/C++ 等編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn) Socket 多線程。下面是一個(gè)基于 C++ 實(shí)現(xiàn) Socket 多線程的示例：
“`c++
class Thread {
public:
Thread();
virtual ~Thread();
virtual void Run();
void Start();
void Stop();
void Join();
bool IsRunning() const;
pthread_t GetThreadId() const;
protected:
bool m_running;
pthread_t m_threadId;
static void* StartThread(void* arg);
};
class ThreadPool {
public:
ThreadPool(int size);
~ThreadPool();
void AddTask(Task* task);
private:
int m_size;
bool m_stop;
pthread_mutex_t m_mutex;
pthread_cond_t m_cond;
std::vector m_tasks;
std::vector m_threads;
void Initialize();
void Finalize();
void CreateThreads();
void DestroyThreads();
};
class Task {
public:
virtual void Run() = 0;
};
class SocketTask : public Task {
public:
SocketTask(int sockfd);
virtual ~SocketTask();
virtual void Run();
private:
int m_sockfd;
};
“`
上述代碼中，我們定義了三個(gè)類(lèi)：Thread、Task 和 ThreadPool。Thread 類(lèi)是一個(gè)封裝了 POSIX 線程的類(lèi)，它可以啟動(dòng)一個(gè)新線程，并執(zhí)行線程回調(diào)函數(shù)；Task 類(lèi)是一個(gè)封裝了執(zhí)行任務(wù)的類(lèi)，它必須繼承 Run() 函數(shù)；ThreadPool 類(lèi)是一個(gè)封裝了一個(gè)線程池的類(lèi)，它可以添加任務(wù)、初始化線程池、創(chuàng)建多個(gè)工作線程等。
在實(shí)際項(xiàng)目中如何運(yùn)用 Socket 多線程技術(shù)
在實(shí)際項(xiàng)目中，我們可以通過(guò)以下步驟來(lái)運(yùn)用 Socket 多線程技術(shù)：
1.在服務(wù)器端創(chuàng)建 Socket，并監(jiān)聽(tīng)指定端口，等待客戶端連接。
2.當(dāng)客戶端連接服務(wù)器時(shí)，將客戶端 Socket 分配給一個(gè)工作線程。
3.工作線程從任務(wù)隊(duì)列中獲取任務(wù)，并執(zhí)行任務(wù)，處理客戶端請(qǐng)求。
4.當(dāng)客戶端下線時(shí)，服務(wù)器端斷開(kāi)連接，釋放資源。
通過(guò) Socket 多線程技術(shù)，我們可以提高服務(wù)器端的并發(fā)處理能力，加快網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的響應(yīng)速度，同時(shí)提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。
Socket 多線程的優(yōu)勢(shì)和限制
Socket 多線程技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和限制如下：
優(yōu)勢(shì)：
1.提高應(yīng)用程序的性能和效率：多線程可以并發(fā)執(zhí)行任務(wù)，提高應(yīng)用程序的性能和效率，減少響應(yīng)時(shí)間。
2.提高并發(fā)連接能力：通過(guò)多線程技術(shù)，服務(wù)器可以處理多個(gè)連接，提高應(yīng)用程序的并發(fā)連接能力。
3.實(shí)現(xiàn)靈活：線程池可以動(dòng)態(tài)管理線程，保證了應(yīng)用程序的靈活性。
限制：
1.線程安全問(wèn)題：由于多個(gè)線程同時(shí)操作共享數(shù)據(jù)，可能會(huì)產(chǎn)生線程安全問(wèn)題。
2.資源占用問(wèn)題：多線程需要占用更多的系統(tǒng)資源，包括 CPU、內(nèi)存資源等，可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)資源緊張。
3.實(shí)現(xiàn)復(fù)雜：線程池需要對(duì)多個(gè)線程進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)起來(lái)較為復(fù)雜。
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socket編程在windows和linux下的區(qū)別
下面大概分幾個(gè)方面進(jìn)行羅列：
Linux要包含
#include
#include
#include
#include
等頭文件，而windows下則是包含
#include
。
Linux中socket為整形，Windows中為一個(gè)SOCKET。
Linux中關(guān)閉socket為close，Windows中為closesocket。
Linux中有變量socklen_t，Windows中直接為int。
