- 一.功能介绍
- 二.string类型数据交互
- 2.1 程序源码
- 2.2 编译&&执行
- 2.3 程序执行结果
- 三.byte类型数据交互
- 3.1 程序源码
- 3.2 编译&&执行
- 3.3 程序执行结果
基于boost asio实现server端通信，采用one by one的同步处理方式，并且设置连接等待超时。下面给出了string和byte两种数据类型的通信方式，可覆盖基本通信场景需求。
二.string类型数据交互 规定server与client双方交互的数据格式是string，并且server采用read_until的方式接收来自client的消息，通过delimiter(分隔符)来判断一帧数据接收完成，当未收到来自client的delimiter，那么server会一直等待，直到收到delimiter或超时。此处设置了本次回话的连接超时时间SESSION_TIMEOUT，程序中定义为2min，每次收到数据后重新计时，若是连续2min中内有收到来自client的任何消息，那么server会自动断开本次连接，并且析构本次的session。
通过string发送和接收的数据采用ASCII码的编码方式，因此不能直接发送byte数据，不然会产生乱码（第三部分为byte数据交互）；采用string数据传输方式可以方便的进行序列化与反序列化，例如采用json对象的传输的方式，可以方便的组织交互协议。
下面是功能实现的完整程序，程序编译的前提是已经安装了boost库，boost库的安装及使用方法在我的前述博客已有提到：boost库安装及使用
mian.cpp
#include "software.hpp"
int main(int argc, char** argv)
{
if(2 != argc){
std::cout<<"Usage: "<
boost::asio::io_context io;
int port = atoi(argv[1]); // get server port
software::server(io, port); // 开启一个server,ip地址为server主机地址，port为mian函数传入
}
catch (std::exception& e) {
std::cout<<"main exception: " << e.what()<
software.hpp
#ifndef __SOFTWARE_HPP__
#define __SOFTWARE_HPP__
#include
#include
#include
namespace software {
//! Session deadline duration
constexpr auto SESSION_TIMEOUT = std::chrono::minutes(2);
//! Protocol delimiter to software client；分隔符：接收来自client的string数据必须以"}n"结尾
static constexpr char const* delimiter = "}";
namespace asio = boost::asio;
using tcp = asio::ip::tcp;
class session
{
public:
session(asio::io_context& io, tcp::socket socket);
~session();
private:
void do_read();
void async_deadline_wait();
void on_message(std::string&& message);
private:
tcp::socket socket_; // tcp socket
std::string recv_data_; // recv buffer[string]
asio::steady_timer deadline_; // wait deadline time,expire it will disconnect auto
};
inline void server(asio::io_context& io, unsigned short port)
{
std::cout<<"sync server start, listen port: " << port << std::endl;
tcp::acceptor acceptor(io, tcp::endpoint(tcp::v4(), port));
// 一次处理一个连接[one by one]
while (true) {
using namespace std;
// client请求放在队列中，循环逐个处理，处理完继续阻塞
tcp::socket sock(io);
acceptor.accept(sock); // 一开始会阻塞在这，等待software client连接
io.restart();
session sess(io, std::move(sock)); // io socket
io.run(); // run until session async operations done,调用run()函数进入io事件循环
}
}
} // namespace software
#endif
software.cpp
#include "software.hpp"
using namespace std;
namespace software {
session::session(asio::io_context& io, tcp::socket socket)
: socket_(std::move(socket))
, deadline_(io)
{
std::cout<<"session created: " << socket_.remote_endpoint() <
std::cout<<"session destruct!" << std::endl;
}
void session::do_read()
{
auto handler = [this](std::error_code ec, std::size_t length) {
// recv data success, dispose the received data in [on_message] func
if (!ec && socket_.is_open() && length != 0) {
on_message(recv_data_.substr(0, length));
recv_data_.erase(0, length); // 将recv_data_擦除为0
do_read(); // Register async read operation again，重新执行读取操作
}
// error occured, shutdown the session
else if (socket_.is_open()) {
std::cout<<"client offline, close session" << std::endl;
socket_.shutdown(asio::socket_base::shutdown_both); // 关闭socket
socket_.close(); // 关闭socket
deadline_.cancel(); // deadline wait计时取消
}
};
