boost.asio 学习笔记02——io

本文主要是介绍boost.asio 学习笔记02——io_service类，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

从第一个boost.asio的教程开始，boost文档就一直在告诉我们：使用boost.asio第一步就是要创建一个io_service对象。那么io_service是个什么东西呢？

boost.asio文档说，io_service为下面的这些异步IO对象提供最核心的IO功能：

boost::asio::ip::tcp::socket
boost::asio::ip::tcp::acceptor
boost::asio::ip::udp::socket
deadline_timer.

接着，文档就会说，像下面这样，就可以简简单单声明一个io_service对象了：

int main()

{

boost::asio::io_service io;

上面的一行代码，表明无限地风光与潇洒，看起来简简单单一行，就几乎有了异步IO、网络操作的框架，那么他到底代表了什么，在后面，又有什么事情发生呢？io_service又是如何支撑起这些功能的呢？带着这些问题，我们开始分析吧……

从C++的角度看，上面的这一行代码，无非就是定义了一个io_service的实例，而C++的底层机制所隐藏起来的东西，无非就是初始化该对象的所有数据成员。再来看io_service的声明，我们知道，该类除了一堆成员函数之外，事实上只有三个成员（暗想：这几个成员肯定很是神奇无匹了）：

#if defined(BOOST_WINDOWS) || defined(__CYGWIN__)

detail::winsock_init<> init_;

#elif defined(__sun) || defined(__QNX__) || defined(__hpux) || defined(_AIX) \

|| defined(__osf__)

detail::signal_init<> init_;

#endif

// The service registry.

boost::asio::detail::service_registry* service_registry_;

// The implementation.

impl_type& impl_;

暂时抛开那几个成员，再来看一下io_service比较重要的一个函数：run() 的实现，发现该函数也就是将真正的功能委托给成员impl_去做事儿了：

std::size_t io_service::run()

{

boost::system::error_code ec;

std::size_t s = impl_.run(ec);

boost::asio::detail::throw_error(ec);

return s;

}

种种迹象表明，impl_是个巨牛的东西了。统揽io_service的实现，我们不难发现，该类的所有功能，几乎都是委托给了impl_成员去干了——典型的“有事秘书干”。不过想想也挺容易理解的，io_service提供了一个上层的接口，充当抛头露面的BOSS，真正的工作则委托给下一层的员工去实现——哪家公司不是这样呢？

所以，要想了解io_service的玄机，就需要弄清楚这三个数据成员到底是什么来历，特别是impl_的来历才行。

io_service的初始化

成员 init_ 在io_service的各个函数中，并没有显式用到。其存在的价值，就在于该类的构造函数里面，调用了初始化相关的代码，具体到Windows平台，就是WinSock的初始化，也就是调用 ::WSAStartup() 这一WinSock编程所必须调用的第一个函数；而其析构函数则进行清理工作，同样交由WinSock函数 :: WSACleanup() 完成。

也就是说，io_service通过init_数据成员的创建与销毁，自动完成了相关的初始化及清理工作。

io_service的实现委托

前面说过，impl_ 带着无限的神秘默默地完成了io_service::run()的功能。至于他到底是什么style，现在来揭开盖头吧。

从直接声明来看，impl_ 具有 impl_type& 类型。用SourceInsight不难发现该类型只不过是一个类型别名：

typedef detail::io_service_impl impl_type;

一波未平一波又起，这儿又冒出个io_service_impl。继续刨根问底，找到：

#if defined(BOOST_ASIO_HAS_IOCP)

namespace detail { typedef win_iocp_io_service io_service_impl; }

#else

namespace detail { typedef task_io_service io_service_impl; }

#endif

终于知道，在某些情况下，它是 win_iocp_ ,在某些情况下，是 task_ 。事实上，在Win NT 环境下,如果没有禁用IOCP，也就是没有声明 BOOST_ASIO_DISABLE_IOCP 这个预处理器指令，那么asio就采用 win_iocp_io_service 来做那些脏活累活；在剩下的其他平台，或者Win上禁用了IOCP，则使用 task_io_service 来做事儿了。

先稍微提一下，win_iocp_io_service 是对Windows环境下的IOCP（完成端口IO）模型的封装，该类作为boost.asio在Windows下的核心，我们在后面详细分析其实现。

io_service的服务管理

io_service的另外一个数据成员 service_registry_，又具备什么样的身份和功能呢？我们来看看 io_service 的构造函数：

io_service::io_service()

: service_registry_

(

new boost::asio::detail::service_registry(

*this,

static_cast<impl_type*>(0),

(std::numeric_limits<std::size_t>::max)()

)

impl_(service_registry_->first_service<impl_type>())

{

}

构造函数为了初始化service_registry_，动态分配了一个boost::asio::detail:: service_registry类对象。为了构造该对象，提供了三个参数：

*this，这个是io_service对象本身，作为所有服务的owner存在。
static_cast<impl_type*>(0)，一个空指针对象，主要是为了模版参数类型推导。在service_registry的构造过程中，也会自动创建一个该类型的对象，作为第一个service对象。具体到Win平台，即为构造一个 win_iocp_io_service 对象。
(std::numeric_limits<std::size_t>::max)()：提供一个最大的整数作为service构造时的参数——目前还没看到这个参数的用途。

再来观察service_registry的实现，发现其实际就是一个链表，管理io_service所容纳的所有service对象（win_iocp_io_service就是一种service）。每种service都有一个id，链表以此id作为标志，在客户通过io_service来请求一种服务时，例如调用 use_service<ServiceType>(io_service&) 时，service_registry会查找链表，如果有对应类型的服务，就返回该类型服务实例的指针；否则就创建一个新的对象，并加入到链表末端，再返回此新创建的实例；通过这种形式，io_service确保每种类型的服务都只有一个实例存在。

asio提供了这样几个函数，来进行service的管理和使用——这也为扩展asio提供了可能，例如可以自己定义一种服务，使用add_service加入io_service进行管理。

template <typename Service>

Service& use_service(io_service& ios);

template <typename Service>

void add_service(io_service& ios, Service* svc);

template <typename Service>

bool has_service(io_service& ios);

io_service::service类型及跨平台策略


	boost::asio::io_service
	+ size_t run() + size_t poll() + void dispatch() + void stop() - detail::winsock_init<> init_ - detail::service_registry* service_registry_ - impl_type& impl_	class boost::asio::io_service::::id

		class boost::asio::io_service::work

		enum boost::asio::io_service::fork_event

		class boost::asio::io_service::strand

		class boost::asio::io_service::service - struct key key_ - boost::asio::io_service& owner_; - service* next_;

io_service内部定义了这样一些类型，来为其服务:

io_service::id，所有service具体类的标识
io_service::service,所有service具体类的基类
io_service::strand,对所有并发提交的hanlder串行化执行
io_service::work，通知io_service有事儿要干的类，有点令人讨厌的主儿
io_service::fork_event，fork事件通知

针对service类型，asio从其派生出了数十个类分别完成不同的功能，例如在Win上充当io_service的win_iocp_io_service类，以及为各种IO Object类型提供服务的类，如对应于TCP的stream_socket_service，对应于UDP的datagram_socket_ service。下图显示了asio常用到的服务类，及其针对不同平台的适配类之间的关系。