muduo網路庫學習之EventLoop（四）：EventLoopThread 類、EventLoopThreadPool 類

s1mba發表於2013-11-09

原文網址 : https://blog.csdn.net/jnu_simba/article/details/14519409

OOPthread

1、EventLoopThread（IO執行緒類）

任何一個執行緒，只要建立並執行了EventLoop，都稱之為IO執行緒

IO執行緒不一定是主執行緒

muduo併發模型one loop per thread + threadpool（計算執行緒池）

為了方便今後使用，定義了EventLoopThread類，該類封裝了IO執行緒

EventLoopThread建立了一個執行緒

線上程函式中建立了一個EvenLoop物件並呼叫EventLoop::loop

多個IO執行緒可以用IO執行緒池來管理，對應的類是EventLoopThreadPool

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class EventLoopThread : boost::noncopyable
{
public:
    typedef boost::function<void(EventLoop *)> ThreadInitCallback;

    EventLoopThread(const ThreadInitCallback &cb = ThreadInitCallback());
    ~EventLoopThread();

    EventLoop *startLoop()// 啟動執行緒，該執行緒就成為了IO執行緒
    {
        thread_.start(); // 執行threadFunc(); 建構函式初始化列表中thread_(boost::bind(&EventLoopThread::threadFunc, this))
        ....
    };

private:
    void threadFunc();      // 執行緒函式

    EventLoop *loop_;           // loop_指標指向一個EventLoop物件
    bool exiting_;
    Thread thread_;
    MutexLock mutex_;
    Condition cond_;
    ThreadInitCallback callback_;       // 回撥函式在EventLoop::loop事件迴圈之前被呼叫
};

EventLoopThread::~EventLoopThread()
{
    exiting_ = true;
    loop_->quit();      // 退出IO執行緒，讓IO執行緒的loop迴圈退出，從而退出了IO執行緒
    thread_.join();
}

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EventLoop *EventLoopThread::startLoop()
{
    assert(!thread_.started());
    thread_.start(); //啟動執行緒，此時有兩個執行緒在執行，
    //一個是呼叫EventLoopThread::startLoop()的執行緒，一個是執行EventLoopThread::threadFunc()的執行緒（IO執行緒）
    {
        MutexLockGuard lock(mutex_);
        while (loop_ == NULL)
        {
            cond_.wait(); //函式返回loop_，所以要等待IO執行緒啟動
        }
    }

    return loop_;
}

void EventLoopThread::threadFunc()
{
    EventLoop loop;

    if (callback_)
    {
        callback_(&loop);
    }

    {
        MutexLockGuard lock(mutex_);
        // 一般情況是EventLoopThread物件先析構，解構函式呼叫loop_->quit() 使得loop.loop() 退出迴圈
        // 這樣threadFunc 退出，loop棧上物件析構，loop_ 指標失效，但此時已經不會再通過loop_ 訪問loop，
        // 故不會有問題。
        loop_ = &loop;
        cond_.notify();
    }

    loop.loop();
    //assert(exiting_);
}

測試程式碼：

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#include <muduo/net/EventLoop.h>
#include <muduo/net/EventLoopThread.h>

#include <stdio.h>

using namespace muduo;
using namespace muduo::net;

void runInThread()
{
    printf("runInThread(): pid = %d, tid = %d\n",
           getpid(), CurrentThread::tid());
}

int main()
{
    printf("main(): pid = %d, tid = %d\n",
           getpid(), CurrentThread::tid());

