Muduo网络库实现 [五] - Poller模块

设计思路

poller 模块的意义主要体现在它对 epoll 进行了更高层次的封装，让开发者在监控文件描述符（比如 socket）的事件时，操作变得更简单、更直观。咱们可以从几个方面来看看它的价值：

简化复杂性
原生的 epoll 是 Linux 提供的一种高效 I/O 事件通知机制，但它的 API 使用起来稍微有点繁琐，比如需要手动创建 epoll 实例、注册事件、处理就绪事件等。poller 模块把这些底层操作封装成了更友好的接口，让你不用直接跟 epoll_ctl、epoll_wait 这些函数打交道，减少了出错的机会。
提高代码可读性
通过 poller，你可以更专注于业务逻辑，而不是陷入底层的事件管理细节。比如，注册一个描述符、指定关心的事件（比如可读、可写），poller 通常会提供简洁的方法，代码看起来更清晰，维护起来也更容易。
统一抽象
如果你的项目需要在不同平台上运行（比如 Linux 用 epoll，其他系统可能用 select 或 poll），poller 可以作为一个抽象层，屏蔽底层的差异，让你用一套统一的接口来处理事件监控。这对跨平台开发超级友好！

1. 设计 Poller 的核心功能

创建和管理 epoll 实例
添加/修改/删除文件描述符及其关心的事件
等待并返回就绪的事件
提供简单的事件循环接口
基于这些需求，可以设计一个 Poller 类或者结构体，封装这些功能。

2. 基本封装思路

初始化：调用 epoll_create 创建一个 epoll 实例。
添加描述符：用 epoll_ctl 注册文件描述符和事件。
事件等待：用 epoll_wait 获取就绪的事件。
销毁：关闭 epoll 实例

对于epoll模型，要怎么封装呢？

我们知道，一个EventLoop线程也就是一个从属Reactor线程需要对应一个 epoll 模型，也就是一个 Poller对象(因为Poller就是对epoll的封装)，那么这个对象中要实现事件的监控，就必须要保存一个epoll操作句柄(就是钥匙，没有这个钥匙，启动不了对应的epoll)，也就是一个_epfd。

对于epoll模型来说，当使用epoll_ctl()，把文件描述符添加到红黑树模型上之后，当有事件就绪了，操作系统会去红黑树上找到该就绪事件对应的文件描述符_fd。然后会把这些_fd放在就绪队列上。而我们的Poller模块就是封装的epoll，所以肯定会获取到就绪的事件。那么这些事件就需要存储到一个就绪队列中。我们使用一个 struct epoll_event 类型的数组来模拟就绪队列。但是对于Poller的上层，也就是EventLoop来说，它并不需要得到一个 struct epoll_event 的数组，他其实只需要知道哪些Channel 中的事件就绪了，然后调用 Channel中的 HandlerEvent 方法去处理就绪事件就行了，所以我们未来设置就绪事件获取的时候，返回给外界或者说外界不需要传 struct epoll_event 数组，但是我们内部调用 epoll_wait 又必须使用这个数组，那么我们其实可以在Poller对象内部定义一个 struct epoll_event 数组便于后续使用。

同时，我们需要对Poller模型中监控的文件描述符以及对应的Channel对象进行管理，一个fd对应一个Channel对象。因为未来我们在添加某个事件的监控时，有可能该文件描述符在之前我们并没有添加到 epoll 模型中，这时候我们使用的是 EPOLL_CTL_ADD 操作，而其他的时候，对监控的事件进行修改，则是EPOLL_CTL_MOD操作，仅仅是对epoll模型中的红黑树节点中的内容进行修改，并不对节点的删除与插入做管理。

就比如在一个城市中，epfd就好比不同的饭馆，_fd就对应进入饭馆的顾客，当一个顾客来吃饭，就把该顾客对应的信息注册到记录本上(比如一对情侣坐在了A桌上)，然后此时服务员(Poller)对已经注册的顾客进行监控，当_fd就绪了，这时候就需要通过Channel模块了，因为Poller模块只是监听fd，并且把就绪的fd放到就绪队列上。至于这些就绪的事件接下来要干什么，是要传给Channel中的回调函数处理的。就好比A顾客离开了(就绪了Close事件)，然后服务员检测到了A顾客就绪了离开的事件，他就会在对讲机里跟老板说，老板知道了是A顾客离开了也就是知道了A顾客所在桌的路线(Channel)，就会调用调用回调函数(保洁)，去执行打扫卫生的工作。如果Poller和Channel不联系起来，那老板知道有顾客离开了，但是不知道是哪个顾客离开了。