因?yàn)閘inux中的socket與普通的fd一樣，所以可以在TCP的socket中，發(fā)送與接收數(shù)據(jù)時(shí)，直接使用read和write。而windows只能使用recv和send。
設(shè)置socet選項(xiàng)，比如設(shè)置socket為非阻塞的。Linux下為
flag = fcntl (fd, F_GETFL);
fcntl (fd, F_SETFL, flag | O_NONBLOCK);
，Windows下為
flag = 1;
ioctlsocket (fd, FIONBIO, (unsigned long *) &flag);
。
當(dāng)非阻塞socket的TCP連接正在進(jìn)行時(shí)，Linux的錯(cuò)誤號(hào)為EINPROGRESS，Windows的錯(cuò)誤號(hào)為WSAEWOULDBLOCK。
file
Linux下面，文件換行是春攜仔”\n”，而windows下面是”\r\n”。
Linux下面，目錄分隔符是”/”，而windows下面是”\”。
Linux與Windows下面，均可以使用stat調(diào)用來(lái)查詢文件信息。但是，Linux只支持2G大小，而Windows只支持4G大小。為了支持更大的文件查詢，可以在隱猜Linux環(huán)境下加
_FILE_OFFSET_BITS=64定義，在Windows下面使用_stat64調(diào)用，入?yún)閟truct __stat64。
Linux中可根據(jù)stat的st_mode判斷文件類(lèi)型，有S_ISREG、S_ISDIR等宏。Windows中沒(méi)有，需要自己定義相應(yīng)的宏，如
#define S_ISREG(m) (((m) &) == ())
#define S_ISDIR(m) (((m) &) == ())
Linux中刪除文件是unlink，Windows中為DeleteFile。
time
Linux中，time_t結(jié)構(gòu)是長(zhǎng)整形。而windows中，time_t結(jié)構(gòu)是64位的整形。如果要在windows始time_t為32位無(wú)符號(hào)整形，可以加宏定義，_USE_32BIT_TIME_T。
Linux中，sleep的單位為秒。Windows中，Sleep的單位為毫秒。即，Linux下sleep (1)，在Windows環(huán)境下則需要Sleep (1000)。
Windows中的timecmp宏，不支持大于等于或者小于等于。
Windows中沒(méi)有struct timeval結(jié)構(gòu)的加減宏可以使用，需要手動(dòng)定義：
#define MICROSECONDS (1000 * 1000)
#define timeradd(t1, t2, t3) do { \
(t3)->tv_sec = (t1)->tv_sec + (t2)->tv_sec; \
(t3)->tv_usec = (t1)->tv_usec + (t2)->tv_usec % MICROSECONDS;\
if ((t1)->tv_usec + (t2)->tv_usec > MICROSECONDS) (t3)->tv_sec ++;\
扒汪 } while (0)
#define timersub(t1, t2, t3) do { \
(t3)->tv_sec = (t1)->tv_sec – (t2)->tv_sec; \
(t3)->tv_usec = (t1)->tv_usec – (t2)->tv_usec; \
if ((t1)->tv_usec – (t2)->tv_usec tv_usec –, (t3)->tv_usec += MICROSECONDS; \
} while (0)
調(diào)用進(jìn)程
Linux下可以直接使用system來(lái)調(diào)用外部程序。Windows更好使用WinExec，因?yàn)閃inExec可以支持是打開(kāi)還是隱藏程序窗口。用WinExec的第二個(gè)入?yún)⒅该?，?/p>
SW_SHOW/SW_HIDE。
雜項(xiàng)
Linux為srandom和random函數(shù)，Windows為srand和rand函數(shù)。
Linux為snprintf，Windows為_(kāi)snprintf。
同理，Linux中的strcasecmp，Windows為_(kāi)stricmp。
錯(cuò)誤處理
Linux下面，通常使用全局變量errno來(lái)表示函數(shù)執(zhí)行的錯(cuò)誤號(hào)。Windows下要使用GetLastError ()調(diào)用來(lái)取得。
Linux環(huán)境下僅有的
這些函數(shù)或者宏，Windows中完全沒(méi)有，需要用戶手動(dòng)實(shí)現(xiàn)。
atoll
long long
atoll (const char *p)
{
int minus = 0;
long long value = 0;
if (*p == ‘-‘)
{
minus ++;
p ++;
}
while (*p >= ‘0’ && *p tv_sec = (long) (t /);
tv->tv_usec = (long) (t %);
}
if (tz)
{
if (!tzflag)
{
_tzset ();
tzflag++;
}
tz->tz_minuteswest = _timezone / 60;
tz->tz_dsttime = _daylight;
}
return 0;
}
編譯相關(guān)
當(dāng)前函數(shù)，Linux用__FUNCTION__表示，Windows用__func__表示。
Socket 編程 windows到Linux代碼移植遇到的問(wèn)題
1)頭文件
windows下winsock.h/winsock2.h
linux下sys/socket.h
錯(cuò)誤處理：errno.h
