libevent、libev、libuv、libhv、boost.asio、poco、muduo七种echo-server实现对比

怼烎@ 2023-09-26 10:27 21阅读 0赞

[https://github.com/ithewei/libhv/tree/master/echo-servers][https_github.com_ithewei_libhv_tree_master_echo-servers] 中包含`libevent、libev、libuv、libhv、boost.asio、poco、muduo`七种echo-server实现，感兴趣的可以看看

*  [libevent、libev、libuv、libhv、boost.asio、poco、muduo七种echo-server实现对比][libevent_libev_libuv_libhv_boost.asio_poco_muduo_echo-server]
 *  [libhv中的宏艺术][libhv]
    
     *  [C语言宏基础知识][C]
     *  [golang defer 宏实现][golang defer]
     *  [java synchronized 一行宏实现][java synchronized]
 *  [http模块（包含http、https、http2、grpc、RESTful API）][http_http_https_http2_grpc_RESTful API]
 *  [日志模块][Link 1]
 *  [libhv应用程序框架][libhv 1]
 *  [libhv事件循环使用入门][libhv 2]
 *  [libhv如何实现跨平台的][libhv 3]
 *  [libhv多线程同步相关知识][libhv 4]
 *  [跨平台socket编程][socket]
 *  [如何编写兼容IPv6的网络程序][IPv6]
 *  [c语言如何实现c++的继承][c_c]
 *  [libhv事件循环逻辑][libhv 5]
 *  [IO与timer的完美结合][IO_timer]
    
     *  [设置连接超时][Link 2]
     *  [设置keepalive超时][keepalive]
     *  [设置心跳][Link 3]
 *  [libhv完美结合openssl][libhv_openssl]
 *  [master-worker 多进程|多线程模型][master-worker]

### libhv简介 ###

libhv是一个跨平台的类似libevent、libev、libuv的异步事件驱动库，但提供了更加接近原生的API接口和更加丰富的协议。libhv已被[awesome-c][]收录。 libhv已广泛实用在公司的IOT平台、http API服务之中，正确性、稳定性、可扩展性、性能都有保证，完全开源，请放心使用。

项目地址：[https://github.com/ithewei/libhv.git][https_github.com_ithewei_libhv.git]

码云镜像：[https://gitee.com/ithewei/libhv.git][https_gitee.com_ithewei_libhv.git]

QQ技术交流群：`739352073`

libhv博客专栏：[https://hewei.blog.csdn.net/category\_9866493.html][https_hewei.blog.csdn.net_category_9866493.html]

注：libhv每日一学博文为QQ群里的libhv每日一学技术分享整理所得，方便新老朋友查阅学习，该博文每隔几日会同步更新一次。

### http模块（包含http、https、http2、grpc、RESTful API） ###

http编译测试，包含`web service`、`indexof service`、`api service` （支持`RESTful API`）

`ContentType`支持`application/json`、`application/x-www-form-urlencoded`、`multipart/form-data`的构造和解析

git clone https://github.com/ithewei/libhv.git
    cd libhv
    make httpd curl
    
    bin/httpd -h
    bin/httpd -d
    #bin/httpd -c etc/httpd.conf -s restart -d
    ps aux | grep httpd
    
    # http web service
    bin/curl -v localhost:8080
    
    # http indexof service
    bin/curl -v localhost:8080/downloads/
    
    # http api service
    bin/curl -v localhost:8080/ping
    bin/curl -v localhost:8080/echo -d "hello,world!"
    bin/curl -v localhost:8080/query?page_no=1\&page_size=10
    bin/curl -v localhost:8080/kv   -H "Content-Type:application/x-www-form-urlencoded" -d 'user=admin&pswd=123456'
    bin/curl -v localhost:8080/json -H "Content-Type:application/json" -d '{"user":"admin","pswd":"123456"}'
    bin/curl -v localhost:8080/form -F "user=admin pswd=123456"
    bin/curl -v localhost:8080/upload -F "file=@LICENSE"
    
    bin/curl -v localhost:8080/test -H "Content-Type:application/x-www-form-urlencoded" -d 'bool=1&int=123&float=3.14&string=hello'
    bin/curl -v localhost:8080/test -H "Content-Type:application/json" -d '{"bool":true,"int":123,"float":3.14,"string":"hello"}'
    bin/curl -v localhost:8080/test -F 'bool=1 int=123 float=3.14 string=hello'
    # RESTful API: /group/:group_name/user/:user_id
    bin/curl -v -X DELETE localhost:8080/group/test/user/123
    
