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1 知識(shí)回顧

上一篇文章我們講解了協(xié)議的本質(zhì)是雙方能夠看到的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。并通過傳輸層的底層理解了為什么read系列函數(shù)時(shí)全雙工支持同時(shí)讀寫的：TCP傳輸層有兩個(gè)緩沖區(qū)，分別接收和發(fā)送。最重要的是我們將TCP通信的代碼進(jìn)行的重構(gòu)：

1. 我們將Socket通信單獨(dú)封裝為一個(gè)類，負(fù)責(zé)Socket套接字的創(chuàng)建，bind綁定服務(wù)器端口號(hào)，進(jìn)入監(jiān)聽模式…工作，基類Socket并不進(jìn)行定義，只進(jìn)行聲明！具體實(shí)現(xiàn)由派生類TcpServer和UdpServer來進(jìn)行
2. TcpServer繼承Socket類的所有方法，然后進(jìn)行具體的函數(shù)定義！
3. 上層的TcpServer直接底層使用TcpSocket對(duì)象就可以完成Socket系列操作，十分方便！

接下來我們要實(shí)現(xiàn)是這樣的一個(gè)結(jié)構(gòu)：

通信過程整體分為三層

1. 傳輸層TcpServer:負(fù)責(zé)從Socket文件中獲取鏈接，傳輸層不需要進(jìn)行IO，獲取到連接就讓會(huì)話層通過連接獲取數(shù)據(jù)！
2. 會(huì)話層Service:根據(jù)傳輸層給的連接，從Sockfd文件中讀取數(shù)據(jù)，解析出報(bào)文結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)字符串，然后通過協(xié)議分離出結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。該層只負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的解析，數(shù)據(jù)的處理交給應(yīng)用層進(jìn)行！
3. 應(yīng)用層Process：應(yīng)用層是具有的業(yè)務(wù)邏輯，根據(jù)會(huì)話層解析出的數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理！

這樣是一個(gè)非常非常優(yōu)雅的封裝操作！！！

2 序列化與編寫協(xié)議

2.1 使用Json進(jìn)行序列化

協(xié)議是IO的基礎(chǔ)，只有協(xié)議確定下來，才可以進(jìn)行通信。
我們這里想要實(shí)現(xiàn)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算器的應(yīng)用，所以協(xié)議分為了兩個(gè)類：Request和Response。分別作為傳入的數(shù)據(jù)和傳出的數(shù)據(jù)：

1. Request：兩個(gè)數(shù)字和一個(gè)運(yùn)算符
2. Response：結(jié)果數(shù)字 ， 錯(cuò)誤碼 ，退出信息

他們是作為結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，那么想要進(jìn)行傳輸就來到了最重要的部分序列化與反序列化！序列化與反序列化可以使用第三方庫也可以自己進(jìn)行編寫。這里我們先使用第三方的Json庫進(jìn)行實(shí)現(xiàn)：

Jsoncpp 是一個(gè)用于處理 JSON 數(shù)據(jù)的 C++ 庫。 它提供了將 JSON 數(shù)據(jù)序列化為字符串以及從字符串反序列化為 C++ 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的功能。 Jsoncpp 是開源的， 廣泛用于各種需要處理 JSON 數(shù)據(jù)的 C++ 項(xiàng)目中:

1. 簡單易用： Jsoncpp 提供了直觀的 API， 使得處理 JSON 數(shù)據(jù)變得簡單。
2. 高性能： Jsoncpp 的性能經(jīng)過優(yōu)化， 能夠高效地處理大量 JSON 數(shù)據(jù)。
3. 全面支持： 支持 JSON 標(biāo)準(zhǔn)中的所有數(shù)據(jù)類型， 包括對(duì)象、 數(shù)組、 字符串、 數(shù)字、 布爾值和 null。
4. 錯(cuò)誤處理： 在解析 JSON 數(shù)據(jù)時(shí)， Jsoncpp 提供了詳細(xì)的錯(cuò)誤信息和位置， 方便開發(fā)者調(diào)試

在Linux中使用需要進(jìn)行安裝對(duì)應(yīng)的JSON庫：

ubuntu：sudo apt-get install libjsoncpp-dev
Centos: sudo yum install jsoncpp-devel

安裝之后就可以進(jìn)行使用了：

使用起來是十分方便的：

1. Json::Value是最重要的類，這是對(duì)Json數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)程操作和表示的關(guān)鍵類
2. 建立好類Json::Value之后就可以通過[ ]操作root["x"] = _x;,像這樣就可以進(jìn)行賦值
3. 將Json數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為字符串依靠 Json::FastWriter 或 Json::StreamWriter都可以轉(zhuǎn)換成字符串

Json::StyledWriter writer;
std::string s = writer.write(root)

4. 通過Json::Reader可以快速將字符串反序列化得到Json結(jié)構(gòu)！

bool parsingSuccessful = reader.parse(json_string,root);
// 訪問 JSON 數(shù)據(jù) 
std::string name = root["name"].asString();
int age = root["age"].asInt(); std::string city =
root["city"].asString();

