状态机模式之应用异步接收变长数据包.doc

情景分析 在网络编程中，通常异步比同步处理更为复杂，但由于异步的事件通知机制，避免了同步方式中的忙等待，提高了吞吐量，因此效率较高，在高性能应用开发中，经常被用到。而在处理异步相关的问题时，状态机模式是一种典型的有效方法，这在libevent、memcached、nginx等开源软件(库)中多次被使用而得到见证。据此，为抛砖引玉，本文展示了使用此方法异步接收变长数据包的实现，这里的变长是指在某一种网络协议中，具有完整意义的数据包长度是不固定的。为了描述方便，我们以一个TCP C/S模式的简单例子为场景分析说明，服务端在某知名端口监听，使用异步IO复用机制epoll ET模式接受连接、接收分析请求、存取数据到内存缓冲中，这种内存缓冲类似于数据库，数据按键值对存取；客户端的请求包括增加、修改和删除三种，每种请求对应的数据包长度不一样。协议封包 如下图所示，请求封包各字段从左到右依次为：type字段表示请求类型，占1个字节，值域为{1,2,3}，1为增加，2为修改，3为删除；key字段表示键名，占16个字节；val字段表示值，占256个字节；expire表示生存期，占4个字节，单位为秒。显而易见，对于每种类型的请求，其封包长度是固定的。 状态转换 由于在一条连接上客户端可以先后发送多种不同类型的请求，因此服务端需要接收完整某种请求的包后，才能解析处理。当处于某种特定类型的请求时，接收完它的包，这很容易实现。但当存在多种不同类型的请求时，就需要先识别当前的请求类型，再在这种类型中接收完整的包，然后再识别新的请求类型，继续循环这样的一个过程。因此，这就自然而然地对应到了状态机，如下图所示，有4个状态：1个起始状态prepare，在此状态中识别当前请求类型，转到下一中间状态；3个中间状态add、set、del，分别对应增加、修改和删除请求，在此状态中不断接收数据，直至接收完整，再转到起始状态。由于从中间状态能转到起始状态，因此就没必要存在结束状态。e1、e2、e3、e4表示不同状态间转化的触发事件。 代码实现 类型和结构定义 connection类表示一条在客户端和服务端间建立的连接，静态成员函数handle_read被epoll模型当有数据可读时回调，普通成员函数handle_read则做实际的接收处理。 1 enum read_state { prepare, add, set, del }; 2 3static const char MSG_TYPE_ADD = 1; 4static const char MSG_TYPE_SET = 2; 5static const char MSG_TYPE_DEL = 3; 6 7#pragma pack(1) 8struct msg_add 9{10 char key[16];11 char val[256];12 uint32_t expire;13};1415struct msg_set16{17 char key[16];18 char val[256];19};2021struct msg_del22{23 char key[16];24};25#pragma pack()2627static const size_t MSG_MAX_SIZE = sizeof(msg_add);2829class connection30{31public:32 connection();33 34 void recv_add_msg(msg_add* msg);35 void recv_set_msg(msg_set* msg);36 void recv_del_msg(msg_get* msg);3738 bool send_add_msg(const char* key,const char* val,uint32_t expire);39 bool send_set_msg(const char* key,const char* val);40 bool send_del_msg(const char* key);41 42private:43 void reset_state()44 { tran_ = 0, size_ = 1; s_ = prepare;}45 46 void handle_read();47 static void handle_read(int fd,short ev,void* arg); 48