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boost::asio::ip::tcp实现网络通信

2013-05-08 16:35 561 查看
一 

服务端：
Boost.Asio是一个跨平台的网络及底层IO的C++编程库，它使用现代C++手法实现了统一的异步调用模型。

头文件
#include <boost/asio.hpp>

名空间
using namespace boost::asio;

ASIO库能够使用TCP、UDP、ICMP、串口来发送/接收数据，下面先介绍TCP协议的读写操作

对于读写方式，ASIO支持同步和异步两种方式，首先登场的是同步方式，下面请同步方式自我介绍一下：

大家好！我是同步方式！

我的主要特点就是执着！所有的操作都要完成或出错才会返回，不过偶的执着被大家称之为阻塞，实在是郁闷~~（场下一片嘘声），其实这样 也是有好处的，比如逻辑清晰，编程比较容易。

在服务器端，我会做个socket交给acceptor对象，让它一直等客户端连进来，连上以后再通过这个socket与客户端通信， 而所有的通信都是以阻塞方式进行的，读完或写完才会返回。

在客户端也一样，这时我会拿着socket去连接服务器，当然也是连上或出错了才返回，最后也是以阻塞的方式和服务器通信。

有人认为同步方式没有异步方式高效，其实这是片面的理解。在单线程的情况下可能确实如此，我不能利用耗时的网络操作这段时间做别的事 情，不是好的统筹方法。不过这个问题可以通过多线程来避免，比如在服务器端让其中一个线程负责等待客户端连接，连接进来后把socket交给另外的线程去 和客户端通信，这样与一个客户端通信的同时也能接受其它客户端的连接，主线程也完全被解放了出来。

我的介绍就有这里，谢谢大家！

好，感谢同步方式的自我介绍，现在放出同步方式的演示代码(起立鼓掌!):
服务器端

#include <iostream>

#include <boost/asio.hpp>

 

using namespace boost::asio;

 

int main(int argc, char* argv[])

{

    // 所有asio类都需要io_service对象

    io_service iosev;

    ip::tcp::acceptor acceptor(iosev, 

        ip::tcp::endpoint(ip::tcp::v4(), 1000));

    for(;;)

    {

        // socket对象

        ip::tcp::socket socket(iosev);

        // 等待直到客户端连接进来

        acceptor.accept(socket);

        // 显示连接进来的客户端

        std::cout << socket.remote_endpoint().address() << std::endl;

        // 向客户端发送hello world!

        boost::system::error_code ec;

        socket.write_some(buffer("hello world!"), ec);

 

        // 如果出错，打印出错信息

        if(ec)

        {

            std::cout << 

                boost::system::system_error(ec).what() << std::endl;

            break;

        }

        // 与当前客户交互完成后循环继续等待下一客户连接

    }

    return 0;

} 

客户端

#include <iostream>

#include <boost/asio.hpp>

 

using namespace boost::asio;

 

int main(int argc, char* argv[])

{

    // 所有asio类都需要io_service对象

    io_service iosev;

    // socket对象

    ip::tcp::socket socket(iosev);

    // 连接端点，这里使用了本机连接，可以修改IP地址测试远程连接

    ip::tcp::endpoint ep(ip::address_v4::from_string("127.0.0.1"), 1000);

    // 连接服务器

    boost::system::error_code ec;

    socket.connect(ep,ec);

    // 如果出错，打印出错信息

    if(ec)

    {

        std::cout << boost::system::system_error(ec).what() << std::endl;

        return -1;

    }

    // 接收数据

    char buf[100];

    size_t len=socket.read_some(buffer(buf), ec);

    std::cout.write(buf, len);

 

    return 0;