    EventLoopThread loopThread;
    EventLoop *loop = loopThread.startLoop();
    // 非同步呼叫runInThread，即將runInThread新增到loop物件所在IO執行緒，讓該IO執行緒執行
    loop->runInLoop(runInThread);
    sleep(1);
    // runAfter內部也呼叫了runInLoop，所以這裡也是非同步呼叫，讓該IO執行緒新增一個2s定時器
    loop->runAfter(2, runInThread);
    sleep(3);
    //~EventLoopThread()會呼叫loop_->quit();

    printf("exit main().\n");
}

執行輸出如下:

simba@ubuntu:~/Documents/build/debug/bin$ ./reactor_test06
20131108 03:29:12.749530Z 2628 TRACE IgnoreSigPipe Ignore SIGPIPE - EventLoop.cc:51
main(): pid = 2628, tid = 2628
20131108 03:29:12.753135Z 2629 TRACE updateChannel fd = 4 events = 3 - EPollPoller.cc:104
20131108 03:29:12.753794Z 2629 TRACE EventLoop EventLoop created 0xB7415F44 in thread 2629 - EventLoop.cc:76
20131108 03:29:12.754266Z 2629 TRACE updateChannel fd = 5 events = 3 - EPollPoller.cc:104
20131108 03:29:12.754707Z 2629 TRACE loop EventLoop 0xB7415F44 start looping - EventLoop.cc:108
20131108 03:29:12.755088Z 2629 TRACE poll 1 events happended - EPollPoller.cc:65
20131108 03:29:12.756033Z 2629 TRACE printActiveChannels {5: IN } - EventLoop.cc:271
runInThread(): pid = 2628, tid = 2629
20131108 03:29:13.755730Z 2629 TRACE poll 1 events happended - EPollPoller.cc:65
20131108 03:29:13.756388Z 2629 TRACE printActiveChannels {5: IN } - EventLoop.cc:271
20131108 03:29:15.755858Z 2629 TRACE poll 1 events happended - EPollPoller.cc:65
20131108 03:29:15.757316Z 2629 TRACE printActiveChannels {4: IN } - EventLoop.cc:271
20131108 03:29:15.757469Z 2629 TRACE readTimerfd TimerQueue::handleRead() 1 at 1383881355.757345 - TimerQueue.cc:62
runInThread(): pid = 2628, tid = 2629
exit main().
20131108 03:29:16.755942Z 2629 TRACE poll 1 events happended - EPollPoller.cc:65
20131108 03:29:16.755988Z 2629 TRACE printActiveChannels {5: IN } - EventLoop.cc:271
20131108 03:29:16.756003Z 2629 TRACE loop EventLoop 0xB7415F44 stop looping - EventLoop.cc:133
simba@ubuntu:~/Documents/build/debug/bin$

主執行緒不是IO執行緒，根據前面的文章，timerfd_ = 4, wakeupFd_ = 5。主執行緒呼叫 loop->runInLoop(runInThread); 由於不是IO線

程呼叫runInLoop，故呼叫queueInLoop() 將runInThead 新增到佇列，然後wakeup() IO執行緒，IO執行緒在doPendingFunctors() 中取

出佇列的runInThread()執行，可以看到IO執行緒的tid 跟主執行緒不一樣。同理，loop->runAfter(2, runInThread); 也是一樣的流程，需

要喚醒一下，此時只是執行runAfter() 新增了一個2s的定時器, 2s超時，timerfd_ 可讀，先handleRead()一下然後執行回撥函式

runInThread()。那為什麼exit main() 之後wakeupFd_ 還會有可讀事件呢？那是因為EventLoopThead 棧上物件析構，在解構函式內

loop_ ->quit(), 由於不是在IO執行緒呼叫quit()，故也需要喚醒一下，IO執行緒才能從poll 返回，這樣再次迴圈判斷 while (!quit_) 就能

退出IO執行緒。

2、EventLoopThreadPool（IO執行緒池類）

IO執行緒池的功能是開啟若干個IO執行緒，並讓這些IO執行緒處於事件迴圈的狀態

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class EventLoopThreadPool : boost::noncopyable
{
public:
    typedef boost::function<void(EventLoop *)> ThreadInitCallback;

    EventLoopThreadPool(EventLoop *baseLoop);
    ~EventLoopThreadPool();
    void setThreadNum(int numThreads)
    {
        numThreads_ = numThreads;
    }
    void start(const ThreadInitCallback &cb = ThreadInitCallback());