通過這樣就就可以簡潔的完成序列化與反序列化的工作！

2.2 編寫協(xié)議

根據(jù)我們的需求在加入Json操作我們就可以把協(xié)議寫出來，代碼雖然很長但是很好理解:

1. Request類中需要根據(jù) int x , int y , char oper進(jìn)行序列化生成字符串，也要能夠通過字符串反序列化得到三個(gè)變量
2. Response類中需要根據(jù) int res , int code , std::string desc進(jìn)行序列化生成字符串，也要能夠通過字符串反序列化得到三個(gè)變量

#pragma once
#include <jsoncpp/json/json.h>
#include <string>
// 協(xié)議就是雙方都認(rèn)識(shí)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)
// "len"\r\n"{json}"\r\n
const std::string sep = "\r\n";struct Request
{
public:Request() {}Request(int x, int y, char oper) : _x(x), _y(y), _oper(oper){}~Request(){}bool Serialize(std::string *out){// 使用現(xiàn)成的 Json 庫Json::Value root;root["x"] = _x;root["y"] = _y;root["oper"] = _oper;Json::FastWriter writer;std::string s = writer.write(root);*out = s;return true;}bool Deserialize(std::string &in){Json::Value root;    // 創(chuàng)建json對(duì)象Json::Reader reader; // 讀取bool res = reader.parse(in, root);if (res == false)return false;_x = root["x"].asInt();_y = root["y"].asInt();_oper = root["oper"].asInt();return true;}int X() { return _x; }int Y() { return _y; }char Oper() { return _oper; }private:int _x;int _y;char _oper;
};struct Response
{Response() {}Response(int res, int code, std::string desc) : _res(res), _code(code), _desc(desc){}~Response(){}bool Serialize(std::string *out){// 使用現(xiàn)成的 Json 庫Json::Value root;root["res"] = _res;root["code"] = _code;root["desc"] = _desc;Json::FastWriter writer;std::string s = writer.write(root);*out = s;return true;}bool Deserialize(std::string &in){Json::Value root;    // 創(chuàng)建json對(duì)象Json::Reader reader; // 讀取bool res = reader.parse(in, root);if (res == false)return false;_res = root["res"].asInt();_code = root["code"].asInt();_desc = root["desc"].asInt();return true;}int _res;int _code; // 退出碼 0:success 1:div zero 2:非法操作std::string _desc;
};

看一下效果：

完成了基礎(chǔ)的序列化和反序列化之后，我們就可以做到從sockfd流中讀取數(shù)據(jù)了嗎？？不可以！因?yàn)椴恢繨son字符串的長度，就不知道應(yīng)該讀取多少字節(jié)！這樣可就做不到正確的從數(shù)據(jù)中獲取json字符串！

所以我們還有做一步特殊處理：

• 需要對(duì)生成的Json字符串加入報(bào)頭len記錄json字符串的長度，中間以sep分隔符分割！
• 需要對(duì)獲得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，去除報(bào)頭得到一個(gè)Json字符串！

// "len"\r\n"{json}"\r\n
const std::string sep = "\r\n";
// 加入報(bào)頭
std::string Encode(const std::string &jsonstr)
{int len = jsonstr.size();std::string lenstr = std::to_string(len);return lenstr + sep + jsonstr + sep;
}std::string Decode(std::string &packagestream)
{auto pos = packagestream.find(sep);if (pos == std::string::npos)return std::string();// 獲取到lenstd::string lenstr = packagestream.substr(0, pos);int len = std::stoi(lenstr);//算上報(bào)頭的完整長度！int total = lenstr.size() + len + 2 * sep.size();if (total > packagestream.size())return std::string();// 到這里說明可以讀取完整數(shù)據(jù)std::string jsonstr = packagestream.substr(pos + sep.size(), len);packagestream.erase(total);return jsonstr;
}

經(jīng)過這樣的操作，可以保證：

• 上層想要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，可以將數(shù)據(jù)包裝為json字符串，并加入報(bào)頭形成完整報(bào)文！
• 上層獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行反序列化時(shí)可以獲取到完整的json字符串！并成功解析為數(shù)據(jù)

3 封裝IOService

將來我們的線程會(huì)執(zhí)行將會(huì)執(zhí)行這個(gè)回調(diào)函數(shù)方法，現(xiàn)在我們不再需要TcpServer來進(jìn)行IO操作，TcpServer只負(fù)責(zé)進(jìn)行獲取鏈接，獲取到連接后通過ThreadData結(jié)構(gòu)體將數(shù)據(jù)傳到線程中的回調(diào)函數(shù)中：

	class ThreadData{public:SockSPtr _sockfd;InetAddr _addr;TcpServer *_this;public:ThreadData(SockSPtr sockfd, InetAddr addr, TcpServer *p) : _sockfd(sockfd),_this(p),_addr(addr){}};