} 

从演示代码可以得知

ASIO的TCP协议通过boost::asio::ip名 空间下的tcp类进行通信。

IP地址（address,address_v4,address_v6）、 端口号和协议版本组成一个端点（tcp:: endpoint）。用于在服务器端生成tcp::acceptor对
象，并在指定端口上等待连接；或者在客户端连接到指定地址的服务器上。

socket是 服务器与客户端通信的桥梁，连接成功后所有的读写都是通过socket对 象实现的，当socket析 构后，连接自动断 开。

ASIO读写所用的缓冲区用buffer函 数生成，这个函数生成的是一个ASIO内部使用的缓冲区类，它能把数组、指针（同时指定大 小）、std::vector、std::string、boost::array包装成缓冲区类。

ASIO中的函数、类方法都接受一个boost::system::error_code类 型的数据，用于提供出错码。它可以转换成bool测试是否出错，并通过boost::system::system_error类 获得详细的出错信息。另外，也可以不向ASIO的函数或方法提供
boost::system::error_code，这时如果出错的话就会直 接抛出异常，异常类型就是boost::system:: system_error(它是从std::runtime_error继承的)。

另一个例子：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：

我稍稍整理了下，就是加了点注释，很基本的东西，大家可以参考socket的几个流程，我上面也有提示的，希望对大家有所帮助。最后，如果大家有什么好的方法希望能让我也分享下，谢谢！

#include <boost/asio.hpp>
#include <boost/bind.hpp>
#include <boost/shared_ptr.hpp>
#include <boost/enable_shared_from_this.hpp>
#include <iostream>
using boost::asio::ip::tcp;
#define max_len 1024

class clientSession

    :public boost::enable_shared_from_this<clientSession>
{
public:

    clientSession(boost::asio::io_service& ioservice)

        :m_socket(ioservice)

    {

        memset(data_,'\0',sizeof(data_));

    }

    ~clientSession()

    {}

    tcp::socket& socket()

    {

        return m_socket;

    }

    void start()

    {

        boost::asio::async_write(m_socket,

            boost::asio::buffer("link
successed!"),

            boost::bind(&clientSession::handle_write,shared_from_this(),

            boost::asio::placeholders::error));

        /*async_read跟客户端一样，还是不能进入handle_read函数,如果你能找到问题所在，请告诉我，谢谢*/

// --已经解决，boost::asio::async_read(...)读取的字节长度不能大于数据流的长度，否则就会进入

// ioservice.run()线程等待，read后面的就不执行了。

        //boost::asio::async_read(m_socket,boost::asio::buffer(data_,max_len),

        //        boost::bind(&clientSession::handle_read,shared_from_this(),

        //        boost::asio::placeholders::error));

        //max_len可以换成较小的数字，就会发现async_read_some可以连续接收未收完的数据

        m_socket.async_read_some(boost::asio::buffer(data_,max_len),

                boost::bind(&clientSession::handle_read,shared_from_this(),

                boost::asio::placeholders::error));

    }
private:

    void handle_write(const boost::system::error_code& error)

    {

        

        if(error)

        {

            m_socket.close();

        }

        

    }

    void handle_read(const boost::system::error_code& error)

    {

        

        if(!error)

        {

            std::cout << data_ << std::endl;

            //boost::asio::async_read(m_socket,boost::asio::buffer(data_,max_len),

            //    boost::bind(&clientSession::handle_read,shared_from_this(),

            //    boost::asio::placeholders::error));

            m_socket.async_read_some(boost::asio::buffer(data_,max_len),

                boost::bind(&clientSession::handle_read,shared_from_this(),

                boost::asio::placeholders::error));

        }

        else

        {

            m_socket.close();

        }

    

    }
private:

    tcp::socket m_socket;

    char data_[max_len];
};

class serverApp
{

    typedef boost::shared_ptr<clientSession> session_ptr;
public:

    serverApp(boost::asio::io_service& ioservice,tcp::endpoint& endpoint)

        :m_ioservice(ioservice),

        acceptor_(ioservice,endpoint)

    {

        session_ptr new_session(new clientSession(ioservice));

        acceptor_.async_accept(new_session->socket(),

            boost::bind(&serverApp::handle_accept,this,boost::asio::placeholders::error,

            new_session));

    }

    ~serverApp()