    # webbench (linux only)
    make webbench
    bin/webbench -c 2 -t 60 localhost:8080

libhv提供的`httpd`性能可媲美`nginx`

![format_png][]

`indexof service`目录服务效果图：

![format_png 1][]

https编译测试，集成了`openssl`库（修改`config.mk`中`WITH_OPENSSL=yes`）

![4f125ee0d5eecd8fa35c917465acba68.png][]

http2编译测试，集成了`nghttp2`库

![544d06c52b160df692aec790f0db2daf.jpeg][]

注：以下是模拟HTTP1的打印结果，HTTP2是二进制协议，采用了`HPACK`头部压缩和帧的概念

![format_png 2][]

通过libhv库编写`http API`是如此简单，支持`RESTful API`，并且可扩展成`多进程/多线程`模型 下面贴出最基础的`body`用法，其它`ContentType`用法见`examples/httpd/`

#include "HttpServer.h"
    
    int main() {
        HttpService service;
        service.base_url = "/v1/api";
        service.POST("/echo", [](HttpRequest* req, HttpResponse* res) {
            res->body = req->body;
            return 200;
        });
    
        http_server_t server;
        server.port = 8080;
        server.service = &service;
        http_server_run(&server);
        return 0;
    }

### 日志模块 ###

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### libhv应用程序框架 ###

libhv提供了命令行解析、INI配置文件解析、日志文件、pid文件、信号处理等创建一个应用程序的常用模块

参考`examples/hmain_test.cpp`，讲解这些模块使用方法

测试示例：

make test
    bin/test -h
    bin/test -v
    bin/test -t
    bin/test -d
    ps aux | grep test
    bin/test -s status
    bin/test -s stop
    ps aux | grep test
    bin/test -s start -d
    ps aux | grep test
    bin/test -s restart -d
    ps aux | grep test

流程图：

![format_png 4][]

### libhv事件循环使用入门 ###

参考`examples/loop.c`、`examples/timer.c`、`examples/tcp.c`、`examples/udp.c`、`examples/nc.c`

make tcp udp nc
    bin/tcp 1111
    bin/nc 127.0.0.1 1111
    
    bin/udp 2222
    bin/nc -u 127.0.0.1 2222
    
    make hloop_test
    bin/hloop_test
    bin/nc 127.0.0.1 10514

TCP echo server示例代码

#include "hloop.h"
    
    void on_close(hio_t* io) {
    }
    
    void on_recv(hio_t* io, void* buf, int readbytes) {
        hio_write(io, buf, readbytes);
    }
    
    void on_accept(hio_t* io) {
        hio_setcb_close(io, on_close);
        hio_setcb_read(io, on_recv);
        hio_read(io);
    }
    
    int main(int argc, char** argv) {
        if (argc < 2) {
            printf("Usage: cmd port\n");
            return -10;
        }
        int port = atoi(argv[1]);
    
        hloop_t* loop = hloop_new(0);
        hio_t* listenio = hloop_create_tcp_server(loop, "0.0.0.0", port, on_accept);
        if (listenio == NULL) {
            return -20;
        }
        hloop_run(loop);
        hloop_free(&loop);
        return 0;
    }

流程图：

![format_png 5][]

### libevent、libev、libuv、libhv、boost.asio、poco、muduo七种echo-server实现对比 ###

[https://github.com/ithewei/libhv/tree/master/echo-servers][https_github.com_ithewei_libhv_tree_master_echo-servers 1]中包含`libevent、libev、libuv、libhv、boost.asio、poco、muduo`七种echo-server实现，感兴趣的可以看看

编译测试步骤见README.md 中的`echo-servers/benchmark`

# ubuntu16.04
    sudo apt install libevent-dev libev-dev libuv1-dev libboost-dev libboost-system-dev libasio-dev libpoco-dev
    # muduo install => https://github.com/chenshuo/muduo.git
    cd echo-servers
    ./build.sh
    ./benchmark.sh

压力测试结果图：

![format_png 6][]

