【C++boost::asio网络编程】使用asio协程搭建异步echo服务器的笔记

【C++boost::asio网络编程】使用asio协程搭建异步服务器的笔记

协程和线程关系以及线程和进程的关系简单区分
main函数
listener函数
echo函数

协程和线程关系以及线程和进程的关系简单区分

资源消耗与开销

进程与线程：
- 进程是操作系统分配资源的基本单位，每个进程拥有自己的内存空间、文件描述符等资源。
- 线程是进程中的执行单元，同一个进程中的多个线程共享进程的资源（如内存空间、文件描述符等）。线程的创建和上下文切换相对于进程来说，开销较小，但仍然需要操作系统的支持。
协程与线程：
- 协程是一种轻量级的用户级执行单元，它与线程相比，具有更小的资源开销。多个协程通常运行在一个线程中，共享线程的资源（如 CPU 时间、内存等）。
- 线程是操作系统调度的基本单元，协程是在用户级别进行调度的，它并不依赖操作系统进行上下文切换。因此，协程的切换和调度开销比线程小得多。

调度与上下文切换

进程与线程：
- 进程和线程的调度通常由操作系统管理，线程的上下文切换涉及到保存和恢复 CPU 寄存器、内存映射等状态。
- 线程切换 的开销比进程切换小，但仍然需要操作系统的干预。
协程与线程：
- 协程的调度通常是由程序自身管理的，协程的上下文切换不需要操作系统的参与，通常只是通过保存和恢复少量的状态（例如局部变量、程序计数器等）来完成。因此，协程的上下文切换比线程切换的开销更小。

并发性

进程与线程：
- 进程之间是完全独立的，一个进程的崩溃不会直接影响到其他进程。
- 线程之间是并发的，在同一进程中可以并行执行多个线程（在多核 CPU 上，多个线程可以真正地并行运行），但是它们会共享进程的资源。
协程与线程：
- 协程是轻量级的并发单元，它们运行在单个线程中。多个协程可以在同一个线程中并发执行，但它们并不会并行执行（即不会在多个 CPU 核心上同时运行）。协程通过协作式调度来实现并发，通常在 I/O 操作或者其他需要等待的地方挂起，给其他协程执行的机会。

独立性

进程与线程：
- 进程是独立的，通常不会直接共享内存等资源，进程间的通信需要通过特定的机制（如管道、消息队列、共享内存等）。
- 线程共享进程的内存空间，可以直接访问共享数据，因此线程之间的通信较为方便，但也需要注意同步问题。
协程与线程：
- 协程 不独立，它们共享同一个线程的资源。多个协程之间的切换不会涉及到线程的上下文切换，只是在协程之间的切换。协程之间通常通过共享内存来通信，但也需要小心避免并发问题。

main函数

int main()
{
	try
	{
		boost::asio::io_context ioc;
		boost::asio::signal_set signals(ioc, SIGINT, SIGTERM);
		signals.async_wait([&](auto, auto) {
			ioc.stop();
			});
		boost::asio::co_spawn(ioc, listener, boost::asio::detached);
		ioc.run();
	}
	catch (const std::exception& e)
	{
		std::cout << e.what() << std::endl;
	}
	return 0;
}

boost::asio::co_spawn(ioc, listener, boost::asio::detached);

这段代码的主要功能是启动一个新的协程来运行listener函数(这个函数用来监听来自客户端的连接)，

listener函数

boost::asio::awaitable<void> listener()
{
	auto executor = co_await boost::asio::this_coro::executor;
	boost::asio::ip::tcp::acceptor acceptor(executor, { boost::asio::ip::tcp::v4(),8888 });
	while (true)
	{
		boost::asio::ip::tcp::socket socket = co_await acceptor.async_accept(boost::asio::use_awaitable);
		boost::asio::co_spawn(executor, echo(std::move(socket)), boost::asio::detached);
	}
}

boost::asio::awaitable<void> listener()

首先来介绍一下这个返回值为什么要这么写：boost::asio::awaitable<T>是一种协程返回类型，表示该函数返回的是一个可以挂起的协程
什么叫做返回一个可以挂起的协程？
这个意思就是说该函数返回的对象能在某个点暂停执行，等待某个操作(例如异步IO,网络请求等)完成后再继续执行，这种特性是现代协程模型中的核心概念。在C++20中，协程通过co_await,co_return等关键字来实现，例如co_await用于挂起当前协程并等待一个异步操作完成。
而挂起指的是协程在执行过程中暂停下来，等待某些条件或操作完成，这时，协程将不会占用CPU，其他任务可以继续执行，直到挂起的操作完成之后，该协程才会恢复执行

auto executor = co_await boost::asio::this_coro::executor;

这段代码就是用来获取当前协程所在的"执行上下文"。在Boost::asio中，executor是一个对象，主要负责调度和执行任务，它是io_context或io_service的一部分，确保异步任务能够执行。
co_await是一个协程操作符，它用户挂起当前协程，直到等待的对象完成.通过co_wait，协程不会立即返回，而是将控制权交还给调用者，直到获取到执行器对象为止。

boost::asio::ip::tcp::socket socket = co_await acceptor.async_accept(boost::asio::use_awaitable);

async_accept中的参数boost::asio::use_awaitable的主要作用是使得async_accept能够与C++20的协程机制兼容，在这段代码中，它使得async_accept返回的是一个C++20 协程机制交互的“协程兼容对象“，能够在异步操作完成时继续执行

boost::asio::co_spawn(executor, echo(std::move(socket)), boost::asio::detached);

这行代码的意思是启动一个协程。第一个参数是一个执行器对象，用户控制协程的上下文。第二个参数是socket对象，表示创建的协程通过这个对象为客户端进行服务，第三个参数的作用是表示不需要关心启动的这个协程完成的情况。

echo函数

boost::asio::awaitable<void> echo(boost::asio::ip::tcp::socket socket)
{
	try
	{
		char data[1024];
		while (true)
		{
			size_t n = co_await socket.async_read_some(boost::asio::buffer(data), boost::asio::use_awaitable);
			std::cout << "写回去" << std::endl;
			co_await boost::asio::async_write(socket, boost::asio::buffer(data, n), boost::asio::use_awaitable);
		}
	}
	catch (const std::exception& e)
	{
		std::cout << e.what() << std::endl;
	}
}

echo函数的作用就是接收客户端发过来的信息然后转发回去，实现一个简单的echo server服务器。