    // 如果loops_為空，則loop指向baseLoop_
    // 如果不為空，按照round-robin（RR，輪叫）的排程方式選擇一個EventLoop
    EventLoop *getNextLoop();

private:

    EventLoop *baseLoop_;   // 與Acceptor所屬EventLoop相同
    bool started_;
    int numThreads_;        // 執行緒數，除去mainReactor
    int next_;          // 新連線到來，所選擇的EventLoop物件下標
    boost::ptr_vector<EventLoopThread> threads_;        // IO執行緒列表
    std::vector<EventLoop *> loops_;                    // EventLoop列表
};

void EventLoopThreadPool::start(const ThreadInitCallback &cb)
{
    assert(!started_);
    baseLoop_->assertInLoopThread();

    started_ = true;

    for (int i = 0; i < numThreads_; ++i)
    {
        EventLoopThread *t = new EventLoopThread(cb);
        threads_.push_back(t);
        loops_.push_back(t->startLoop());   // 啟動EventLoopThread執行緒，在進入事件迴圈之前，會呼叫cb
    }
    if (numThreads_ == 0 && cb)
    {
        // 只有一個EventLoop，在這個EventLoop進入事件迴圈之前，呼叫cb
        cb(baseLoop_);
    }
}

現在使用 mainReactor + ThreadPool(subReactors) 模式，則baseLoop_ 與TcpServer 和 Acceptor 中的 loop_ 成員是相同的，即mainReactor 處理監聽事件，已連線套接字事件輪詢給執行緒池中的subReactors 處理。此時需要注意，建立一個TcpConnection物件時，需要繫結其中一個subReactor, 如下：

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void TcpServer::newConnection(int sockfd, const InetAddress &peerAddr)
{
    loop_->assertInLoopThread();
    // 按照輪叫的方式選擇一個EventLoop
    EventLoop *ioLoop = threadPool_->getNextLoop();

    InetAddress localAddr(sockets::getLocalAddr(sockfd));

    TcpConnectionPtr conn(new TcpConnection(ioLoop,
                                            connName,
                                            sockfd,
                                            localAddr,
                                            peerAddr));

    connections_[connName] = conn;

    ioLoop->runInLoop(boost::bind(&TcpConnection::connectEstablished, conn));

}

測試程式：

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#include <muduo/net/TcpServer.h>
#include <muduo/net/EventLoop.h>
#include <muduo/net/InetAddress.h>

#include <boost/bind.hpp>

#include <stdio.h>

using namespace muduo;
using namespace muduo::net;

class TestServer
{
public:
    TestServer(EventLoop *loop,
               const InetAddress &listenAddr, int numThreads)
        : loop_(loop),
          server_(loop, listenAddr, "TestServer"),
          numThreads_(numThreads)
    {
        server_.setConnectionCallback(
            boost::bind(&TestServer::onConnection, this, _1));
        server_.setMessageCallback(
            boost::bind(&TestServer::onMessage, this, _1, _2, _3));
        server_.setThreadNum(numThreads);
    }

    void start()
    {
        server_.start();
    }

private:
    void onConnection(const TcpConnectionPtr &conn)
    {
        if (conn->connected())
        {
            printf("onConnection(): new connection [%s] from %s\n",
                   conn->name().c_str(),
                   conn->peerAddress().toIpPort().c_str());
        }
        else
        {
            printf("onConnection(): connection [%s] is down\n",
                   conn->name().c_str());
        }
    }

    void onMessage(const TcpConnectionPtr &conn,
                   const char *data,
                   ssize_t len)
    {
        printf("onMessage(): received %zd bytes from connection [%s]\n",
               len, conn->name().c_str());
    }

    EventLoop *loop_;
    TcpServer server_;
    int numThreads_;
};

int main()
{
    printf("main(): pid = %d\n", getpid());