    {

    }
private:

    void handle_accept(const boost::system::error_code& error,session_ptr& session)

    {

        if(!error)

        {

            std::cout << "get
a new client!" << std::endl;

            //实现对每个客户端的数据处理

            session->start();

            //在这就应该看出为什么要封session类了吧，每一个session就是一个客户端

            session_ptr new_session(new clientSession(m_ioservice));

            acceptor_.async_accept(new_session->socket(),

            boost::bind(&serverApp::handle_accept,this,boost::asio::placeholders::error,

            new_session));

        }

    }
private:

    boost::asio::io_service& m_ioservice;

    tcp::acceptor acceptor_;
};

int main(int argc , char* argv[])
{

    boost::asio::io_service
myIoService;

    short port = 8100/*argv[1]*/;

    //我们用的是inet4

    tcp::endpoint endPoint(tcp::v4(),port);

    //终端（可以看作sockaddr_in）完成后，就要accept了

    serverApp sa(myIoService,endPoint);

    //数据收发逻辑

    myIoService.run();

    return 0;
}

//完，本人测试通过

二 

使用boost ASIO库封装TCP服务器类

使用异步TCP方式，可在此基础上增加更多功能。

头文件AsioTcp.h：

#pragma once

#include <boost/asio.hpp>

#include <boost/make_shared.hpp>

#include <boost/enable_shared_from_this.hpp>

typedef boost::asio::ip::tcp::socket socket_t;

typedef void* socket_handle;

class INetCallback

{

public:

 virtual void OnNewConnection(socket_handle newSocket) = 0;

 virtual void OnRecvData(socket_handle socket, const char* pData, UINT32 nDataSize) = 0;

};

class CTcpSession : public boost::enable_shared_from_this

{

public:

 CTcpSession(boost::asio::io_service& ioService, INetCallback* pINetCallback);

 void   HandleRead(const boost::system::error_code& ec, size_t bytes_transferred);

 void   HandleWrite(const boost::system::error_code& ec);

 void   StartRead();

 void   SendMsg(const char* pData, UINT32 nDataSize);

 socket_t&  GetSocket() { return m_socket; }

private:

 enum { max_length = 1024 };

 char m_dataRecvBuff[max_length];

 socket_t m_socket;

 INetCallback* m_pINetCallback;

};

class CAsioTcp

{

private:

 typedef boost::shared_ptr TcpSessionPtr;

 typedef boost::asio::ip::tcp::acceptor acceptor;

public:

 CAsioTcp(INetCallback* pINetCallback);

 virtual ~CAsioTcp(void);

 void   SendMsg(socket_handle socket, const char* pData, UINT32 nDataSize);

 void   Start();

private:

 void   StartAccept();

 void   AcceptHandler(const boost::system::error_code& ec, TcpSessionPtr pTcpSession);

private:

 boost::asio::io_service m_ioservice;

 boost::shared_ptr m_pAcceptor;

 INetCallback* m_pINetCallback;

};

 

实现文件AsioTcp.cpp：

#include "StdAfx.h"

#include "AsioTcp.h"

#include <boost/thread.hpp>

using namespace boost::asio;

CAsioTcp::CAsioTcp(INetCallback* pINetCallback)

 : m_pINetCallback(pINetCallback)

{

 m_pAcceptor = boost::make_shared(m_ioservice, ip::tcp::endpoint(ip::tcp::v4(), 1688));

 StartAccept();

}

CAsioTcp::~CAsioTcp(void)

{

}

void CAsioTcp::StartAccept()

{

 TcpSessionPtr pTcpSession = boost::make_shared(m_ioservice, m_pINetCallback);

 m_pAcceptor->async_accept(pTcpSession->GetSocket(), boost::bind(&CAsioTcp::AcceptHandler, this, boost::asio::placeholders::error, pTcpSession));

}

void CAsioTcp::AcceptHandler( const boost::system::error_code& ec, TcpSessionPtr pTcpSession )

{

 if (ec)

 {

  return;

 }

 if (m_pINetCallback != NULL)

