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探索 Linux 網(wǎng)絡編程：socket 多線程
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Linux 是基于開源的操作系統(tǒng)，它的網(wǎng)絡編程能力非常強大。為了更好地理解 Linux 網(wǎng)絡編程，我們需要探索 Socket 多線程技術(shù)，這種技術(shù)可以提高網(wǎng)絡應用的性能和并發(fā)連接的能力。
今天，本文將介紹 Socket 多線程的工作原理和實現(xiàn)方法，在實際項目中如何運用 Socket 多線程技術(shù)，以及 Socket 多線程的優(yōu)勢和限制。
什么是 Socket 多線程？
Socket 是一種網(wǎng)絡通信協(xié)議，可以用于實現(xiàn)客戶端和服務器之間的通信。我們可以使用 Linux 的 Socket 編程接口進行網(wǎng)絡編程。多線程是一種并發(fā)編程方式，我們可以通過創(chuàng)建多個線程來并發(fā)執(zhí)行任務，從而提高應用程序的性能和效率。
因此，Socket 多線程是指在 Linux 環(huán)境下，通過創(chuàng)建多個線程來實現(xiàn) Socket 通信的并發(fā)連接能力，以提高網(wǎng)絡應用的性能和效率。
Socket 多線程的工作原理
Socket 多線程的工作原理主要分為兩個階段：初始化和執(zhí)行。
初始化階段：
1.創(chuàng)建 Socket：在服務器端創(chuàng)建一個 Socket，并監(jiān)聽指定端口，等待客戶端連接。
2.創(chuàng)建線程池：在服務器端創(chuàng)建一個線程池，用于存放多個工作線程。
3.創(chuàng)建工作線程：在線程池中創(chuàng)建多個工作線程，等待任務分配。
4.等待客戶端連接：服務器進入等待狀態(tài)，等待客戶端連接。
執(zhí)行階段：
1.客戶端連接：當一個客戶端連接到服務器端時，服務器接受連接請求，并將客戶端 Socket 指派到一個工作線程。
2.工作線程處理任務：工作線程從任務隊列中獲取任務，并執(zhí)行任務，處理客戶端請求。
3.任務完成：當工作線程完成任務后，將任務返回給線程池，并等待下一個任務分配。
4.斷開連接：當客戶端下線時，服務器端斷開連接，釋放資源。
Socket 多線程的實現(xiàn)方法
在 Linux 環(huán)境下，我們可以使用 C/C++ 等編程語言實現(xiàn) Socket 多線程。下面是一個基于 C++ 實現(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，我們定義了三個類：Thread、Task 和 ThreadPool。Thread 類是一個封裝了 POSIX 線程的類，它可以啟動一個新線程，并執(zhí)行線程回調(diào)函數(shù)；Task 類是一個封裝了執(zhí)行任務的類，它必須繼承 Run() 函數(shù)；ThreadPool 類是一個封裝了一個線程池的類，它可以添加任務、初始化線程池、創(chuàng)建多個工作線程等。
在實際項目中如何運用 Socket 多線程技術(shù)
在實際項目中，我們可以通過以下步驟來運用 Socket 多線程技術(shù)：
1.在服務器端創(chuàng)建 Socket，并監(jiān)聽指定端口，等待客戶端連接。
2.當客戶端連接服務器時，將客戶端 Socket 分配給一個工作線程。
3.工作線程從任務隊列中獲取任務，并執(zhí)行任務，處理客戶端請求。
4.當客戶端下線時，服務器端斷開連接，釋放資源。
通過 Socket 多線程技術(shù)，我們可以提高服務器端的并發(fā)處理能力，加快網(wǎng)絡應用的響應速度，同時提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。
Socket 多線程的優(yōu)勢和限制
Socket 多線程技術(shù)的優(yōu)勢和限制如下：
優(yōu)勢：
1.提高應用程序的性能和效率：多線程可以并發(fā)執(zhí)行任務，提高應用程序的性能和效率，減少響應時間。
2.提高并發(fā)連接能力：通過多線程技術(shù)，服務器可以處理多個連接，提高應用程序的并發(fā)連接能力。
3.實現(xiàn)靈活：線程池可以動態(tài)管理線程，保證了應用程序的靈活性。
限制：
1.線程安全問題：由于多個線程同時操作共享數(shù)據(jù)，可能會產(chǎn)生線程安全問題。
2.資源占用問題：多線程需要占用更多的系統(tǒng)資源，包括 CPU、內(nèi)存資源等，可能會導致系統(tǒng)資源緊張。
3.實現(xiàn)復雜：線程池需要對多個線程進行管理，實現(xiàn)起來較為復雜。
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socket編程在windows和linux下的區(qū)別
下面大概分幾個方面進行羅列：
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。
因為linux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，直接使用read和write。而windows只能使用recv和send。
設置socet選項，比如設置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);