2)初始化
windows下需要用WSAStartup
linux下不需要
3)關(guān)閉socket
windows下closesocket(…)
linux下close(…)
4)類(lèi)型
windows下SOCKET
linux下int
如我用到的一些宏：
#ifdef WIN32
typedef int socklen_t;
typedef int ssize_t;
#endif
#ifdef __LINUX__
typedef int SOCKET;
typedef unsigned char BYTE;
typedef unsigned long DWORD;
#define FALSE 0
#define SOCKET_ERROR (-1)
#endif
5)獲取錯(cuò)誤碼
windows下getlasterror()/WSAGetLastError()
linux下errno變量
6)設(shè)置非阻塞
windows下ioctlsocket()
linux下fcntl()
7)send函數(shù)最后一個(gè)參數(shù)
windows下一般設(shè)置為0
linux下更好設(shè)置為MSG_NOSIGNAL，如果不設(shè)置，在發(fā)送出錯(cuò)后有可 能會(huì)導(dǎo)致程序退出。
8)毫秒級(jí)時(shí)間獲取
windows下GetTickCount()
linux下gettimeofday()
3、多線程
多線程: (win)process.h –〉(linux)pthread.h
_beginthread –> pthread_create
_endthread –> pthread_exit
windows與linux平臺(tái)使用的socket均繼承自Berkeley socket(rfc3493)，他們都支持select I/O模型，均支持使用getaddrinfo與getnameinfo實(shí)現(xiàn)協(xié)議無(wú)關(guān)編程。但存在細(xì)微差別，
主要有：
頭文件及類(lèi)庫(kù)。windows使用winsock2.h(需要在windows.h前包含)，并要鏈接庫(kù)ws2_32.lib；linux使用netinet/in.h, netdb.h等。
windows下在使用socket之前與之后要分別使用WSAStartup與WSAClean。
關(guān)閉socket，windows使用closesocket，linux使用close。
send*與recv*函數(shù)參數(shù)之socket長(zhǎng)度的類(lèi)型，windows為int，linux為socklen_t，可預(yù)編譯指令中處理這一差異，當(dāng)平臺(tái)為windows時(shí)#define socklen_t unsigned int。
select函數(shù)之一個(gè)參數(shù)，windows忽略該參數(shù)，linux下該參數(shù)表示中socket的上限值，一般設(shè)為sockfd(需select的socket) + 1。
windows下socket函數(shù)返回值類(lèi)型為SOCKET(unsigned int)，其中發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)返回INVALID_SOCKET(0)，linux下socket函數(shù)返回值類(lèi)型int, 發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)返回-1。
另外，如果綁定本機(jī)回環(huán)地址，windows下sendto函數(shù)可以通過(guò)，linux下sendto回報(bào)錯(cuò)：errno=22, Invalid arguement。一般情況下均綁定通配地址。
轉(zhuǎn)載jlins
下面大概分幾個(gè)方面進(jìn)行羅列:
Linux要包含
#include
#include
#include
#include
等頭文件，而windows下則是包含
#include
。
Linux中socket為整形，Windows中為一個(gè)SOCKET。
Linux中關(guān)閉socket為close，Windows中為closesocket。
Linux中有變量socklen_t，Windows中直接為int。
因?yàn)閘inux中的socket與普通的fd一樣，所以可以在TCP的socket中，發(fā)送與接收數(shù)據(jù)時(shí)，直接使用read和write。而windows只能使用recv和send。
設(shè)置socet選項(xiàng)，比如設(shè)置socket為非阻塞的。Linux下為
flag = fcntl (fd， F_GETFL)；
fcntl (fd， F_SETFL， flag | O_NONBLOCK)；
，Windows下為
flag = 1；
ioctlsocket (fd， FIONBIO， (unsigned long *) &flag)；
。
當(dāng)非阻塞socket的TCP連接正在進(jìn)行時(shí)，Linux的錯(cuò)誤號(hào)豎笑為EINPROGRESS，Windows的錯(cuò)誤號(hào)為WSAEWOULDBLOCK。
file
Linux下面，文件換行是”\n”，而windows下面是”\r\n”。
Linux下面，目錄分隔符是”/”，而windows下面是”\”。
Linux與Windows下面，均可以使用stat調(diào)用來(lái)查詢文件信息。但是，Linux只支持2G大小，而Windows只支持4G大小。為了支持更大的文件查詢，可以在Linux環(huán)境下加
_FILE_OFFSET_BITS=64定義，在Windows下面使用_stat64調(diào)用，入?yún)閟truct __stat64。
