muduo库的简化仿写
知识要求
C++11特性：多线程，智能指针
Linux：网络通信，多路复用
为什么写这个项目
在学校学了这些知识，想要提高自己的能力，就在网上找的相关的开源项目，通过原码阅读、仿写的⽅式提升多线程⽹络编程能⼒。
整体计划
1.高性能服务器框架 10
2.支持应用层协议：HTTP 5
3.通过自定制协议实现RPC通信框架 （自定制协议：在网络通信中别人不知道我的格式） 5
框架设计
Reactor模型
别名：反应堆模型（直译），事件驱动模型（原理），事件循环模型（实现机制）。
就是epoll
核心特性
被动反应：不像主动轮询，而是等待事件发生然后反应
链式反应：⼀个事件可能触发⼀系列后续处理
能量集中：少量线程处理大量连接，像反应堆高效产⽣能量
控制中心：像核反应堆的控制系统，统⼀调度所有事件
传统阻塞模型：主动询问
每个客户端连接主动询问：“你有数据吗？”
Reactor模型：被动反应
事件发生时自动被唤醒
reactor模型的演化过程
单reactor模型
优点：极其简单
缺点：一个线程里既要获取新连接，又要处理数据
单reactor+线程池模型
把 业务处理 单独拿出来用 线程池 处理。
缺点：依旧存在单线程IO的性能瓶颈。只有一个线程处理所有网络 IO 事件
主从reactor模型
主从 Reactor 模型将连接接收与读写事件处理分离，主 Reactor 只负责 accept 新连接并分派，多个从 Reactor 分担网络 IO 与协议解析，耗时业务交由独立业务线程池，充分利用多核 CPU、消除单线程瓶颈与单点故障。
Proactor模型
别名：前摄器模型、主动器模型
核心思想
应用程序发起异步I/O操作，然后继续执行其他任务，当I/O操作完成时，操作系统会通知应用程序，应用程序再处理相应的业务逻辑。
Reactor："当I/O就绪时通知我，我来做读写操作"
Proactor："我告诉你我要读写什么，你帮我做完后通知我结果。
核心特点
异步I/O：应⽤程序调⽤异步I/O操作，由操作系统负责执⾏I/O，应⽤程序不阻塞等待。
完成通知：I/O操作完成后，操作系统主动通知应⽤程序。
分离关注点：应⽤程序的I/O操作和事件处理分离，由操作系统负责I/O操作，应⽤程序负责业务处 理。
I/O操作
1.发起IO操作
2.等待IO就绪
3.拷贝数据
4.IO调用返回
异步IO
进程发起IO调用，IO等待+数据拷贝过程由系统完成，IO完成后通知进程
概要设计
Reactor模型实现主要分为三⼤模块：reactor、handler，逻辑整合，在这三⼤模块中，⼜细分了其他 的⼦模块进⾏细节实现。
模块设计
reactor：负责事件循环监控及分发功能（事件监控）
Poller描述符监控模块：负责描述符的事件监控与事件分发。
Eventloop事件循环模块：负责实现Poller事件循环监控 + 任务池实现连接的线程安全操作。
- Weakup事件循环唤醒模块：负责Poller的阻塞唤醒事件描述符的读事件处理（muduo中没 有）
LoopThread模块：负责实现Eventloop与对应线程thread封装在⼀起。
LoopThreadPool模块：负责实现池化LoopThread功能
handler：负责描述符的监控事件描述以及事件处理（事件处理）
Channel事件处理器模块：负责描述描述符的监控事件以及事件处理
TimerQueue定时器模块：负责实现定时器中定时器描述符的读事件处理
- Timestamp时间操作模块：负责简单的系统⽇期时间操作
- Timer定时任务模块：负责描述⼀个定时任务（过期时间，是否重复，过期回调，...）
- TimerId模块：与定时任务Timer对应的定时任务ID（唯⼀序号，定时任务指针）
Acceptor监听对象模块：负责监听套接字的读事件处理（新连接）
Connection连接对象模块：负责I/O套接字的读写事件处理。（IO处理）
- Buffer模块：负责实现发送/接收数据缓冲区
- Sockets模块：负责套接字的各项基础操作
逻辑整合
TcpServer服务器模块：负责基于以上模块整合实现服务端
TcpClient客⼾端模块：负责基于以上模块整合实现客户端
模块关系图
详细设计
channel
fd：要监控的描述符
event：要监控的事件
revent：实际就绪的事件
readcallback：读事件回调函数
writecallback：写事件回调函数
errorcallback：错误时间回调函数
closecallback：连接关闭事件回调函数
功能：如果要对哪个描述符进行事件监控，就为其构造一个channel对象。这个channel对象就描述了监控了哪个描述符的哪个事件。然后将这些信息交给Poller（epoll）进行实际的事件监控。
poller
epoll封装
updataChannel
removeChannel
wait
eventLoop
epoll_wait：事件监控
执行跨线程任务
weakuoChannel（fd，this）构造一个channel对象，里面有fd，eventloop*loop。eventloop*loop指向的就是eventloop对象。enableReading开始监控，调用loop->updateChannel（this），指向eventloop的updateChannel。然后把updateChannel加到poller里面进行监控。