    InetAddress listenAddr(8888);
    EventLoop loop;

    TestServer server(&loop, listenAddr, 4);
    server.start();

    loop.loop();
}

此時共有5個IO執行緒，1個主執行緒（mainReactor）和 4個執行緒池中的執行緒（subReactor），server.start() 會啟動執行緒池中的4個執行緒，並且啟動mainReactor 監聽：

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// 該函式多次呼叫是無害的
// 該函式可以跨執行緒呼叫
void TcpServer::start()
{
    if (!started_)
    {
        started_ = true;
        threadPool_->start(threadInitCallback_);
    }

    if (!acceptor_->listenning())
    {
        // get_pointer返回原生指標
        loop_->runInLoop(
            boost::bind(&Acceptor::listen, get_pointer(acceptor_)));
    }
}

開啟兩個telnet 客戶端連線伺服器，其中一個輸入aaaa, 另一個輸入ddddd, 伺服器端輸出如下:

simba@ubuntu:~/Documents/build/debug/bin$ ./reactor_test10
main(): pid = 8628
20131108 11:33:15.190620Z 8628 TRACE updateChannel fd = 4 events = 3 - EPollPoller.cc:104
20131108 11:33:15.191246Z 8628 TRACE EventLoop EventLoop created 0xBFB77D50 in thread 8628 - EventLoop.cc:62
20131108 11:33:15.191568Z 8628 TRACE updateChannel fd = 5 events = 3 - EPollPoller.cc:104

20131108 11:33:15.192270Z 8629 TRACE updateChannel fd = 9 events = 3 - EPollPoller.cc:104
20131108 11:33:15.192625Z 8629 TRACE EventLoop EventLoop created 0xB7484F44 in thread 8629 - EventLoop.cc:62
20131108 11:33:15.192927Z 8629 TRACE updateChannel fd = 10 events = 3 - EPollPoller.cc:104

20131108 11:33:15.193356Z 8629 TRACE loop EventLoop 0xB7484F44 start looping - EventLoop.cc:94
20131108 11:33:15.193759Z 8630 TRACE updateChannel fd = 12 events = 3 - EPollPoller.cc:104
20131108 11:33:15.194100Z 8630 TRACE EventLoop EventLoop created 0xB6AFEF44 in thread 8630 - EventLoop.cc:62
20131108 11:33:15.194398Z 8630 TRACE updateChannel fd = 13 events = 3 - EPollPoller.cc:104

20131108 11:33:15.194786Z 8630 TRACE loop EventLoop 0xB6AFEF44 start looping - EventLoop.cc:94
20131108 11:33:15.195135Z 8631 TRACE updateChannel fd = 15 events = 3 - EPollPoller.cc:104
20131108 11:33:15.195534Z 8631 TRACE EventLoop EventLoop created 0xB60FEF44 in thread 8631 - EventLoop.cc:62
20131108 11:33:15.207467Z 8631 TRACE updateChannel fd = 16 events = 3 - EPollPoller.cc:104

20131108 11:33:15.208169Z 8631 TRACE loop EventLoop 0xB60FEF44 start looping - EventLoop.cc:94
20131108 11:33:15.208940Z 8632 TRACE updateChannel fd = 18 events = 3 - EPollPoller.cc:104
20131108 11:33:15.209576Z 8632 TRACE EventLoop EventLoop created 0xB58FDF44 in thread 8632 - EventLoop.cc:62
20131108 11:33:15.210087Z 8632 TRACE updateChannel fd = 19 events = 3 - EPollPoller.cc:104