Linux中可根據(jù)stat的st_mode判斷文件類(lèi)型，有S_ISREG、S_ISDIR等宏。罩圓Windows中沒(méi)有，需要自己定義相應(yīng)的宏，如
#define S_ISREG(m) (((m) &) == ())
#define S_ISDIR(m) (((m) &) == ())
Linux中刪除文件是unlink，Windows中為DeleteFile。
time
Linux中，time_t結(jié)構(gòu)是長(zhǎng)整形。而windows中，time_t結(jié)構(gòu)是64位的整形。如果要在windows始time_t為32位無(wú)符號(hào)整形，可以加宏定義，_USE_32BIT_TIME_T。
Linux中，sleep的單位為秒。Windows中，Sleep的單位為毫秒。即，Linux下sleep (1)，在Windows環(huán)境下則需要Sleep (1000)。
Windows中的timecmp宏，不支持大于等于或者余悶含小于等于。
Windows中沒(méi)有struct timeval結(jié)構(gòu)的加減宏可以使用，需要手動(dòng)定義:
#define MICROSECONDS (1000 * 1000)
#define timeradd(t1， t2， t3) do { \
(t3)->tv_sec = (t1)->tv_sec + (t2)->tv_sec； \
(t3)->tv_usec = (t1)->tv_usec + (t2)->tv_usec % MICROSECONDS；\
if ((t1)->tv_usec + (t2)->tv_usec > MICROSECONDS) (t3)->tv_sec ++；\
} while (0)
#define timersub(t1， t2， t3) do { \
(t3)->tv_sec = (t1)->tv_sec – (t2)->tv_sec； \
(t3)->tv_usec = (t1)->tv_usec – (t2)->tv_usec； \
if ((t1)->tv_usec – (t2)->tv_usec tv_usec –， (t3)->tv_usec += MICROSECONDS； \
} while (0)
調(diào)用進(jìn)程
Linux下可以直接使用system來(lái)調(diào)用外部程序。Windows更好使用WinExec，因?yàn)閃inExec可以支持是打開(kāi)還是隱藏程序窗口。用WinExec的第二個(gè)入?yún)⒅该鳎?/p>
SW_SHOW/SW_HIDE。
雜項(xiàng)
Linux為srandom和random函數(shù)，Windows為srand和rand函數(shù)。
Linux為snprintf，Windows為_(kāi)snprintf。
同理，Linux中的strcasecmp，Windows為_(kāi)stricmp。
錯(cuò)誤處理
Linux下面，通常使用全局變量errno來(lái)表示函數(shù)執(zhí)行的錯(cuò)誤號(hào)。Windows下要使用GetLastError ()調(diào)用來(lái)取得。
Linux環(huán)境下僅有的
這些函數(shù)或者宏，Windows中完全沒(méi)有，需要用戶手動(dòng)實(shí)現(xiàn)。
atoll
long long
atoll (const char *p)
{
int minus = 0；
long long value = 0；
if (*p == ‘-‘)
{
minus ++；
p ++；
}
while (*p >= ‘0’ && *p tv_sec = (long) (t /)；
tv->tv_usec = (long) (t %)；
}
if (tz)
{
if (，tzflag)
{
_tzset ()；
tzflag++；
}
tz->tz_minuteswest = _timezone / 60；
tz->tz_dsttime = _daylight；
}
return 0；
}
編譯相關(guān)
當(dāng)前函數(shù)，Linux用__FUNCTION__表示，Windows用__func__表示。
Socket 編程 windows到Linux代碼移植遇到的問(wèn)題
1)頭文件
windows下winsock.h/winsock2.h
linux下sys/socket.h
錯(cuò)誤處理:errno.h
2)初始化
windows下需要用WSAStartup
linux下不需要
3)關(guān)閉socket
windows下closesocket(…)
linux下close(…)
4)類(lèi)型
windows下SOCKET
linux下int
如我用到的一些宏:
#ifdef WIN32
typedef int socklen_t；
typedef int ssize_t；
#endif
#ifdef __LINUX__
typedef int SOCKET；
typedef unsigned char BYTE；
typedef unsigned long DWORD；
#define FALSE 0
#define SOCKET_ERROR (-1)
#endif
5)獲取錯(cuò)誤碼
windows下getlasterror()/WSAGetLastError()
linux下errno變量
6)設(shè)置非阻塞
windows下ioctlsocket()
linux下fcntl()
7)send函數(shù)最后一個(gè)參數(shù)
windows下一般設(shè)置為0
linux下更好設(shè)置為MSG_NOSIGNAL，如果不設(shè)置，在發(fā)送出錯(cuò)后有可 能會(huì)導(dǎo)致程序退出。
8)毫秒級(jí)時(shí)間獲取
windows下GetTickCount()