在回調(diào)函數(shù)Execute中:

// 注意設(shè)置為靜態(tài)函數(shù) ， 不然參數(shù)默認(rèn)會(huì)有TcpServer* this!!!static void *Execute(void *args){pthread_detach(pthread_self()); // 線程分離！！！// 執(zhí)行Service函數(shù)TcpServer::ThreadData *td = static_cast<TcpServer::ThreadData *>(args);td->_this->_service(td->_sockfd, td->_addr);td->_sockfd->Close();delete td;return nullptr;}

就可以解析出來套接字文件描述符和客戶端信息了！解析出信息之后就去執(zhí)行會(huì)話層的回調(diào)函數(shù)進(jìn)行IO操作：

1. Service內(nèi)部只有一個(gè)成員變量，就是應(yīng)用層的回調(diào)函數(shù)，Service解析出來數(shù)據(jù)之后就可以傳入到應(yīng)用層中進(jìn)行使用
2. IO中主要需要進(jìn)行從sockfd文件中獲取數(shù)據(jù)，然后通過協(xié)議進(jìn)行解析，獲取到真正的數(shù)據(jù)。再調(diào)用回調(diào)函數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作！得到結(jié)果之后就可以進(jìn)行序列化，加入報(bào)頭，再發(fā)送給客戶端！
3. 應(yīng)用層的操作邏輯，Service并不關(guān)心，只要回調(diào)函數(shù)可以傳回需要的結(jié)構(gòu)體就可以！

class Service
{
public:Service(process_t process) : _process(process){}void IOExecute(SockSPtr sock, InetAddr &addr){LOG(INFO, "service start!!!\n");std::string message;while (true){// 1. 進(jìn)行讀取ssize_t n = sock->Recv(&message);if (n < 0){LOG(ERROR, "read error: %s\n", addr.AddrStr().c_str());break;}// 此時(shí)獲取到客戶端發(fā)送的數(shù)據(jù)// 但是不能保證是否是完整的報(bào)文// 2.報(bào)文解析std::string str = Decode(message); // 通過去報(bào)頭獲取報(bào)文if (str.empty())continue; // 說明沒有完整的報(bào)文！// 到這里說明有完整的報(bào)文！！！auto req = Factory::BuildRequestDefault();// 3.反序列化初始化Requestreq->Deserialize(str);auto res = Factory::BuildResponseDefault();// 4.業(yè)務(wù)處理res = _process(req);// 5.進(jìn)行序列化處理std::string ret;res->Serialize(&ret);// 6.加入報(bào)頭Encode(ret);// 7.將獲取的數(shù)據(jù)發(fā)送回去sock->Send(ret);}}~Service(){}private:process_t _process;
};

4 應(yīng)用層 — 網(wǎng)絡(luò)計(jì)算器

應(yīng)用層根據(jù)具體需要可以隨時(shí)改變，我這里以網(wǎng)絡(luò)計(jì)算器為例子進(jìn)行書寫：

#include "Protocol.hpp"
class NetCal
{
public:NetCal() {}std::shared_ptr<Response> Calculator(std::shared_ptr<Request> req){std::shared_ptr<Response> res = Factory::BuildResponseDefault();switch (req->Oper()){case '+':res->_res = req->X() + req->Y();res->_code = 0;res->_desc = "success";break;case '-':res->_res = req->X() - req->Y();res->_code = 0;res->_desc = "success";break;case '*':res->_res = req->X() * req->Y();res->_code = 0;res->_desc = "success";break;case '/':{if (req->Y() == 0){res->_code = 1;res->_desc = "div zero";}res->_res = req->X() / req->Y();res->_code = 0;res->_desc = "success";}break;case '%':{if (req->Y() == 0){res->_code = 1;res->_desc = "mod zero";}res->_res = req->X() % req->Y();res->_code = 0;res->_desc = "success";}break;default:res->_code = 2;res->_desc = "illegal operations";break;}return res;}~NetCal() {}
};

邏輯很簡單不在多加贅述！

5 總結(jié)

現(xiàn)在我們的程序分為了三層結(jié)構(gòu)：

我們做到了最大程度的解耦！

• 傳輸層只負(fù)責(zé)獲取鏈接，我們應(yīng)用層要進(jìn)行什么工作，只要是進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信傳輸層的工作就是唯一的！
• 會(huì)話層進(jìn)行IO操作！只要傳輸層提供了鏈接，會(huì)話層就可以獲取數(shù)據(jù)，然后根據(jù)具體的協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的解析工作。協(xié)議根據(jù)實(shí)際情況改變，但是會(huì)話層的工作邏輯是不變的！
• 應(yīng)用層只管進(jìn)行數(shù)據(jù)處理即可，什么但不不需要考慮！完成工作后返回給會(huì)話層數(shù)據(jù)即可！

這樣的結(jié)構(gòu)邏輯十分清晰，并且解耦的非常優(yōu)雅，值得反復(fù)品味！！！