 {

  m_pINetCallback->OnNewConnection(&pTcpSession);

 }

 StartAccept();

 pTcpSession->StartRead();

}

void CAsioTcp::SendMsg( socket_handle socket, const char* pData, UINT32 nDataSize )

{

 TcpSessionPtr* ppTcpSession = reinterpret_cast(socket);

 (*ppTcpSession)->SendMsg(pData, nDataSize);

}

void CAsioTcp::Start()

{

 m_ioservice.run();

}

CTcpSession::CTcpSession(boost::asio::io_service& ioService, INetCallback* pINetCallback)

 : m_socket(ioService)

 , m_pINetCallback(pINetCallback)

{

}

void CTcpSession::HandleRead( const boost::system::error_code& ec, size_t bytes_transferred )

{

 if (!ec)

 {

  if (m_pINetCallback != NULL)

  {

   m_pINetCallback->OnRecvData(this, m_dataRecvBuff, bytes_transferred);

  }

  StartRead();

 }

}

void CTcpSession::StartRead()

{

 m_socket.async_read_some(boost::asio::buffer(m_dataRecvBuff, max_length),

  boost::bind(&CTcpSession::HandleRead, shared_from_this(),

  boost::asio::placeholders::error,

  boost::asio::placeholders::bytes_transferred));

}

void CTcpSession::SendMsg( const char* pData, UINT32 nDataSize )

{

 boost::asio::async_write(m_socket,

  boost::asio::buffer(pData, nDataSize),

  boost::bind(&CTcpSession::HandleWrite, shared_from_this(),

  boost::asio::placeholders::error));

}

void CTcpSession::HandleWrite( const boost::system::error_code& ec )

{

}

 

这个类使用方法示例：

TestAsioTcpServer.cpp文件：
#include "stdafx.h"

#include <iostream>

#include "AsioTcp.h"

#include <boost/make_shared.hpp>

class CTestAsioTcpServer : public INetCallback

{

public:

 CTestAsioTcpServer()

 {

  m_pAsioTcp = boost::make_shared(this);

  m_pAsioTcp->Start();

 }

 void Run()

 {

  while (true)

  {

   Sleep(10);

  }

 }

 virtual void OnNewConnection( socket_handle newSocket )

 {

  std::cout << "OnNewConnection" << std::endl;

 }

 virtual void OnRecvData( socket_handle socket, const char* pData, UINT32 nDataSize )

 {

  std::cout << "OnRecvData:" << pData  << " size=" << nDataSize << std::endl;

  m_pAsioTcp->SendMsg(socket, "echo", 4);

 }

private:

 boost::shared_ptr m_pAsioTcp;

};

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])

{

 CTestAsioTcpServer tcpSrv;

 tcpSrv.Run();

 return 0;

}

客户端代码：

TestAsioTcpClient.cpp文件：

#include "stdafx.h"

#include <boost/asio.hpp>

#include <vector>

using namespace boost::asio;

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])

{

 io_service ioservice;

 ip::tcp::socket sock(ioservice);

 ip::tcp::endpoint ep(ip::address::from_string("127.0.0.1"), 1688);

 ioservice.run();

 try

 {

  sock.connect(ep);

  while (true)

  {

   char szData[] = "hello";

   std::cout << "send:" << szData << std::endl;

   sock.send(buffer(szData));

   Sleep(1000);

   std::vector<char> str(1024, 0);

   int nSize = sock.read_some(buffer(str));

   std::cout << "Recv from " << sock.remote_endpoint().address() << ":" << &str[0]  << " size=" << nSize << std::endl;

  }

 }

 catch (std::exception& e)

 {

  std::cout << e.what() << std::endl;

 }

 

 return 0;

}

 

以上代码在vs2010下编译通过
三 

asio的主要用途还是用于socket编程，本文就以一个tcp的daytimer服务为例简单的演示一下如何实现同步和异步的tcp socket编程。


客户端

客户端的代码如下：

    #include <iostream>

    #include <boost/array.hpp>

    #include <boost/asio.hpp>

    using boost::asio::ip::tcp;

    int main(int argc, char* argv[])

