30天自制C++服务器day05-epoll高级用法-Channel登场

在上一天，我们已经完整地开发了一个echo服务器，并且引入面向对象编程的思想，初步封装了Socket、InetAddress和Epoll，大大精简了主程序，隐藏了底层语言实现细节、增加了可读性。

让我们来回顾一下我们是如何使用epoll：将一个文件描述符添加到epoll红黑树，当该文件描述符上有事件发生时，拿到它、处理事件，这样我们每次只能拿到一个文件描述符，也就是一个int类型的整型值。试想，如果一个服务器同时提供不同的服务，如HTTP、FTP等，那么就算文件描述符上发生的事件都是可读事件，不同的连接类型也将决定不同的处理逻辑，仅仅通过一个文件描述符来区分显然会很麻烦，我们更加希望拿到关于这个文件描述符更多的信息。

在day03介绍epoll时，曾讲过epoll_event结构体：

typedef union epoll_data {
  void *ptr;
  int fd;
  uint32_t u32;
  uint64_t u64;
} epoll_data_t;
struct epoll_event {
  uint32_t events;	/* Epoll events */
  epoll_data_t data;	/* User data variable */
} __EPOLL_PACKED;

可以看到，epoll中的data其实是一个union类型，可以储存一个指针。而通过指针，理论上我们可以指向任何一个地址块的内容，可以是一个类的对象，这样就可以将一个文件描述符封装成一个Channel类，一个Channel类自始至终只负责一个文件描述符，对不同的服务、不同的事件类型，都可以在类中进行不同的处理，而不是仅仅拿到一个int类型的文件描述符。

这里读者务必先了解C++中的union类型，在《C++ Primer（第五版）》第十九章第六节有详细说明。

Channel类的核心成员如下：

class Channel{
private:
    Epoll *ep;
    int fd;
    uint32_t events;
    uint32_t revents;
    bool inEpoll;
};

显然每个文件描述符会被分发到一个Epoll类，用一个ep指针来指向。类中还有这个Channel负责的文件描述符。另外是两个事件变量，events表示希望监听这个文件描述符的哪些事件，因为不同事件的处理方式不一样。revents表示在epoll返回该Channel时文件描述符正在发生的事件。inEpoll表示当前Channel是否已经在epoll红黑树中，为了注册Channel的时候方便区分使用EPOLL_CTL_ADD还是EPOLL_CTL_MOD。

接下来以Channel的方式使用epoll：
新建一个Channel时，必须说明该Channel与哪个epoll和fd绑定：

Channel *servChannel = new Channel(ep, serv_sock->getFd());

这时该Channel还没有被添加到epoll红黑树，因为events没有被设置，不会监听该Channel上的任何事件发生。如果我们希望监听该Channel上发生的读事件，需要调用一个enableReading函数：

servChannel->enableReading();

调用这个函数后，如Channel不在epoll红黑树中，则添加，否则直接更新Channel、打开允许读事件。enableReading函数如下：

void Channel::enableReading(){
    events = EPOLLIN | EPOLLET;
    ep->updateChannel(this);
}

可以看到该函数做了两件事，将要监听的事件events设置为读事件并采用ET模式，然后在ep指针指向的Epoll红黑树中更新该Channel，updateChannel函数的实现如下：

void Epoll::updateChannel(Channel *channel){
    int fd = channel->getFd();  //拿到Channel的文件描述符
    struct epoll_event ev;
    bzero(&ev, sizeof(ev));
    ev.data.ptr = channel;
    ev.events = channel->getEvents();   //拿到Channel希望监听的事件
    if(!channel->getInEpoll()){
        errif(epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &ev) == -1, "epoll add error");//添加Channel中的fd到epoll
        channel->setInEpoll();
    } else{
        errif(epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_MOD, fd, &ev) == -1, "epoll modify error");//已存在，则修改
    }
}

在使用时，我们可以通过Epoll类中的poll()函数获取当前有事件发生的Channel：

while(true){
    vector<Channel*> activeChannels = ep->poll();
    // activeChannels是所有有事件发生的Channel
}

注：在今天教程的源代码中，并没有将事件处理改为使用Channel回调函数的方式，仍然使用了之前对文件描述符进行处理的方法，这是错误的，将在明天的教程中进行改写。

至此，day05的主要教程已经结束了，完整源代码请在code/day05文件夹。服务器的功能和昨天一样，添加了Channel类，可以让我们更加方便简单、多样化地处理epoll中发生的事件。同时脱离了底层，将epoll、文件描述符和事件进行了抽象，形成了事件分发的模型，这也是Reactor模式的核心，将在明天的教程进行讲解。

进入code/day05文件夹，使用make命令编译，将会得到server和client，输入命令./server开始运行服务器。然后在一个新终端输入命令./client运行客户端，可以看到服务器接收到了客户端的连接请求，并成功连接。再新开一个或多个终端，运行client，可以看到这些客户端也同时连接到了服务器。此时我们在任意一个client输入一条信息，服务器都显示并发送到该客户端。如使用control+c终止掉某个client，服务器回显示这个client已经断开连接，但其他client并不受影响。

完整源代码：https://github.com/yuesong-feng/30dayMakeCppServer/tree/main/code/day05