linux下gettimeofday()
3、多線程
多線程: (win)process.h –〉(linux)pthread.h
_beginthread –> pthread_create
_endthread –> pthread_exit
windows與linux平臺(tái)使用的socket均繼承自Berkeley socket(rfc3493)，他們都支持select I/O模型，均支持使用getaddrinfo與getnameinfo實(shí)現(xiàn)協(xié)議無(wú)關(guān)編程。但存在細(xì)微差別，
主要有:
頭文件及類(lèi)庫(kù)。windows使用winsock2.h(需要在windows.h前包含)，并要鏈接庫(kù)ws2_32.lib;linux使用netinet/in.h， netdb.h等。
windows下在使用socket之前與之后要分別使用WSAStartup與WSAClean。
關(guān)閉socket，windows使用closesocket，linux使用close。
send*與recv*函數(shù)參數(shù)之socket長(zhǎng)度的類(lèi)型，windows為int，linux為socklen_t，可預(yù)編譯指令中處理這一差異，當(dāng)平臺(tái)為windows時(shí)#define socklen_t unsigned int。
select函數(shù)之一個(gè)參數(shù)，windows忽略該參數(shù)，linux下該參數(shù)表示中socket的上限值，一般設(shè)為sockfd(需select的socket) + 1。
windows下socket函數(shù)返回值類(lèi)型為SOCKET(unsigned int)，其中發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)返回INVALID_SOCKET(0)，linux下socket函數(shù)返回值類(lèi)型int， 發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)返回-1。
另外，如果綁定本機(jī)回環(huán)地址，windows下sendto函數(shù)可以通過(guò)，linux下sendto回報(bào)錯(cuò):errno=22， Invalid arguement。一般情況下均綁定通配地址。
如何看懂《Linux多線程服務(wù)端編程
一：進(jìn)程和線程
每個(gè)進(jìn)程有自己獨(dú)立的地址空間。“在同一個(gè)進(jìn)程”還是“不在同一個(gè)進(jìn)程”是系統(tǒng)功能劃分的重要決策點(diǎn)。《Erlang程序設(shè)計(jì)》把進(jìn)程比喻為人：
每個(gè)人有自己的記憶（內(nèi)存），人與人通過(guò)談話（消息傳遞）來(lái)交流，談話既可以是面談姿并野（同一臺(tái)服務(wù)器），也可以在里談（不同的服務(wù)器，有網(wǎng)絡(luò)通信）。面談和談的區(qū)別在于，面談可以立即知道對(duì)方是否死了（crash,SIGCHLD），而談只能通過(guò)周期性的心跳來(lái)判斷對(duì)方是否還活著。
有了這些比喻，設(shè)計(jì)分布式系統(tǒng)時(shí)可以采取“角色扮演”，團(tuán)隊(duì)里的幾個(gè)人各自扮演一個(gè)進(jìn)程，人的角色由進(jìn)程的代碼決定（管登錄的、管消息分發(fā)的、管買(mǎi)賣(mài)的等等）。每個(gè)人有自己的記憶，但不知道別人的記憶，要想知道別人的看法，只能通過(guò)交談（暫不考慮共享內(nèi)存這種IPC）。然后就可以思考：跡喊
·容錯(cuò)：萬(wàn)一有人突然死了
·擴(kuò)容：新人中途加進(jìn)來(lái)
·負(fù)載均衡：把甲的活兒挪給乙做
·退休：甲要修復(fù)bug，先別派新任務(wù)，等他做完手上的事情就把他重啟
等等各種場(chǎng)景，十分便利。
線程的特點(diǎn)是共享地址空間，從而可以高效地共享數(shù)據(jù)。一臺(tái)機(jī)器上的多個(gè)進(jìn)程能高效地共享代碼段(操作系統(tǒng)可以映射為同樣的物理內(nèi)存)，但不能共享數(shù)據(jù)。如果多個(gè)進(jìn)程大量共享內(nèi)存，等于是把多進(jìn)程程序當(dāng)成多線程來(lái)寫(xiě)，掩耳盜鈴。
“多線程”的價(jià)值，我認(rèn)為是為了更好地發(fā)揮多核處理器(multi-cores)的效能。在單核時(shí)代，多線程沒(méi)有多大價(jià)值（個(gè)人想法：如果要完成的任務(wù)是CPU密集型的，那多線程沒(méi)有優(yōu)勢(shì)，甚至因?yàn)榫€程切換的開(kāi)銷(xiāo)，多線程反而更慢；如果要完成的任務(wù)既有CPU計(jì)算，又有磁盤(pán)或網(wǎng)絡(luò)IO，則使用多線程的好處是，當(dāng)某個(gè)線程因?yàn)镮O而阻塞時(shí)，OS可以調(diào)度其他線程執(zhí)行，雖然效率確實(shí)要比任務(wù)的順序執(zhí)行效率要高，然而，這種類(lèi)型的任務(wù)，可以通過(guò)單線程的”non-blocking IO+IO multiplexing”的模型（事件驅(qū)動(dòng)）來(lái)提高效率，采用多線程的方式，帶來(lái)的可能僅僅是編程上的簡(jiǎn)單而已）。Alan Cox說(shuō)過(guò)：”A computer is a state machine.Threads are for people who can’t program state machines.”（計(jì)算機(jī)是一臺(tái)狀態(tài)機(jī)。線程是給那些不能編寫(xiě)狀態(tài)機(jī)程序的人準(zhǔn)備的）如果只有一塊CPU、一個(gè)執(zhí)行單元，那么確實(shí)如Alan Cox所說(shuō)，按狀態(tài)機(jī)的思路去寫(xiě)程序是最蔽謹(jǐn)高效的。