类的设计

我们需要一个私有的实际进行epoll模型操作的结构，也就是上面的 Update 接口，同时也需要一个辅助接口，也就是IsInPoller ，来判断某个Channel是否已经在Poller的监控中，来决定是使用 EPOLL_CTL_ADD还是使用EPOLL_CTL_MOD操作。

class Poller
{
private:
#define REVENTS_SIZE 1024 
    int _epfd;      //epoll模型的操作句柄
    std::unordered_map<int,Channel*> _channels;  //保存管理的套接字以及对应的Channel
    struct epoll_event _revents[REVENTS_SIZE];  //用于从epoll模型中获取就绪的文件描述符及其就绪事件然后存储里面
private:
    //判断该文件描述符是否在epoll模型中
    bool HasChannel(Channel* channel); //判断文件描述符是否登记到了Channel中
    void Update(Channel* channel,int op); 更新文件描述符的事件
public:             //提供的接口
    void UpdateEvents(Channel* channel); //添加/更新事件监控
    void Remove(Channel*channel); //删除事件监控
    size_t PollCtl(vector<Channel*> *active); //就绪事件放到"就绪队列"中
};

模块实现

私有接口

    bool HasChannel(Channel* channel) //判断文件描述符是否登记到了Channel中
    {
        return _channels.find(channel->Fd()) == _channels.end() ? false : true;
    }

    void Update(Channel* channel, int op) //更新文件描述符的事件
    {
        int fd = channel->Fd();
        struct epoll_event ev;
        ev.data.fd = fd;
        ev.events = channel->Events();

        int ret = epoll_ctl(_epfd, op, fd, &ev);
        if(ret < 0)
        {
            ERR_LOG("epoll_ctl error");
        }
        return;
    }

公有接口

在公有接口中，有个函数 PollCtl 比较难理解，这里我给大家单独讲解一下。这个函数的目的是检测有哪些事件就绪（比如 socket 可读、可写），然后把对应的 Channel 塞进 actives 中，交给上层（比如 EventLoop）去处理。类比epoll模型的就绪队列

    size_t PollCtl(vector<Channel*> *active)//就绪事件放到"就绪队列"中
    {
        int cnt = epoll_ctl(_epfd, _revents, REVENTS_SIZE, -1);//阻塞等待
        if(cnt < 0)
        {
            if(errno = EINTR)
            ERR_LOG("epoll_wait failed");
            abort();
        }

        for(int i = 0; i <cnt; i++)
        {
            auto it = _channels.find(_revents[i].data.fd);
            if(it == _channels.end())
            {
                ERR_LOG("find channel failed");
                abort();
            }

            it->second->SetRevents(_revents[i].events);
            active->push_back(it->second);
        }
        return cnt;
    }

完整公有接口

public:
    Poller()
    {
        _epfd = epoll_create(1);
        if(_epfd < 0)
        {
            ERR_LOG("epoll_create error");
            abort(); //退出程序
        }
    }
    void UpdateEvents(Channel* channel)//添加/更新事件监控
    {
        if(HasChannel(channel))  //检查下是否已经在红黑树模型上
        {
            Update(Channel* channel, EPOLL_CTL_MOD);
            return;
        }
        _channels.insert(std::make_pair(channel->Fd(), channel)); //添加到红黑树模型上
        Update(channel, EPOLL_CTL_ADD);
    }
    size_t PollCtl(vector<Channel*> *active)//就绪事件放到"就绪队列"中
    {
        int cnt = epoll_ctl(_epfd, _revents, REVENTS_SIZE, -1);//阻塞等待
        if(cnt < 0)
        {
            if(errno = EINTR)
            ERR_LOG("epoll_wait failed");
            abort();
        }

        for(int i = 0; i <cnt; i++)
        {
            auto it = _channels.find(_revents[i].data.fd);
            if(it == _channels.end())
            {
                ERR_LOG("find channel failed");
                abort();
            }

            it->second->SetRevents(_revents[i].events);
            active->push_back(it->second);
        }
        return cnt;
    }
    void RemoveEvent(Channel* channel)//删除事件监控
    {
        auto it = _channels.find(channel->Fd());
        if(it ! = _channels.end())
        {
            _channels.erase(it);
            Update(channel, EPOLL_CTL_DEL);
        }
    }
};

目前来说，这段代码编译起来没什么问题，等后续我们实现完EventLoop模块再来进行联合调试。实现完EventLoop之后，我们的逻辑就大概清晰了。