    {

        try

        {

            boost::asio::io_service io_service;

            tcp::endpoint end_point(boost::asio::ip::address::from_string("127.0.0.1"),
3200);

            tcp::socketsocket(io_service);

            socket.connect(end_point);

            for (;;)

            {

                boost::array<char, 128> buf;

                boost::system::error_code error;

                size_t len = socket.read_some(boost::asio::buffer(buf),
error);

                if (error == boost::asio::error::eof)

                    break; // Connection closed cleanly by peer.

                else if (error)

                    throw boost::system::system_error(error); // Some other error.

                std::cout.write(buf.data(), len);

            }

        }

        catch (std::exception& e)

        {

            std::cerr << e.what() << std::endl;

        }

        return 0;

    }

主要流程如下：

通过tcp::socket类定义一个tcp
client对象socket

通过connect函数连接服务器，打开socket连接。

通过read_some函数来读数据

另外，还可以通过write_some来写数据，通过close来关闭socket连接（这里是通过释放socket对象隐式释放连接）。


服务器

服务器代码如下：

    #include <ctime>

    #include <iostream>

    #include <string>

    #include <boost/asio.hpp>

    using namespace boost;

    using boost::asio::ip::tcp;

    int main()

    {

        try

        {

            asio::io_service io_service;

            tcp::acceptor acceptor(io_service, tcp::endpoint(tcp::v4(),
3200));

            for (;;)

            {

                tcp::socket socket(io_service);

                acceptor.accept(socket);

                time_t now = time(0);

                std::string message = ctime(&now);

                system::error_code ignored_error;

                socket.write_some(asio::buffer(message), ignored_error);

            }

        }

        catch (std::exception& e)

        {

            std::cerr << e.what() << std::endl;

        }

        return 0;

    }

主要流程如下：

通过tcp::acceptor类创建一个tcp
server对象，并绑定端口（也可以不在构造器中自动绑定，而通过bind函数手动绑定）

通过accept函数获取远端连接

通过远端连接的write_some函数将数据发往客户端


异步服务器

前面的服务器是同步版本，在大并发的场景下一般需要用到异步socket。服务器的异步版本如下：

    #include <ctime>

    #include <iostream>

    #include <string>

    #include <memory>

    #include <functional>

    #include <boost/asio.hpp>

    using boost::asio::ip::tcp;

    using namespace std;

    void process_client(shared_ptr<tcp::socket> client)

    {

        time_t now = time(0);

        shared_ptr<string>
message(new string(ctime(&now)));

        auto callback = [=](const boost::system::error_code& err ,size_t size)

        {

            if ((int)size == message->length())

                cout << "write completed" << endl;

        };

        client->async_send(boost::asio::buffer(*message),
callback);

    }

    typedef function<void (const boost::system::error_code&)> accept_callback;

    void start_accept(tcp::acceptor& server)

    {

        shared_ptr<tcp::socket>
client(new tcp::socket(server.get_io_service()));

        accept_callback callback = [&server, client](const boost::system::error_code& error)

            {

                if (!error)

                    process_client(client);

                start_accept(server);

            };

        server.async_accept(*client,
callback);

    }

    int main()

    {

        try

        {

            boost::asio::io_service io_service;

            tcp::acceptor acceptor(io_service, tcp::endpoint(tcp::v4(),
3200));

            start_accept(acceptor);

            io_service.run();

        }

        catch (std::exception& e)

        {

            std::cerr << e.what() << std::endl;

        }

        return 0;

    }

这个异步版本的逻辑倒不是很复杂，基本上和.net中传统的异步socket相似，不过需要注意的是，由于c++中内存需要自己管理，而asio框架也没有提供任何管理机制，因此需要注意async_accept、async_send等函数的参数生命周期，切记不能在里面传入栈变量的引用。如果是堆变量，需要确保释放，本例中我是通过share_ptr来实现的自动释放。

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