。
當非阻塞socket的TCP連接正在進行時，Linux的錯誤號為EINPROGRESS，Windows的錯誤號為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判斷文件類型，有S_ISREG、S_ISDIR等宏。Windows中沒有，需要自己定義相應的宏，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位無符號整形，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中沒有struct timeval結(jié)構(gòu)的加減宏可以使用，需要手動定義：
#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)用進程
Linux下可以直接使用system來調(diào)用外部程序。Windows更好使用WinExec，因為WinExec可以支持是打開還是隱藏程序窗口。用WinExec的第二個入?yún)⒅该鳎?/p>
SW_SHOW/SW_HIDE。
雜項
Linux為srandom和random函數(shù)，Windows為srand和rand函數(shù)。
Linux為snprintf，Windows為_snprintf。
同理，Linux中的strcasecmp，Windows為_stricmp。
錯誤處理
Linux下面，通常使用全局變量errno來表示函數(shù)執(zhí)行的錯誤號。Windows下要使用GetLastError ()調(diào)用來取得。
Linux環(huán)境下僅有的
這些函數(shù)或者宏，Windows中完全沒有，需要用戶手動實現(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代碼移植遇到的問題
1)頭文件
windows下winsock.h/winsock2.h
linux下sys/socket.h
錯誤處理：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)獲取錯誤碼
windows下getlasterror()/WSAGetLastError()
linux下errno變量
6)設置非阻塞
windows下ioctlsocket()
linux下fcntl()
7)send函數(shù)最后一個參數(shù)
windows下一般設置為0
linux下更好設置為MSG_NOSIGNAL，如果不設置，在發(fā)送出錯后有可 能會導致程序退出。
8)毫秒級時間獲取
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實現(xiàn)協(xié)議無關(guān)編程。但存在細微差別，
主要有：
頭文件及類庫。windows使用winsock2.h(需要在windows.h前包含)，并要鏈接庫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長度的類型，windows為int，linux為socklen_t，可預編譯指令中處理這一差異，當平臺為windows時#define socklen_t unsigned int。
select函數(shù)之一個參數(shù)，windows忽略該參數(shù)，linux下該參數(shù)表示中socket的上限值，一般設為sockfd(需select的socket) + 1。
windows下socket函數(shù)返回值類型為SOCKET(unsigned int)，其中發(fā)生錯誤時返回INVALID_SOCKET(0)，linux下socket函數(shù)返回值類型int, 發(fā)生錯誤時返回-1。
另外，如果綁定本機回環(huán)地址，windows下sendto函數(shù)可以通過，linux下sendto回報錯：errno=22, Invalid arguement。一般情況下均綁定通配地址。
轉(zhuǎn)載jlins
下面大概分幾個方面進行羅列:
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。
因為linux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，直接使用read和write。而windows只能使用recv和send。
設置socet選項，比如設置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)；
。
當非阻塞socket的TCP連接正在進行時，Linux的錯誤號豎笑為EINPROGRESS，Windows的錯誤號為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判斷文件類型，有S_ISREG、S_ISDIR等宏。罩圓Windows中沒有，需要自己定義相應的宏，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位無符號整形，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中沒有struct timeval結(jié)構(gòu)的加減宏可以使用，需要手動定義:
#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)用進程
Linux下可以直接使用system來調(diào)用外部程序。Windows更好使用WinExec，因為WinExec可以支持是打開還是隱藏程序窗口。用WinExec的第二個入?yún)⒅该?，?/p>