注：客户端和服务端位于同一台电脑，有一定随机性，仅供参考，总的来说，这几个库性能接近，都将IO多路复用用到了极致。

### libhv如何实现跨平台的 ###

主要靠两个文件：

1、`./configure`生成的`hconfig.h` configure脚本中检测头文件、函数是否存在定义相应宏(如`HAVE_PTHREAD_H`、`HAVE_GETTIMEOFDAY`)

2、`base/hplatform.h`中 操作系统宏：(如`_WIN32`、`__linux__`等) 编译器宏：(如`__GNUC__`、`__clang__`、`_MSC_VER`等) CPU体系结构宏：(如`__i386__`、`__x86_64__`、`__arm__`、`__aarch64__`等) 编程语言宏：`__cplusplus`

以获取当前本地日期时间为例，见`base/htime.c`

![format_png 7][]

### libhv中的宏艺术 ###

#### C语言宏基础知识 ####

宏是C/C++语言的一大特色，它将一个标识符定义为一个字符串，在预处理阶段源程序中的该标识符均以指定的字符串来代替，使用宏可以使代码更加简洁和增强可读性。

#define <宏名> (<参数表>) <宏体>
    #undef <宏名>
    
    #ifdef <宏名>
        ...
    #else
        ...
    #endif
    
    //define中的三个特殊符号：#，##，#@
    #define STRCAT(x,y) x##y //连接x和y成一个字符串
    #define TOCHAR(x) #@x  //给x加上单引号
    #define TOSTR(x) #x //给x加上双引号

以`base/herr.h`、`base/herr.c`中对错误码定义为例：

#define FOREACH_ERR_COMMON(F)   \
        F(0,    OK,             "OK")               \
        F(1000, UNKNOWN,        "Unknown error")    \
        \
        F(1001, NULL_PARAM,     "Null parameter")   \
        F(1002, NULL_POINTER,   "Null pointer")     \
        F(1003, NULL_DATA,      "Null data")        \
        F(1004, NULL_HANDLE,    "Null handle")      \
        \
        F(1011, INVALID_PARAM,      "Invalid parameter")\
        F(1012, INVALID_POINTER,    "Invalid pointer")  \
        F(1013, INVALID_DATA,       "Invalid data")     \
        F(1014, INVALID_HANDLE,     "Invalid handle")   \
        F(1015, INVALID_JSON,       "Invalid json")     \
        F(1016, INVALID_XML,        "Invalid xml")      \
        F(1017, INVALID_FMT,        "Invalid format")   \
        F(1018, INVALID_PROTOCOL,   "Invalid protocol") \
        F(1019, INVALID_PACKAGE,    "Invalid package")  \
    
    #define FOREACH_ERR(F)      \
        FOREACH_ERR_COMMON(F)   \
        FOREACH_ERR_FUNC(F)     \
        FOREACH_ERR_SERVICE(F)  \
        FOREACH_ERR_GRPC(F)     \
    
    #undef ERR_OK // prevent conflict
    enum {
    #define F(errcode, name, errmsg) ERR_##name = errcode,
        FOREACH_ERR(F)
    #undef  F
    };
    // errcode => errmsg
    const char* hv_strerror(int err) {
        if (err > 0 && err <= SYS_NERR) {
            return strerror(err);
        }
    
        switch (err) {
    #define F(errcode, name, errmsg) \
        case errcode: return errmsg;
        FOREACH_ERR(F)
    #undef  F
        default:
            return "Undefined error";
        }
    }

`hv_strerror`中宏替换后实际上是很多个`case errcode: return errmsg;`，添加一个错误码定义只需在头文件见中添加即可，无需改动源文件，代码更简洁，可扩展性更好

#### golang defer 宏实现 ####

`defer`在作用域释放时做一些清理工作，可避免return前漏做，或者到处是调用清理函数，或者乱用goto导致的可读性差 等问题 见`base/hscope.h`，此头文件中还定义了很多利用作用域和RAII机制释放资源的模板类型，感兴趣的可以看看，用在自己项目中

// same as golang defer
    class Defer {
    public:
        Defer(Function&& fn) : _fn(std::move(fn)) {}
        ~Defer() { if(_fn) _fn();}
    private:
        Function _fn;
    };
    #define defer(code) Defer STRINGCAT(_defer_, __LINE__)([&](){code});

测试代码见`unittest/defer_test.cpp`

#### java synchronized 一行宏实现 ####

#define synchronized(lock) for (std::lock_guard<std::mutex> _lock_(lock), *p = &_lock_; p != NULL; p = NULL)