std::cout<<"server waiting message..." << std::endl;
// block here until received the delimiter
asio::async_read_until(socket_, asio::dynamic_buffer(recv_data_),
delimiter, // 读取终止条件(分隔符号)
handler); // 消息处理句柄函数
deadline_.expires_after(SESSION_TIMEOUT); // close session if no request，超时2min自动关闭session
}
void session::async_deadline_wait()
{
using namespace std::chrono;
deadline_.async_wait(
//! lambda function
[this](std::error_code) {
if (!socket_.is_open())
return;
if (deadline_.expiry() <= asio::steady_timer::clock_type::now()) {
std::cout<< "client no data more than <"
<< duration_cast(SESSION_TIMEOUT).count()
<< "> ms, shutdown" << std::endl;
socket_.shutdown(asio::socket_base::shutdown_both);
socket_.close();
return;
}
async_deadline_wait();
}
);
}
void session::on_message(std::string&& message)
{
using namespace std;
try {
// print receive data
std::cout<<"recv from client is: "<
std::cout<<"some exception occured: "<< ex.what() << std::endl;
}
}
} // namespace software
分析一下系统执行流程：
- 在main函数中传入io和port，调用 software.hpp中的server(asio::io_context& io, unsigned short port)函数。
- 在server()函数中while(True)循环体中accept来自client的连接，每次接收到一个client的连接会创建一个session对象，在session对象中处理本次的连接socket。注意，此处采用的是one by one的同步处理方式，只有上一个session处理完成才能处理下一个session的请求，但是同步发送的请求消息不会丢失，只是暂时不会处理和返回；总的来说，server会按照请求的顺序进行one by one处理。
- session对象创建时会调用构造函数，其构造函数主要做了两件事情：一是调用do_read()函数进行等待读取来自client的数据并处理；二是通过async_deadline_wait()设置本次session连接的超时处理方法，超时时间默认设置为SESSION_TIMEOUT：deadline_.expires_after(SESSION_TIMEOUT)。
- 在do_read()函数中采用async_read_until()函数读取来自client的数据，async_read_until()函数会将传入的delimiter分隔符作为本次接收的结束标识。
- 当判断本次接收数据完成后，会调用handler句柄对消息进行处理，在handler句柄中主要做了两件事情：一是将收到的string信息传入到on_message()消息处理函数中进行处理，只有当本条消息处理完成后才能接收下一条消息并处理，消息会阻塞等待，但是不会丢失；二是在消息处理完成后再次调用do_read()函数，进入read_until()等待消息，如此循环…
- 当发生错误或异常，在hander中会关闭本次socket连接，并且不会再调用其他循环体，表示本次session通信结束，之后调用析构函数析构session对象。
socket_.shutdown(asio::socket_base::shutdown_both); // 关闭socket
socket_.close(); // 关闭socket
deadline_.cancel(); // deadline wait计时取消 - 在on_message()消息处理函数中会对收到的string数据进行处理（上述程序中以打印代替），然后调用asio::write(socket_, asio::buffer(send_buf))将response发送给client。
2.2 编译&&执行
编译：g++ main.cpp software.cpp -o iotest -lpthread -lboost_system -std=c++17
执行：./iotest 11112 （监听端口为11112）
2.3 程序执行结果
可以看出，client发送的每条消息都要以"}"结束，这是设定的delimter分隔符。
可以看出，当超过2min没有收到来自clinet的消息，server会自动断开连接。
tips：client1和clinet2可同时与server建立连接并发送数据，但是server会按照连接建立的先后顺序对client发送的请求进行one by one处理，比如clinet1先与server建立了连接，那么只有等到clinet1的所有请求执行完成才会处理client2发送的请求；在等待期间client2发送的请求不会处理，但不会丢失。
三.byte类型数据交互
上述给出了string类型数据的交互，但是string类型的数据只能采用ASCII码的方式传输，在某些场景中，例如传感器，需要交互byte类型的数据。因此下面给出了byte[hex]类型数据的交互。与上述的string数据交互流程基本一致，几点区别在下面阐述：
- 将session类中的string recv_data_;替换成u_int8_t recv_data_[MAX_RECV_LEN];
- 数据读取方式由read_until()改为：socket_.async_receive(asio::buffer(recv_data_,MAX_RECV_LEN),handler);
- on_message()数据处理函数变为：void on_message(const u_int8_t* recv_buf,std::size_t recv_len)；
- 数据发送方式变为：socket_.async_send(asio::buffer(recv_buf,recv_len),[](error_code ec, size_t size){});
3.1 程序源码
mian.cpp
同上
software.hpp
#ifndef __SOFTWARE_HPP__
#define __SOFTWARE_HPP__
#include
#include
#include
#define MAX_RECV_LEN 2048
namespace software {
//! Session deadline duration
