C++ 与 asio 的双工套接字通信

Question

在 Java 和 C# 中，我曾经能够非常轻松地编写双向套接字通信，方法是让一个线程从阻塞流中读取传入的数据包，并让其他线程在同步函数中发送数据包。

例如：

class MyBidirectionalSocket {
    private OutputStream output;

    public MyBidirectionalSocket(Socket socket) {
        output = new BufferedOutputStream(socket.getOutputStream());
        new ReadingThread(socket).start();
    }

    public synchronized void sendPacket(MyPacket packet) {
        output.write(packet.getBytes());
        output.flush();
    }

    private class ReadingThread extends Thread {
        private InputStream input;

        private ReadingThread(Socket socket) {
             input = socket.getInputStream();
        }

        public void run() {
             // real code would catch EOF exceptions, IO exceptions, etc...
             while (true) {
                 MyPacket packet = readPacketFromStream(input);
                 doSomethingWithPacket(packet);
             }
        }
    }
}

这对我来说一直很有效，因为我可以通过仅从传入流中读取数据来实现 readPacketFromStream，而不必担心数据何时到达 - 它只是阻塞直到数据可用或抛出 EOFException（或 IOException）如果流已关闭，我稍后可以捕获。如果我想要高吞吐量，我什至可以沿着不同的工作线程分发传入的数据包。

现在我的问题是 - 我想在 C++ 中通过跨平台实现做一些类似的事情。但是怎么办？

我一直在研究 Boost 库，因为它们似乎被广泛使用并且具有很多功能。它们本质上提供了两种与套接字通信的方式，一种是面向流的阻塞（使用套接字 iostreams），另一种是使用异步套接字通信（Boost asio）。

阻塞方法似乎只能半双工工作，因为 iostream 不是线程安全的（而且这个多线程应用程序可以并且将同时写入和读取！）。因此，据我所知，这是别无选择。

异步方法似乎是我的最佳选择。但是，我将收到数据块——可能由一个数据包、半个数据包或多个数据包或它们的任意组合组成。 理想情况下，我会将接收到的数据存储到一个流中，然后一个单独的线程可以从该流中执行阻塞读取。

因此我的问题是：

1) C++中是否存在这样的多线程"piping"流，标准库中，Boost中，或其他地方？我当然不是第一个世界上有人需要这样的东西，所以我怀疑它一定存在，虽然我找不到它。

2) 或者，是否有另一种模式 - 使用 Boost 或其他多平台库 - 可用于实现类似于上述代码的机制？

Answer 1

boost::asio 非常灵活。您可以将它用于同步操作（在发送或接收数据之前阻塞）或异步操作（您启动 read/write 并在完成后在特定线程上获得回调）。您甚至可以混合使用两者，例如异步读取和同步写入。

如果您想尽可能地遵循您的 Java 模型，您可以简单地坚持使用 asio 提供的同步操作。

这意味着如果你有一个像

这样的插座

shared_ptr<boost::asio::ip::tcp::socket> socket;

你启动了一个额外的线程并从那里使用阻塞读取 socket->read(...) 并且可能使用 socket->write(...) 从另一个线程写入套接字。只要您不执行 2 个并发读取之类的操作，那是绝对安全的。对于并发写入，您可能需要一个额外的互斥量。

请注意，此同步 writes/reads 只是本机 OS 套接字 API 的一个非常小的包装器，它允许相同的操作。 asios 的强大功能主要以异步变体的形式出现（但是它看起来与您的 Java 代码不同，因此可能不太理想）。所以你甚至可以使用本机套接字。

关于 asio 中更高级别的包装器，ip::tcp::iostream stream：不幸的是，我也不知道这是否是线程安全的，以及它是否可以在与同步套接字相同的双向配置中使用。但我会期待它，因为否则它对大多数应用程序来说将毫无价值。

C++ 与 asio 的双工套接字通信

C++ duplex socket communication with asio

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