20131108 11:33:15.210445Z 8628 TRACE updateChannel fd = 6 events = 3 - EPollPoller.cc:104
20131108 11:33:15.210750Z 8628 TRACE loop EventLoop 0xBFB77D50 start looping - EventLoop.cc:94
20131108 11:33:15.211122Z 8632 TRACE loop EventLoop 0xB58FDF44 start looping - EventLoop.cc:94
20131108 11:33:18.958878Z 8628 TRACE poll 1 events happended - EPollPoller.cc:65
20131108 11:33:18.959167Z 8628 TRACE printActiveChannels {6: IN} - EventLoop.cc:257
20131108 11:33:18.959226Z 8628 INFO TcpServer::newConnection [TestServer] - new connection[TestServer:0.0.0.0:8888#1] from 127.0.0.1:56411 - TcpServer.cc:93
20131108 11:33:18.959262Z 8628 DEBUG TcpConnection TcpConnection::ctor[TestServer:0.0.0.0:8888#1] at 0x8C84F98 fd=20 - TcpConnection.cc:62
20131108 11:33:18.959277Z 8628 TRACE newConnection [1] usecount=1 - TcpServer.cc:111
20131108 11:33:18.959300Z 8628 TRACE newConnection [2] usecount=2 - TcpServer.cc:113
20131108 11:33:18.959322Z 8628 TRACE newConnection [5] usecount=3 - TcpServer.cc:122
20131108 11:33:18.959343Z 8629 TRACE poll 1 events happended - EPollPoller.cc:65
20131108 11:33:18.959365Z 8629 TRACE printActiveChannels {10: IN } - EventLoop.cc:257
20131108 11:33:18.959378Z 8629 TRACE connectEstablished [3] usecount=3 - TcpConnection.cc:78
20131108 11:33:18.959409Z 8629 TRACE updateChannel fd = 20 events = 3 - EPollPoller.cc:104
onConnection(): new connection [TestServer:0.0.0.0:8888#1] from 127.0.0.1:56411
20131108 11:33:18.959433Z 8629 TRACE connectEstablished [4] usecount=3 - TcpConnection.cc:83
20131108 11:33:23.111546Z 8628 TRACE poll 1 events happended - EPollPoller.cc:65
20131108 11:33:23.111628Z 8628 TRACE printActiveChannels {6: IN } - EventLoop.cc:257
20131108 11:33:23.111662Z 8628 INFO TcpServer::newConnection [TestServer] - new connection[TestServer:0.0.0.0:8888#2] from 127.0.0.1:56412 - TcpServer.cc:93
20131108 11:33:23.111680Z 8628 DEBUG TcpConnection TcpConnection::ctor[TestServer:0.0.0.0:8888#2] at 0x8C85128 fd=21 - TcpConnection.cc:62
20131108 11:33:23.111693Z 8628 TRACE newConnection [1] usecount=1 - TcpServer.cc:111
20131108 11:33:23.111722Z 8628 TRACE newConnection [2] usecount=2 - TcpServer.cc:113
20131108 11:33:23.111746Z 8628 TRACE newConnection [5] usecount=3 - TcpServer.cc:122
20131108 11:33:23.111769Z 8630 TRACE poll 1 events happended - EPollPoller.cc:65
20131108 11:33:23.111792Z 8630 TRACE printActiveChannels {13: IN} - EventLoop.cc:257
20131108 11:33:23.111805Z 8630 TRACE connectEstablished [3] usecount=3 - TcpConnection.cc:78
20131108 11:33:23.111813Z 8630 TRACE updateChannel fd = 21 events = 3 - EPollPoller.cc:104
onConnection(): new connection [TestServer:0.0.0.0:8888#2] from 127.0.0.1:56412
20131108 11:33:23.111836Z 8630 TRACE connectEstablished [4] usecount=3 - TcpConnection.cc:83
20131108 11:33:25.219778Z 8631 TRACE poll nothing happended - EPollPoller.cc:74
20131108 11:33:25.219829Z 8632 TRACE poll nothing happended - EPollPoller.cc:74
20131108 11:33:28.969971Z 8629 TRACE poll nothing happended - EPollPoller.cc:74
20131108 11:33:33.119151Z 8630 TRACE poll nothing happended - EPollPoller.cc:74
20131108 11:33:33.119202Z 8628 TRACE poll nothing happended - EPollPoller.cc:74
20131108 11:33:33.754975Z 8629 TRACE poll 1 events happended - EPollPoller.cc:65
20131108 11:33:33.755031Z 8629 TRACE printActiveChannels {20: IN} - EventLoop.cc:257
20131108 11:33:33.755042Z 8629 TRACE handleEvent [6] usecount=2 - Channel.cc:67
onMessage(): received 6 bytes from connection [TestServer:0.0.0.0:8888#1]
20131108 11:33:33.755128Z 8629 TRACE handleEvent [12] usecount=2 - Channel.cc:69
20131108 11:33:35.230224Z 8631 TRACE poll nothing happended - EPollPoller.cc:74
20131108 11:33:35.230274Z 8632 TRACE poll nothing happended - EPollPoller.cc:74
20131108 11:33:36.540663Z 8630 TRACE poll 1 events happended - EPollPoller.cc:65
20131108 11:33:36.540715Z 8630 TRACE printActiveChannels {21: IN} - EventLoop.cc:257
20131108 11:33:36.540727Z 8630 TRACE handleEvent [6] usecount=2 - Channel.cc:67
onMessage(): received 7 bytes from connection [TestServer:0.0.0.0:8888#2]
20131108 11:33:36.540780Z 8630 TRACE handleEvent [12] usecount=2 - Channel.cc:69
20131108 11:33:43.129769Z 8628 TRACE poll nothing happended - EPollPoller.cc:74
20131108 11:33:43.765633Z 8629 TRACE poll nothing happended - EPollPoller.cc:74