SW_SHOW/SW_HIDE。
雜項
Linux為srandom和random函數(shù)，Windows為srand和rand函數(shù)。
Linux為snprintf，Windows為_snprintf。
同理，Linux中的strcasecmp，Windows為_stricmp。
錯誤處理
Linux下面，通常使用全局變量errno來表示函數(shù)執(zhí)行的錯誤號。Windows下要使用GetLastError ()調(diào)用來取得。
Linux環(huán)境下僅有的
這些函數(shù)或者宏，Windows中完全沒有，需要用戶手動實現(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代碼移植遇到的問題
1)頭文件
windows下winsock.h/winsock2.h
linux下sys/socket.h
錯誤處理: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)獲取錯誤碼
windows下getlasterror()/WSAGetLastError()
linux下errno變量
6)設置非阻塞
windows下ioctlsocket()
linux下fcntl()
7)send函數(shù)最后一個參數(shù)
windows下一般設置為0
linux下更好設置為MSG_NOSIGNAL，如果不設置，在發(fā)送出錯后有可 能會導致程序退出。
8)毫秒級時間獲取
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實現(xiàn)協(xié)議無關(guān)編程。但存在細微差別，
主要有:
頭文件及類庫。windows使用winsock2.h(需要在windows.h前包含)，并要鏈接庫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長度的類型，windows為int，linux為socklen_t，可預編譯指令中處理這一差異，當平臺為windows時#define socklen_t unsigned int。
select函數(shù)之一個參數(shù)，windows忽略該參數(shù)，linux下該參數(shù)表示中socket的上限值，一般設為sockfd(需select的socket) + 1。
windows下socket函數(shù)返回值類型為SOCKET(unsigned int)，其中發(fā)生錯誤時返回INVALID_SOCKET(0)，linux下socket函數(shù)返回值類型int， 發(fā)生錯誤時返回-1。
另外，如果綁定本機回環(huán)地址，windows下sendto函數(shù)可以通過，linux下sendto回報錯:errno=22， Invalid arguement。一般情況下均綁定通配地址。
如何看懂《Linux多線程服務端編程
一：進程和線程
每個進程有自己獨立的地址空間?！霸谕粋€進程”還是“不在同一個進程”是系統(tǒng)功能劃分的重要決策點?！禘rlang程序設計》把進程比喻為人：
每個人有自己的記憶（內(nèi)存），人與人通過談話（消息傳遞）來交流，談話既可以是面談姿并野（同一臺服務器），也可以在里談（不同的服務器，有網(wǎng)絡通信）。面談和談的區(qū)別在于，面談可以立即知道對方是否死了（crash,SIGCHLD），而談只能通過周期性的心跳來判斷對方是否還活著。
有了這些比喻，設計分布式系統(tǒng)時可以采取“角色扮演”，團隊里的幾個人各自扮演一個進程，人的角色由進程的代碼決定（管登錄的、管消息分發(fā)的、管買賣的等等）。每個人有自己的記憶，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：萬一有人突然死了
·擴容：新人中途加進來
·負載均衡：把甲的活兒挪給乙做
·退休：甲要修復bug，先別派新任務，等他做完手上的事情就把他重啟
等等各種場景，十分便利。
線程的特點是共享地址空間，從而可以高效地共享數(shù)據(jù)。一臺機器上的多個進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)。如果多個進程大量共享內(nèi)存，等于是把多進程程序當成多線程來寫，掩耳盜鈴。
“多線程”的價值，我認為是為了更好地發(fā)揮多核處理器(multi-cores)的效能。在單核時代，多線程沒有多大價值（個人想法：如果要完成的任務是CPU密集型的，那多線程沒有優(yōu)勢，甚至因為線程切換的開銷，多線程反而更慢；如果要完成的任務既有CPU計算，又有磁盤或網(wǎng)絡IO，則使用多線程的好處是，當某個線程因為IO而阻塞時，OS可以調(diào)度其他線程執(zhí)行，雖然效率確實要比任務的順序執(zhí)行效率要高，然而，這種類型的任務，可以通過單線程的”non-blocking IO+IO multiplexing”的模型（事件驅(qū)動）來提高效率，采用多線程的方式，帶來的可能僅僅是編程上的簡單而已）。Alan Cox說過：”A computer is a state machine.Threads are for people who can’t program state machines.”（計算機是一臺狀態(tài)機。線程是給那些不能編寫狀態(tài)機程序的人準備的）如果只有一塊CPU、一個執(zhí)行單元，那么確實如Alan Cox所說，按狀態(tài)機的思路去寫程序是最蔽謹高效的。