二：?jiǎn)尉€程服務(wù)器的常用編程模型
據(jù)我了解，在高性能的網(wǎng)絡(luò)程序中，使用得最為廣泛的恐怕要數(shù)”non-blocking IO + IO multiplexing”這種模型，即Reactor模式。
在”non-blocking IO + IO multiplexing”這種模型中，程序的基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)事件循環(huán)（event loop），以事件驅(qū)動(dòng)（event-driven）和事件回調(diào)的方式實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯：
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//代碼僅為示意，沒(méi)有完整考慮各種情況
while(!done)
{
int timeout_ms = max(1000, getNextTimedCallback());
int retval = poll(fds, nfds, timeout_ms);
if (retval0){
處理IO事件，回調(diào)用戶的IO event handler
}
}
}
這里select(2)/poll(2)有伸縮性方面的不足（描述符過(guò)多時(shí)，效率較低），Linux下可替換為epoll(4)，其他操作系統(tǒng)也有對(duì)應(yīng)的高性能替代品。
Reactor模型的優(yōu)點(diǎn)很明顯，編程不難，效率也不錯(cuò)。不僅可以用于讀寫(xiě)socket，連接的建立(connect(2)/accept(2))，甚至DNS解析都可以用非阻塞方式進(jìn)行，以提高并發(fā)度和吞吐量(throughput)，對(duì)于IO密集的應(yīng)用是個(gè)不錯(cuò)的選擇。lighttpd就是這樣，它內(nèi)部的fdevent結(jié)構(gòu)十分精妙，值得學(xué)習(xí)。
基于事件驅(qū)動(dòng)的編程模型也有其本質(zhì)的缺點(diǎn)，它要求事件回調(diào)函數(shù)必須是非阻塞的。對(duì)于涉及網(wǎng)絡(luò)IO的請(qǐng)求響應(yīng)式協(xié)議，它容易割裂業(yè)務(wù)邏輯，使其散布于多個(gè)回調(diào)函數(shù)之中，相對(duì)不容易理解和維護(hù)。
三：多線程服務(wù)器的常用編程模型
大概有這么幾種：
a：每個(gè)請(qǐng)求創(chuàng)建一個(gè)線程，使用阻塞式IO操作。在Java 1.4引人NIO之前，這是Java網(wǎng)絡(luò)編程的推薦做法?？上炜s性不佳（請(qǐng)求太多時(shí)，操作系統(tǒng)創(chuàng)建不了這許多線程）。
b：使用線程池，同樣使用阻塞式IO操作。與第1種相比，這是提高性能的措施。
c：使用non-blocking IO + IO multiplexing。即Java NIO的方式。
d：Leader/Follower等高級(jí)模式。
在默認(rèn)情況下，我會(huì)使用第3種，即non-blocking IO + one loop per thread模式來(lái)編寫(xiě)多線程C++網(wǎng)絡(luò)服務(wù)程序。
1：one loop per thread
此種模型下，程序里的每個(gè)IO線程有一個(gè)event loop，用于處理讀寫(xiě)和定時(shí)事件（無(wú)論周期性的還是單次的）。代碼框架跟“單線程服務(wù)器的常用編程模型”一節(jié)中的一樣。
libev的作者說(shuō)：
One loop per thread is usually a good model. Doing this is almost never wrong, some times a better-performance model exists, but it is always a good start.
這種方式的好處是：
a：線程數(shù)目基本固定，可以在程序啟動(dòng)的時(shí)候設(shè)置，不會(huì)頻繁創(chuàng)建與銷(xiāo)毀。
b：可以很方便地在線程間調(diào)配負(fù)載。
c：IO事件發(fā)生的線程是固定的，同一個(gè)TCP連接不必考慮事件并發(fā)。
Event loop代表了線程的主循環(huán)，需要讓哪個(gè)線程干活，就把timer或IO channel（如TCP連接）注冊(cè)到哪個(gè)線程的loop里即可：對(duì)實(shí)時(shí)性有要求的connection可以單獨(dú)用一個(gè)線程；數(shù)據(jù)量大的connection可以獨(dú)占一個(gè)線程，并把數(shù)據(jù)處理任務(wù)分?jǐn)偟搅韼讉€(gè)計(jì)算線程中（用線程池）；其他次要的輔助性connections可以共享一個(gè)線程。
比如，在dbproxy中，一個(gè)線程用于專(zhuān)門(mén)處理客戶端發(fā)來(lái)的管理命令；一個(gè)線程用于處理客戶端發(fā)來(lái)的MySQL命令，而與后端數(shù)據(jù)庫(kù)通信執(zhí)行該命令時(shí)，是將該任務(wù)分配給所有事件線程處理的。
對(duì)于non-trivial（有一定規(guī)模）的服務(wù)端程序，一般會(huì)采用non-blocking IO + IO multiplexing，每個(gè)connection/acceptor都會(huì)注冊(cè)到某個(gè)event loop上，程序里有多個(gè)event loop，每個(gè)線程至多有一個(gè)event loop。