测试代码见`unittest/synchronized_test.cpp`

### libhv多线程同步相关知识 ###

见`base/hthread.h` `base/hmutex.h` `unittest/hmutex_test.c`

![format_png 8][]

![format_png 9][]

pthread和hmutex对应的宏就不贴出来了，请自行查阅`base/hmutex.h` 编译运行单元测试

make unittest
    bin/hmutex_test

### 跨平台socket编程 ###

Windows网络编程和Unix网络编程区别：

\- 头文件和库文件不同；

\- Windows下需要调用WSAStartup初始化；

\- 获取错误码方式不同，以及错误码不同，Windows错误码以WSA开头

\- Unix下没有closesocket；

\- 设置发送超时和接受超时参数类型要求不同；

\- 设置非阻塞方式不同；

\- 非阻塞connect返回值不同；

![format_png 10][]

![format_png 11][]

![format_png 12][]

### 如何编写兼容IPv6的网络程序 ###

![format_png 13][]

### c语言如何实现c++的继承 ###

使用宏即可实现，原理如下

![21e276b014204cd3c1d84f46db4aeec2.png][]

libhv中就应用了这种技巧，见`event/hloop.h`、`event/hevent.h`

![774f5f46e9d043864f77bee633c8bf4c.png][]

![format_png 14][]

### libhv事件循环逻辑 ###

int hloop_run(hloop_t* loop) {
        loop->status = HLOOP_STATUS_RUNNING;
        while (loop->status != HLOOP_STATUS_STOP) {
            if (loop->status == HLOOP_STATUS_PAUSE) {
                msleep(PAUSE_TIME);
                hloop_update_time(loop);
                continue;
            }
            ++loop->loop_cnt;
            if (loop->nactives == 0) break;
            hloop_process_events(loop);
            if (loop->flags & HLOOP_FLAG_RUN_ONCE) {
                break;
            }
        }
        loop->status = HLOOP_STATUS_STOP;
        loop->end_hrtime = gethrtime();
        if (loop->flags & HLOOP_FLAG_AUTO_FREE) {
            hloop_cleanup(loop);
            SAFE_FREE(loop);
        }
        return 0;
    }

调用`hloop_run`后，我们就进入了libhv的事件循环，很简单，就是while循环中调用`hloop_process_events`处理各类事件

![format_png 15][]

具体各类事件是如何处理的，感兴趣的可以研究源码

### IO与timer的完美结合 ###

#### 设置连接超时 ####

// connect timeout => hclose_cb
    HV_EXPORT void hio_set_connect_timeout(hio_t* io, int timeout_ms DEFAULT(HIO_DEFAULT_CONNECT_TIMEOUT));

#### 设置keepalive超时 ####

一段时间内无数据收发，自动断开连接

// keepalive timeout => hclose_cb
    HV_EXPORT void hio_set_keepalive_timeout(hio_t* io, int timeout_ms DEFAULT(HIO_DEFAULT_KEEPALIVE_TIMEOUT));

#### 设置心跳 ####

每隔一段时间触发发送心跳包回调

/*
    void send_heartbeat(hio_t* io) {
        static char buf[] = "PING\r\n";
        hio_write(io, buf, 6);
    }
    hio_set_heartbeat(io, 3000, send_heartbeat);
    */
    typedef void (*hio_send_heartbeat_fn)(hio_t* io);
    // heartbeat interval => hio_send_heartbeat_fn
    HV_EXPORT void hio_set_heartbeat(hio_t* io, int interval_ms, hio_send_heartbeat_fn fn);

### libhv完美结合openssl ###

libhv中使用openssl库实现TCP加密通信，这是几乎所有异步IO通信库都没有做的一点，而且libhv中开启SSL特别简单，仅需两个API

1、初始化全局的`SSL_CTX`，见`base/ssl_ctx.h`

int ssl_ctx_init(const char* crt_file, const char* key_file, const char* ca_file);

2、启用SSL，见`event/hloop.h`

int  hio_enable_ssl(hio_t* io);

libhv中的https即是最好的例子：

sudo apt-get install openssl libssl-dev # ubuntu下安装openssl依赖
    make clean
    make WITH_OPENSSL=yes
    修改配置文件etc/httpd.conf => ssl = on
    bin/httpd -d
    bin/curl -v https://localhost:8080
    curl -v https://localhost:8080 --insecure

