本文讲介绍一个与 Boost.Asio 的示例代码中的聊天服务器功能类似的网络服务程序,包括客户端与服务端的 muduo 实现?这个例子的主要目的是介绍如何处理分包,并初步涉及 Muduo 的多线程功能?Muduo 的下载地址: http://muduo.googlecode.com/files/muduo-0.1.7-alpha.tar.gz ,SHA1 873567e43b3c2cae592101ea809b30ba730f2ee6,本文的完整代码可在线阅读

http://code.google.com/p/muduo/source/browse/trunk/examples/asio/chat/ ?

TCP 分包

前面一篇《五个简单 TCP 协议》中处理的协议没有涉及分包,在 TCP 这种字节流协议上做应用层分包是网络编程的基本需求?分包指的是在发生一个消息(message)或一帧(frame)数据时,通过一定的处理,让接收方能从字节流中识别并截取(还原)出一个个消息?“粘包问题”是个伪问题?

对于短连接的 TCP 服务,分包不是一个问题,只要发送方主动关闭连接,就表示一条消息发送完毕,接收方 read() 返回 0,从而知道消息的结尾?例如前一篇文章里的 daytime 和 time 协议?

对于长连接的 TCP 服务,分包有四种方法:

1. 消息长度固定,比如 muduo 的 roundtrip 示例就采用了固定的 16 字节消息;

2. 使用特殊的字符或字符串作为消息的边界,例如 HTTP 协议的 headers 以 "\r\n" 为字段的分隔符;

3. 在每条消息的头部加一个长度字段,这恐怕是最常见的做法,本文的聊天协议也采用这一办法;

4. 利用消息本身的格式来分包,例如 XML 格式的消息中 <root>...</root> 的配对,或者 JSON 格式中的 { ... } 的配对?解析这种消息格式通常会用到状态机?

在后文的代码讲解中还会仔细讨论用长度字段分包的常见陷阱?

聊天服务

本文实现的聊天服务非常简单,由服务端程序和客户端程序组成,协议如下:

* 服务端程序中某个端口侦听 (listen) 新的连接;

* 客户端向服务端发起连接;

* 连接建立之后,客户端随时准备接收服务端的消息并在屏幕上显示出来;

* 客户端接受键盘输入,以回车为界,把消息发送给服务端;

* 服务端接收到消息之后,依次发送给每个连接到它的客户端;原来发送消息的客户端进程也会收到这条消息;

* 一个服务端进程可以同时服务多个客户端进程,当有消息到达服务端后,每个客户端进程都会收到同一条消息,服务端广播发送消息的顺序是任意的,不一定哪个客户端会先收到这条消息?

* (可选)如果消息 A 先于消息 B 到达服务端,那么每个客户端都会先收到 A 再收到 B?

这实际上是一个简单的基于 TCP 的应用层广播协议,由服务端负责把消息发送给每个连接到它的客户端?参与“聊天”的既可以是人,也可以是程序?在以后的文章中,我将介绍一个稍微复杂的一点的例子 hub,它有“聊天室”的功能,客户端可以注册特定的 topic(s),并往某个 topic 发送消息,这样代码更有意思?

消息格式

本聊天服务的消息格式非常简单,“消息”本身是一个字符串,每条消息的有一个 4 字节的头部,以网络序存放字符串的长度?消息之间没有间隙,字符串也不一定以 '\0' 结尾?比方说有两条消息 "hello" 和 "chenshuo",那么打包后的字节流是:

0x00, 0x00, 0x00, 0x05, 'h', 'e', 'l', 'l', 'o', 0x00, 0x00, 0x00, 0x08, 'c', 'h', 'e', 'n', 's', 'h', 'u', 'o'

共 21 字节?

打包的代码

这段代码把 const string& message 打包为 muduo::net::Buffer,并通过 conn 发送?

  1: void send(muduo::net::TcpConnection* conn, const string& message)   2: {   3:   muduo::net::Buffer buf;   4:   buf.append(message.data(), message.size());   5:   int32_t len = muduo::net::sockets::hostToNetwork32(static_cast<int32_t>(message.size()));   6:   buf.prepend(&len, sizeof len);   7:   conn->send(&buf);   8: }

muduo::Buffer 有一个很好的功能,它在头部预留了 8 个字节的空间,这样第 6 行的 prepend() 操作就不需要移动已有的数据,效率较高?

分包的代码

解析数据往往比生成数据复杂,分包打包也不例外?

  1: void onMessage(const muduo::net::TcpConnectionPtr& conn,   2:                muduo::net::Buffer* buf,   3:                muduo::Timestamp receiveTime)   4: {   5:   while (buf->readableBytes() >= kHeaderLen)   6:   {   7:     const void* data = buf->peek();   8:     int32_t tmp = *static_cast<const int32_t*>(data);   9:     int32_t len = muduo::net::sockets::networkToHost32(tmp);  10:     if (len >; 65536