二：單線程服務器的常用編程模型
據(jù)我了解，在高性能的網(wǎng)絡程序中，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)是一個事件循環(huán)（event loop），以事件驅(qū)動（event-driven）和事件回調(diào)的方式實現(xiàn)業(yè)務邏輯：
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//代碼僅為示意，沒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（描述符過多時，效率較低），Linux下可替換為epoll(4)，其他操作系統(tǒng)也有對應的高性能替代品。
Reactor模型的優(yōu)點很明顯，編程不難，效率也不錯。不僅可以用于讀寫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行，以提高并發(fā)度和吞吐量(throughput)，對于IO密集的應用是個不錯的選擇。lighttpd就是這樣，它內(nèi)部的fdevent結(jié)構(gòu)十分精妙，值得學習。
基于事件驅(qū)動的編程模型也有其本質(zhì)的缺點，它要求事件回調(diào)函數(shù)必須是非阻塞的。對于涉及網(wǎng)絡IO的請求響應式協(xié)議，它容易割裂業(yè)務邏輯，使其散布于多個回調(diào)函數(shù)之中，相對不容易理解和維護。
三：多線程服務器的常用編程模型
大概有這么幾種：
a：每個請求創(chuàng)建一個線程，使用阻塞式IO操作。在Java 1.4引人NIO之前，這是Java網(wǎng)絡編程的推薦做法?？上炜s性不佳（請求太多時，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等高級模式。
在默認情況下，我會使用第3種，即non-blocking IO + one loop per thread模式來編寫多線程C++網(wǎng)絡服務程序。
1：one loop per thread
此種模型下，程序里的每個IO線程有一個event loop，用于處理讀寫和定時事件（無論周期性的還是單次的）。代碼框架跟“單線程服務器的常用編程模型”一節(jié)中的一樣。
libev的作者說：
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，可以在程序啟動的時候設置，不會頻繁創(chuàng)建與銷毀。
b：可以很方便地在線程間調(diào)配負載。
c：IO事件發(fā)生的線程是固定的，同一個TCP連接不必考慮事件并發(fā)。
Event loop代表了線程的主循環(huán)，需要讓哪個線程干活，就把timer或IO channel（如TCP連接）注冊到哪個線程的loop里即可：對實時性有要求的connection可以單獨用一個線程；數(shù)據(jù)量大的connection可以獨占一個線程，并把數(shù)據(jù)處理任務分攤到另幾個計算線程中（用線程池）；其他次要的輔助性connections可以共享一個線程。
比如，在dbproxy中，一個線程用于專門處理客戶端發(fā)來的管理命令；一個線程用于處理客戶端發(fā)來的MySQL命令，而與后端數(shù)據(jù)庫通信執(zhí)行該命令時，是將該任務分配給所有事件線程處理的。
對于non-trivial（有一定規(guī)模）的服務端程序，一般會采用non-blocking IO + IO multiplexing，每個connection/acceptor都會注冊到某個event loop上，程序里有多個event loop，每個線程至多有一個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”。要允許一個線程往別的線程的loop里塞東西，這個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，是通過管道和隊列實現(xiàn)的。比如主線程accept到連接后，將表示該連接的結(jié)構(gòu)放入隊列，并向管道中寫入一個字節(jié)。計算線程在自己的event loop中注冊管道的讀事件，一旦有數(shù)據(jù)可讀，就嘗試從隊列中取任務。
2：線程池
不過，對于沒有IO而光有計算任務的線程，使用event loop有點浪費。可以使用一種補充方案，即用blocking queue實現(xiàn)的任務隊列：
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typedef boost::functionFunctor;
BlockingQueue taskQueue; //線程安全的全局阻塞隊列
//計算線程
void workerThread()
{
while (running) //running變量是個全局標志
{
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);
除了任務隊列，還可以用BlockingQueue實現(xiàn)數(shù)據(jù)的生產(chǎn)者消費者隊列，即T是數(shù)據(jù)類型而非函數(shù)對象，queue的消費者從中拿到數(shù)據(jù)進行處理。其實本質(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和定時器；
thread pool用來做計算，具體可以是任務隊列或生產(chǎn)者消費者隊列。