constexpr auto SESSION_TIMEOUT = std::chrono::minutes(2);
//! Protocol delimiter to software client；分隔符：接收来自client的string数据必须以"}n"结尾
static constexpr char const* delimiter = "}";
namespace asio = boost::asio;
using tcp = asio::ip::tcp;
class session
{
public:
session(asio::io_context& io, tcp::socket socket);
~session();
private:
void do_read();
void async_deadline_wait();
void on_message(const u_int8_t* recv_buf,std::size_t recv_len);
private:
tcp::socket socket_; // tcp socket
u_int8_t recv_data_[MAX_RECV_LEN]; // recv buffer[byte]
asio::steady_timer deadline_; // wait deadline time,expire it will disconnect auto
};
inline void server(asio::io_context& io, unsigned short port)
{
std::cout<<"sync server start, listen port: " << port << std::endl;
tcp::acceptor acceptor(io, tcp::endpoint(tcp::v4(), port));
// 一次处理一个连接[one by one]
while (true) {
using namespace std;
// client请求放在队列中，循环逐个处理，处理完继续阻塞
tcp::socket sock(io);
acceptor.accept(sock); // 一开始会阻塞在这，等待software client连接
io.restart();
session sess(io, std::move(sock)); // io socket
io.run(); // run until session async operations done,调用run()函数进入io事件循环
}
}
} // namespace software
#endif
software.cpp
#include "software.hpp"
using namespace std;
namespace software {
session::session(asio::io_context& io, tcp::socket socket)
: socket_(std::move(socket))
, deadline_(io)
{
std::cout<<"session created: " << socket_.remote_endpoint() <
std::cout<<"session destruct!" << std::endl;
}
void session::do_read()
{
auto handler = [this](std::error_code ec, std::size_t length) {
// recv data success, dispose the received data in [on_message] func
if (!ec && socket_.is_open() && length != 0) {
on_message(recv_data_, length);
memset(recv_data_,0,sizeof(recv_data_));// 将recv_data_擦除为0
do_read(); // Register async read operation again，重新执行读取操作
}
// error occured, shutdown the session
else if (socket_.is_open()) {
std::cout<<"client offline, close session" << std::endl;
socket_.shutdown(asio::socket_base::shutdown_both); // 关闭socket
socket_.close(); // 关闭socket
deadline_.cancel(); // deadline wait计时取消
}
};
std::cout<<"server waiting message..." << std::endl;
//block here to receive some byte from client
socket_.async_receive(asio::buffer(recv_data_,MAX_RECV_LEN),handler);
deadline_.expires_after(SESSION_TIMEOUT); // close session if no request，超时2min自动关闭session
}
void session::async_deadline_wait()
{
using namespace std::chrono;
deadline_.async_wait(
//! lambda function
[this](std::error_code) {
if (!socket_.is_open())
return;
if (deadline_.expiry() <= asio::steady_timer::clock_type::now()) {
std::cout<< "client no data more than <"
<< duration_cast(SESSION_TIMEOUT).count()
<< "> ms, shutdown" << std::endl;
socket_.shutdown(asio::socket_base::shutdown_both);
socket_.close();
return;
}
async_deadline_wait();
}
);
}
void session::on_message(const u_int8_t* recv_buf,std::size_t recv_len)
{
using namespace std;
try {
// print receive data
std::cout<<"recv data length is: "<});
}
catch (exception& ex) {
std::cout<<"some exception occured: "<< ex.what() << std::endl;
}
}
} // namespace software
3.2 编译&&执行
编译：g++ main.cpp software.cpp -o iotest -lpthread -lboost_system -std=c++17
执行：./iotest 11112 （监听端口为11112）
3.3 程序执行结果