多線程程序?qū)vent loop提出了更高的要求，那就是“線程安全”。要允許一個(gè)線程往別的線程的loop里塞東西，這個(gè)loop必須得是線程安全的。
在dbproxy中，線程向其他線程分發(fā)任務(wù)，是通過(guò)管道和隊(duì)列實(shí)現(xiàn)的。比如主線程accept到連接后，將表示該連接的結(jié)構(gòu)放入隊(duì)列，并向管道中寫(xiě)入一個(gè)字節(jié)。計(jì)算線程在自己的event loop中注冊(cè)管道的讀事件，一旦有數(shù)據(jù)可讀，就嘗試從隊(duì)列中取任務(wù)。
2：線程池
不過(guò)，對(duì)于沒(méi)有IO而光有計(jì)算任務(wù)的線程，使用event loop有點(diǎn)浪費(fèi)?？梢允褂靡环N補(bǔ)充方案，即用blocking queue實(shí)現(xiàn)的任務(wù)隊(duì)列：
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typedef boost::functionFunctor;
BlockingQueue taskQueue; //線程安全的全局阻塞隊(duì)列
//計(jì)算線程
void workerThread()
{
while (running) //running變量是個(gè)全局標(biāo)志
{
Functor task = taskQueue.take(); //this blocks
task(); //在產(chǎn)品代碼中需要考慮異常處理
}
}
// 創(chuàng)建容量（并發(fā)數(shù)）為N的線程池
int N = num_of_computing_threads;
for (int i = 0; i task = boost::bind(&Foo::calc，&foo);
taskQueue.post(task);
除了任務(wù)隊(duì)列，還可以用BlockingQueue實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的生產(chǎn)者消費(fèi)者隊(duì)列，即T是數(shù)據(jù)類(lèi)型而非函數(shù)對(duì)象，queue的消費(fèi)者從中拿到數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。其實(shí)本質(zhì)上是一樣的。
3：總結(jié)
總結(jié)而言，我推薦的C++多線程服務(wù)端編程模式為：one (event) loop per thread + thread pool：
event loop用作IO multiplexing，配合non-blockingIO和定時(shí)器；
thread pool用來(lái)做計(jì)算，具體可以是任務(wù)隊(duì)列或生產(chǎn)者消費(fèi)者隊(duì)列。
以這種方式寫(xiě)服務(wù)器程序，需要一個(gè)優(yōu)質(zhì)的基于Reactor模式的網(wǎng)絡(luò)庫(kù)來(lái)支撐，muduo正是這樣的網(wǎng)絡(luò)庫(kù)。比如dbproxy使用的是libevent。
程序里具體用幾個(gè)loop、線程池的大小等參數(shù)需要根據(jù)應(yīng)用來(lái)設(shè)定，基本的原則是“阻抗匹配”（解釋見(jiàn)下），使得CPU和IO都能高效地運(yùn)作。所謂阻抗匹配原則：
如果池中線程在執(zhí)行任務(wù)時(shí)，密集計(jì)算所占的時(shí)間比重為 P (0 就能立刻列出用到某服務(wù)的客戶端地址（Foreign Address列），然后在客戶端的機(jī)器上用netstat或lsof命令找出是哪個(gè)進(jìn)程發(fā)起的連接。TCP短連接和UDP則不具備這一特性。二是通過(guò)接收和發(fā)送隊(duì)列的長(zhǎng)度也較容易定位網(wǎng)絡(luò)或程序故障。在正常運(yùn)行的時(shí)候，netstat打印的Recv-Q和Send-Q都應(yīng)該接近0，或者在0附近擺動(dòng)。如果Recv-Q保持不變或持續(xù)增加，則通常意味著服務(wù)進(jìn)程的處理速度變慢，可能發(fā)生了死鎖或阻塞。如果Send-Q保持不變或持續(xù)增加，有可能是對(duì)方服務(wù)器太忙、來(lái)不及處理，也有可能是網(wǎng)絡(luò)中間某個(gè)路由器或交換機(jī)故障造成丟包，甚至對(duì)方服務(wù)器掉線，這些因素都可能表現(xiàn)為數(shù)據(jù)發(fā)送不出去。通過(guò)持續(xù)監(jiān)控Recv-Q和Send-Q就能及早預(yù)警性能或可用性故障。以下是服務(wù)端線程阻塞造成Recv-Q和客戶端Send-Q激增的例子：
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$netstat -tn
Proto Recv-Q Send-Q Local Address Foreign
tcp.0.0.10:.0.0.10:#服務(wù)端連接
tcp.0.0.10:.0.0.10:#客戶端連接
tcp.0.0.10:.0.0.4:
五：多線程服務(wù)器的適用場(chǎng)合
如果要在一臺(tái)多核機(jī)器上提供一種服務(wù)或執(zhí)行一個(gè)任務(wù)，可用的模式有：
a：運(yùn)行一個(gè)單線程的進(jìn)程；
b：運(yùn)行一個(gè)多線程的進(jìn)程；
c：運(yùn)行多個(gè)單線程的進(jìn)程；
d：運(yùn)行多個(gè)多線程的進(jìn)程；
