[计网底层小探索]:实现并部署多线程并发Tcp服务器框架(基于生产者消费者模型的线程池结构)

2025-04-25 00:17:06 1 阅读

文章目录

一.网络层与传输层协议
- sockaddr结构体继承体系(Linux体系)
- 贯穿计算机系统的网络通信架构图示:
二.实现并部署多线程并发Tcp服务器框架
- 线程池模块
- 序列化反序列化工具模块
- 通信信道建立模块
- 服务器主体模块
- 任务回调模块(根据具体应用场景可重构)
- Tips:DebugC++代码过程中遇到的问题记录

一.网络层与传输层协议

网络层与传输层内置于操作系统的内核中,网络层一般使用ip协议,传输层常用协议为Tcp协议和Udp协议,Tcp协议和Udp协议拥有各自的特点和应用场景:

sockaddr结构体继承体系(Linux体系)

sockaddr_in结构体用于存储网络通信主机进程的ip和端口号等信息

贯穿计算机系统的网络通信架构图示:

二.实现并部署多线程并发Tcp服务器框架

小项目的完整文件的gittee链接

Tcp服务器架构:

线程池模块

#pragma once
#include 
#include 
#include "log.hpp"
#include 
#include 
#include 

template<class T>
class RingQueue{
   
private:
    pthread_mutex_t Clock_;
    pthread_mutex_t Plock_;
    sem_t Psem_;
    sem_t Csem_;
    std::vector<T> Queue_;
    int Pptr_;
    int Cptr_;
    int capacity_;
public:
    RingQueue(int capacity = 10) : Queue_(capacity),Pptr_(0),Cptr_(0),capacity_(capacity){
   
        sem_init(&Psem_,0,capacity);
        sem_init(&Csem_,0,0);
        pthread_mutex_init(&Clock_,nullptr);
        pthread_mutex_init(&Plock_,nullptr);
    }
    ~RingQueue(){
   
        sem_destroy(&Psem_);
        sem_destroy(&Csem_);
        pthread_mutex_destroy(&Clock_);
        pthread_mutex_destroy(&Plock_);
    }
    T Pop(){
   
        sem_wait(&Csem_);
        pthread_mutex_lock(&Clock_);
        T tem = Queue_[Cptr_];
        Cptr_++;
        Cptr_ %= capacity_;
        pthread_mutex_unlock(&Clock_);
        sem_post(&Psem_);
        return tem;
    }
    void Push(T t){
   
        sem_wait(&Psem_);
        pthread_mutex_lock(&Plock_);
        Queue_[Pptr_] = t;
        Pptr_++;
        Pptr_%= capacity_;
        pthread_mutex_unlock(&Plock_);
        sem_post(&Csem_);
    }
};

#pragma once
#include "sem_cp.cpp"
#include 
#include 
#include 
#include 
#include "CalTask.cpp"

template<class Task>
class Thread_Pool{
   
    struct Thread_Data{
   
        int Thread_num;
        pthread_t tid;
    };
private:
    RingQueue<Task> Queue_;  //线程安全的环形队列
    std::vector<Thread_Data> thread_arr; //管理线程的容器
    static std::mutex lock_;            //单例锁
    static Thread_Pool<Task> * ptr_;    //单例指针
private:
    Thread_Pool(int capacity_Of_queue = 20) : Queue_(capacity_Of_queue){
   }
    Thread_Pool(const Thread_Pool<Task>& Tp) = delete;
    Thread_Pool<Task>& operator=(const Thread_Pool<Task> & Tp) = delete;
public:
    ~Thread_Pool(){
   }
    //获取线程池单例-->注意C++的类模板静态成员函数需要在类体外进行定义
    static Thread_Pool<Task> * Getinstance();
    //创建多线程
    void Create_thread(int thread_num = 10){
   
        Thread_Data T_data;
        for(int i = 0 ; i < thread_num ; ++i){
   
            //注意线程池对象的this指针传递给线程
            pthread_create(&T_data.tid,nullptr,Routine,this);
            T_data.Thread_num = i + 1;
            thread_arr.push_back(T_data);
        }
    }
    //线程等待
    void Thread_join(){
   
        for(int i = 0 ;i < thread_arr.size() ; ++i){
   
            pthread_join(thread_arr[i].tid,nullptr);
        }
    }

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