### master-worker 多进程|多线程模型 ###

大多数库提供了`ThreadPool`线程池实现多线程模型 nginx中则实现了`master-workers`多进程模型 多线程的好处是数据共享以及跨平台性好（windows下实现多进程可不好做） 多进程的好处是一个worker进程崩溃了，不影响其它worker进程正常工作

libhv中提供了`hthread_create`创建线程，和`spawn_proc`（封装了`fork`）衍生进程 并封装了`master-workers`模型，见`utils/hmian.h`中定义的`master_workers_run`函数 **给定一个工作函数（包含一个事件循环），可自由扩展成`多进程 or 多线程 or 多进程|多线程` 三种模式** `http_server_run`即是调用了`master_worker_run`实现的，见效果图：

![format_png 16][]

简单说下`master_workers_run`的实现:

![format_png 17][]

![format_png 18][]

最后，如果你看到了这里，觉得该项目不错的，请[github ][https_github.com_ithewei_libhv.git]上`star`下，支持下国内开源，感谢！

[C++第三方常用网络库 - 爱谈天的软骨头 - 博客园][C_ - _ -]

[libevent、libev、libuv、libhv、asio、poco、muduo - 知乎][libevent_libev_libuv_libhv_asio_poco_muduo -]

[【Web开发】C++实现Web服务器（libevent，libcurl，libuv，poco）\_爱看书的小沐的博客-CSDN博客\_c++web开发][Web_C_Web_libevent_libcurl_libuv_poco_-CSDN_c_web]

[https_github.com_ithewei_libhv_tree_master_echo-servers]: https://github.com/ithewei/libhv/tree/master/echo-servers
[libevent_libev_libuv_libhv_boost.asio_poco_muduo_echo-server]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/203133009/edit#libeventlibevlibuvlibhvboostasiopocomuduo%E4%B8%83%E7%A7%8Decho-server%E5%AE%9E%E7%8E%B0%E5%AF%B9%E6%AF%94
[libhv]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/203133009/edit#libhv%E4%B8%AD%E7%9A%84%E5%AE%8F%E8%89%BA%E6%9C%AF
[C]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/203133009/edit#c%E8%AF%AD%E8%A8%80%E5%AE%8F%E5%9F%BA%E7%A1%80%E7%9F%A5%E8%AF%86
[golang defer]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/203133009/edit#golang-defer-%E5%AE%8F%E5%AE%9E%E7%8E%B0
[java synchronized]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/203133009/edit#java-synchronized-%E4%B8%80%E8%A1%8C%E5%AE%8F%E5%AE%9E%E7%8E%B0
[http_http_https_http2_grpc_RESTful API]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/203133009/edit#http%E6%A8%A1%E5%9D%97%E5%8C%85%E5%90%ABhttphttpshttp2grpcrestful-api
[Link 1]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/203133009/edit#%E6%97%A5%E5%BF%97%E6%A8%A1%E5%9D%97
[libhv 1]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/203133009/edit#libhv%E5%BA%94%E7%94%A8%E7%A8%8B%E5%BA%8F%E6%A1%86%E6%9E%B6
[libhv 2]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/203133009/edit#libhv%E4%BA%8B%E4%BB%B6%E5%BE%AA%E7%8E%AF%E4%BD%BF%E7%94%A8%E5%85%A5%E9%97%A8
[libhv 3]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/203133009/edit#libhv%E5%A6%82%E4%BD%95%E5%AE%9E%E7%8E%B0%E8%B7%A8%E5%B9%B3%E5%8F%B0%E7%9A%84
[libhv 4]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/203133009/edit#libhv%E5%A4%9A%E7%BA%BF%E7%A8%8B%E5%90%8C%E6%AD%A5%E7%9B%B8%E5%85%B3%E7%9F%A5%E8%AF%86
[socket]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/203133009/edit#%E8%B7%A8%E5%B9%B3%E5%8F%B0socket%E7%BC%96%E7%A8%8B
[IPv6]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/203133009/edit#%E5%A6%82%E4%BD%95%E7%BC%96%E5%86%99%E5%85%BC%E5%AE%B9ipv6%E7%9A%84%E7%BD%91%E7%BB%9C%E7%A8%8B%E5%BA%8F
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