考慮這樣的場(chǎng)景：如果使用速率為50MB/s的數(shù)據(jù)壓縮庫(kù)，進(jìn)程創(chuàng)建銷(xiāo)毀的開(kāi)銷(xiāo)是800微秒，線程創(chuàng)建銷(xiāo)毀的開(kāi)銷(xiāo)是50微秒。如何執(zhí)行壓縮任務(wù)？
如果要偶爾壓縮1GB的文本文件，預(yù)計(jì)運(yùn)行時(shí)間是20s，那么起一個(gè)進(jìn)程去做是合理的，因?yàn)檫M(jìn)程啟動(dòng)和銷(xiāo)毀的開(kāi)銷(xiāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于實(shí)際任務(wù)的耗時(shí)。
如果要經(jīng)常壓縮500kB的文本數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)運(yùn)行時(shí)間是10ms，那么每次都起進(jìn)程 似乎有點(diǎn)浪費(fèi)了，可以每次單獨(dú)起一個(gè)線程去做。
如果要頻繁壓縮10kB的文本數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)運(yùn)行時(shí)間是200微秒，那么每次起線程似 乎也很浪費(fèi)，不如直接在當(dāng)前線程搞定。也可以用一個(gè)線程池，每次把壓縮任務(wù)交給線程池，避免阻塞當(dāng)前線程（特別要避免阻塞IO線程）。
由此可見(jiàn)，多線程并不是萬(wàn)靈丹(silver bullet)。
1：必須使用單線程的場(chǎng)合
據(jù)我所知，有兩種場(chǎng)合必須使用單線程：
a：程序可能會(huì)fork(2)；
實(shí)際編程中，應(yīng)該保證只有單線程程序能進(jìn)行fork(2)。多線程程序不是不能調(diào)用fork(2)，而是這么做會(huì)遇到很多麻煩：
fork一般不能在多線程程序中調(diào)用，因?yàn)長(zhǎng)inux的fork只克隆當(dāng)前線程的thread of control，不可隆其他線程。fork之后，除了當(dāng)前線程之外，其他線程都消失了。
這就造成一種危險(xiǎn)的局面。其他線程可能正好處于臨界區(qū)之內(nèi)，持有了某個(gè)鎖，而它突然死亡，再也沒(méi)有機(jī)會(huì)去解鎖了。此時(shí)如果子進(jìn)程試圖再對(duì)同一個(gè)mutex加鎖，就會(huì)立即死鎖。因此，fork之后，子進(jìn)程就相當(dāng)于處于signal handler之中（因?yàn)椴恢勒{(diào)用fork時(shí)，父進(jìn)程中的線程此時(shí)正在調(diào)用什么函數(shù)，這和信號(hào)發(fā)生時(shí)的場(chǎng)景一樣），你不能調(diào)用線程安全的函數(shù)（除非它是可重入的），而只能調(diào)用異步信號(hào)安全的函數(shù)。比如，fork之后，子進(jìn)程不能調(diào)用：
malloc，因?yàn)閙alloc在訪問(wèn)全局狀態(tài)時(shí)幾乎肯定會(huì)加鎖；
任何可能分配或釋放內(nèi)存的函數(shù)，比如snprintf；
任何Pthreads函數(shù)；
printf系列函數(shù)，因?yàn)槠渌€程可能恰好持有stdout/stderr的鎖；
除了man 7 signal中明確列出的信號(hào)安全函數(shù)之外的任何函數(shù)。
因此，多線程中調(diào)用fork，唯一安全的做法是fork之后，立即調(diào)用exec執(zhí)行另一個(gè)程序，徹底隔斷子進(jìn)程與父進(jìn)程的聯(lián)系。
在多線程環(huán)境中調(diào)用fork，產(chǎn)生子進(jìn)程后。子進(jìn)程內(nèi)部只存在一個(gè)線程，也就是父進(jìn)程中調(diào)用fork的線程的副本。
使用fork創(chuàng)建子進(jìn)程時(shí)，子進(jìn)程通過(guò)繼承整個(gè)地址空間的副本，也從父進(jìn)程那里繼承了所有互斥量、讀寫(xiě)鎖和條件變量的狀態(tài)。如果父進(jìn)程中的某個(gè)線程占有鎖，則子進(jìn)程同樣占有這些鎖。問(wèn)題是子進(jìn)程并不包含占有鎖的線程的副本，所以子進(jìn)程沒(méi)有辦法知道它占有了哪些鎖，并且需要釋放哪些鎖。
盡管Pthread提供了pthread_atfork函數(shù)試圖繞過(guò)這樣的問(wèn)題，但是這回使得代碼變得混亂。因此《Programming With Posix Threads》一書(shū)的作者說(shuō)：”Avoid using fork in threaded code except where the child process will immediately exec a new program.”。
b：限制程序的CPU占用率；
這個(gè)很容易理解，比如在一個(gè)8核的服務(wù)器上，一個(gè)單線程程序即便發(fā)生busy-wait，占滿1個(gè)core，其CPU使用率也只有12.5%，在這種最壞的情況下，系統(tǒng)還是有87.5%的計(jì)算資源可供其他服務(wù)進(jìn)程使用。
linux socket多線程的介紹就聊到這里吧，感謝你花時(shí)間閱讀本站內(nèi)容，更多關(guān)于linux socket多線程,「探索 Linux 網(wǎng)絡(luò)編程：socket 多線程」,socket編程在windows和linux下的區(qū)別,如何看懂《Linux多線程服務(wù)端編程的信息別忘了在本站進(jìn)行查找喔。
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