以這種方式寫服務器程序，需要一個優(yōu)質(zhì)的基于Reactor模式的網(wǎng)絡庫來支撐，muduo正是這樣的網(wǎng)絡庫。比如dbproxy使用的是libevent。
程序里具體用幾個loop、線程池的大小等參數(shù)需要根據(jù)應用來設定，基本的原則是“阻抗匹配”（解釋見下），使得CPU和IO都能高效地運作。所謂阻抗匹配原則：
如果池中線程在執(zhí)行任務時，密集計算所占的時間比重為 P (0 就能立刻列出用到某服務的客戶端地址（Foreign Address列），然后在客戶端的機器上用netstat或lsof命令找出是哪個進程發(fā)起的連接。TCP短連接和UDP則不具備這一特性。二是通過接收和發(fā)送隊列的長度也較容易定位網(wǎng)絡或程序故障。在正常運行的時候，netstat打印的Recv-Q和Send-Q都應該接近0，或者在0附近擺動。如果Recv-Q保持不變或持續(xù)增加，則通常意味著服務進程的處理速度變慢，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，有可能是對方服務器太忙、來不及處理，也有可能是網(wǎng)絡中間某個路由器或交換機故障造成丟包，甚至對方服務器掉線，這些因素都可能表現(xiàn)為數(shù)據(jù)發(fā)送不出去。通過持續(xù)監(jiān)控Recv-Q和Send-Q就能及早預警性能或可用性故障。以下是服務端線程阻塞造成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：多線程服務器的適用場合
如果要在一臺多核機器上提供一種服務或執(zhí)行一個任務，可用的模式有：
a：運行一個單線程的進程；
b：運行一個多線程的進程；
c：運行多個單線程的進程；
d：運行多個多線程的進程；
考慮這樣的場景：如果使用速率為50MB/s的數(shù)據(jù)壓縮庫，進程創(chuàng)建銷毀的開銷是800微秒，線程創(chuàng)建銷毀的開銷是50微秒。如何執(zhí)行壓縮任務？
如果要偶爾壓縮1GB的文本文件，預計運行時間是20s，那么起一個進程去做是合理的，因為進程啟動和銷毀的開銷遠遠小于實際任務的耗時。
如果要經(jīng)常壓縮500kB的文本數(shù)據(jù)，預計運行時間是10ms，那么每次都起進程 似乎有點浪費了，可以每次單獨起一個線程去做。
如果要頻繁壓縮10kB的文本數(shù)據(jù)，預計運行時間是200微秒，那么每次起線程似 乎也很浪費，不如直接在當前線程搞定。也可以用一個線程池，每次把壓縮任務交給線程池，避免阻塞當前線程（特別要避免阻塞IO線程）。
由此可見，多線程并不是萬靈丹(silver bullet)。
1：必須使用單線程的場合
據(jù)我所知，有兩種場合必須使用單線程：
a：程序可能會fork(2)；
實際編程中，應該保證只有單線程程序能進行fork(2)。多線程程序不是不能調(diào)用fork(2)，而是這么做會遇到很多麻煩：
fork一般不能在多線程程序中調(diào)用，因為Linux的fork只克隆當前線程的thread of control，不可隆其他線程。fork之后，除了當前線程之外，其他線程都消失了。
這就造成一種危險的局面。其他線程可能正好處于臨界區(qū)之內(nèi)，持有了某個鎖，而它突然死亡，再也沒有機會去解鎖了。此時如果子進程試圖再對同一個mutex加鎖，就會立即死鎖。因此，fork之后，子進程就相當于處于signal handler之中（因為不知道調(diào)用fork時，父進程中的線程此時正在調(diào)用什么函數(shù)，這和信號發(fā)生時的場景一樣），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)用異步信號安全的函數(shù)。比如，fork之后，子進程不能調(diào)用：
malloc，因為malloc在訪問全局狀態(tài)時幾乎肯定會加鎖；
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)，因為其他線程可能恰好持有stdout/stderr的鎖；
除了man 7 signal中明確列出的信號安全函數(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)行另一個程序，徹底隔斷子進程與父進程的聯(lián)系。
在多線程環(huán)境中調(diào)用fork，產(chǎn)生子進程后。子進程內(nèi)部只存在一個線程，也就是父進程中調(diào)用fork的線程的副本。
使用fork創(chuàng)建子進程時，子進程通過繼承整個地址空間的副本，也從父進程那里繼承了所有互斥量、讀寫鎖和條件變量的狀態(tài)。如果父進程中的某個線程占有鎖，則子進程同樣占有這些鎖。問題是子進程并不包含占有鎖的線程的副本，所以子進程沒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)試圖繞過這樣的問題，但是這回使得代碼變得混亂。因此《Programming With Posix Threads》一書的作者說：”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；
這個很容易理解，比如在一個8核的服務器上，一個單線程程序即便發(fā)生busy-wait，占滿1個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%的計算資源可供其他服務進程使用。
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