是事件循环类。
功能：
1.针对Poller进行二次封装实现channel的事件监控。
2.解决后期连接 线程安全问题 ——任务池。
3.定时任务的操作。
定时器的设计
Timestamp类：时间戳管理类
Timerld：定时任务ID。唯一标识一个定时任务对象
Timer类：定时任务类，封装了一个回调函数对象
TimerQueue类：定时任务管理类，
定时器实现原理：
1.能够让系统通知进程自身，现在超时了。（告诉系统一个固定的时间点，让系统在这个时间点通知进程）
timerfd本质原理：
本质是内核的一个8B计数器+计时功能，当我们给描述符设置了一个超时/间隔时间，内核在每隔一定的间隔时间后，给这个计数器+1，这时候，定时器描述符就会触发可读事件（这个事件就是超时通知），超时之后，我们需要将计数器中的计数归零。
2.能够快速的找出超时任务，针对这些任务执行一下
定时任务管理 实现思想：
1.时间轮思想
1.定义一个时间轮（环形数组/链表，每个结点都是一个链表，该链表中存放的都是定时任务）
2.定义一个刻度指针，刻度指针指向哪个结点，那个结点链表中的任务就都是过期任务
3.通过定时器，让刻度指针移动起来
优点：不用调整堆结构
缺点：需要不断触发事件
2.小根堆思想
小根堆：根顶总是最小节点
定义一个以时间为比较关键字的小根堆，堆顶任务就是最接近超时任务。
实现过程：
1.获取堆顶节点的时间戳，定时定时器超时时间
2.当定时器超时的时候，意味着堆顶节点必然超时
3.当超时时，不断从堆顶取出节点，直到堆顶节点时间大于当前系统时间（没有超时）
优点：不会出现空跑
muduo库中的定时器的实现：小根堆思想。
实现所用的数据结构：红黑树
节点结构：pair<timestamp , timer>
左叶子节点就是最接近超时的节点。
定时器的实现：
1.使用timerfd实现定时器超时通知
2.使用红黑树进行超市任务管理（map<pair<timestamp , timer*>>），在收到超时通知后快速获取过期任务。
3.实现细节：
1.定义一个定时任务池，保存所有的定时任务。
2.取出任务池中最小节点的超时时间，设置为定时器的国企通知时间
3.当收到通知，则从定时任务池中取出所有的过期任务，然后进行处理。
4.针对所有的过期任务，判断是否是循环任务，如果是且没有被标记为取消，则重新添加到定时任务池中；如果时但是被标记为取消，则直接释放任务；如果不是则直接释放任务。
取消定时任务的细节：
（1）如果任务在定时任务池中，意味着必然不是正在执行的过期任务。
（2）如果任务不在定时任务池中，这个任务必然在过期池中，正在被执行
为什么要有定时器
1.几乎在所有的网络通信库中，都会配备有定时器功能，因为很多时候我们搭建了服务器，都需要丢客户端连接设置超时断开时间。
2.任务池加入的任务是什么：任务就是一个回调函数对象+任务管理信息
3.循环任务都可能存放在哪些池子中：（1）任务都在红黑树定时任务池中（2）任务过期的时候，会从定时任务池中取出，放到临时的过期池中处理，处理完毕后重新放回定时任务池。
Acceptor
监听事件的处理
TcpConnection
通信事件的处理
readv分块接收操作
核心关键点:
为什么muduo库性能在大块数据的pingpong测试中比libevent高了近3倍？
因为muduo中使用readv分块接收，一次IO取出了socket缓冲区所有数据;而libevent是循环每次接收4096字节数据。
核心关键点:
muduo库中，epoll监控时事件触发模式使用的是水平触发，而不是边缘触发。
水平触发:只要socket接收缓冲区中的数据大于高水位标记(1B)就会触发事件
边缘触发:只有新数据到来的时候才会触发事件，强制要求程序员在一次事件触发中，处理完所有数据；减少了数据触发数量。
因为muduo数据接受操作使用分块接收，一次性就取出了所有数据，没必要使用边缘触发。水平出发逻辑也更加简单。
逻辑关系
fd挂载到epoll，找到Channel里的事件的回调函数，然后执行。
Acceptor（监听管理器）里有个handleRead来获取新连接。Channel里的回调函数就是handleRead。
获取到的新连接会创建一个TcpConnection，里面封装一个Channel对象，来设置一系列的回调函数。
TimerQueue里有个定时器描述符，也会封装一个Channel对象，执行定时任务。
请求流程
1.服务器启动，Main Reactor 开始监听端口。
2.客户端发起连接，Acceptor 读取事件，accept 得到新 fd。
3.Main Reactor 轮询选择一个 Sub Reactor。
4.创建 TcpConnection 对象，绑定到对应 Sub Reactor。
5.数据到达时，epoll 通知，Channel 调用读回调。
6.数据读到 Buffer，触发用户的 MessageCallback。
7.用户 send 数据时，先写入输出缓冲区，开启写事件，可写时自动发送。
8.连接关闭时，自动清理资源、回调、移除监听。