一個程式本來被開啟的檔案描述符就有0，1，2;

每個Reactor 的 EventLoop 物件構造時，預設使用的是EPollPoller，即EPollPoller::epollfd_ ;

此外還有兩個channel（EventLoop::timeQueue_ ::timerfd_ 和 EventLoop::wakeupFd_ ）

處於被poll()關注可讀事件的狀態，而且是一直關注直到事件迴圈結束。

即每個Reactor 都分別有這3個fd;

對於mainReactor來說，還有Acceptor::acceptSocket_.sockfd_ （listenfd）; Acceptor::idleFd_ ; (/dev/null)

按上述程式來說，mainReactor中：epollfd_ = 3; timerfd_ = 4; wakeupFd_ = 5; sockfd_ = 6; idleFd_ = 7;

(8,9,10),(11,12,13),(14,15,16),(17,18,19) 分別歸4個IO執行緒所有

這樣已連線套接字只能從20開始，而且均勻分配到4個subReactor 處理事件（可讀事件（包括接收資料，連線關閉），可寫事件（核心傳送緩衝區不為滿），錯誤事件）

當第一個客戶端連線上來時，sockfd_ 可讀，mainReactor 呼叫 TcpServer::newConnection(), 建立一個TcpConnection物件，繫結到執行緒池中的第一個IO執行緒上，函式內呼叫ioLoop->runInLoop(); 會喚醒第一個IO執行緒，即第一個IO執行緒的wakeupFd_ (10)可讀，handleEvent() 處理後繼續處理doPendingFunctors()，執行TcpConnection::connectEstablished()，接下去的流程包括接收資料(fd = 20 可讀)可以參考EventLoop（三）的描述。

當然如果我們傳遞的numThreads_ = 0 或者不傳遞; 即只有一個mainReactor, 則監聽套接字和已連線套接字事件都要由這個mainReactor處理。

參考：

《UNP》

muduo manual.pdf

《linux 多執行緒伺服器程式設計：使用muduo c++網路庫》

muduo網路庫Timestamp類
2019-03-24
muduo網路庫Exception異常類
2019-03-28
Exception
muduo網路庫AtomicIntegerT原子整數類
2019-03-24
muduo網路庫編譯安裝
2019-03-24
編譯
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