boost------asio库的使用1(Boost程序库完全开发指南)读书笔记

asio库基于操作系统提供的异步机制，采用前摄器设计模式(Proactor)实现了可移植的异步(或者同步)IO操作，而且并不要求多线程和锁定，有效地避免了多线程编程带来的诸多有害副作用。

目前asio主要关注于网络通信方面，使用大量的类和函数封装了socket API，支持TCP、TCMP、UDP等网络通信协议。但asio的异步操作并不局限于网络编程，它还支持串口读写、定时器、SSL等功能，而且asio是一个很好的富有弹性的框架，可以扩展到其他有异步操作需要的领域

 

概述

asio库基于前摄器模式封装了操作系统的select、poll/epoll、kqueue、overlapped I/O等机制，实现了异步IO模型。它的核心类io_service，相当于前摄器模式中的Proactor角色，asio的任何操作都需要有io_service的参与。

在同步模式下，程序发起一个IO操作，向io_service提交请求，io_service把操作转交给操作系统，同步地等待。当IO操作完成时，操作系统通知io_service，然后io_service再把结果发回给程序，完成整个同步流程。这个处理流程与多线程的join()等待方式很相似。

在异步模式下，程序除了要发起的IO操作，还要定义一个用于回调的完成处理函数。io_service同样把IO操作转交给操作系统执行，但它不同步等待，而是立即返回。调用io_service的run()成员函数可以等待异步操作完成，当异步操作完成时io_service从操作系统获取执行结果，调用完成处理函数。

asio不直接使用操作系统提供的线程，而是定义了一个自己的线程概念：strand，它保证在多线程的环境中代码可以正确地执行，而无需使用互斥量。io_service::strand::wrap()函数可以包装一个函数在strand中执行。

asio库使用system库的error_code和system_error来表示程序运行的错误。

 

定时器

定时器是asio库里最简单的一个IO模型示范，提供等待时间终止的功能，通过它我们可以快速熟悉asio的基本使用方法：

同步定时器

#include "stdafx.h"
#include "boost/asio.hpp"
#include "boost/date_time/posix_time/posix_time.hpp"
#include "iostream"
using namespace std;


int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
	boost::asio::io_service ios;	// 所以的asio程序必须要有一个io_service对象

	// 定时器io_service作为构造函数参数，两秒钟之后定时器终止
	boost::asio::deadline_timer t(ios, boost::posix_time::seconds(2));

	cout << t.expires_at() << endl; // 查看终止的绝对事件

	t.wait();						// 调用wait同步等待
	cout << "hello asio" << endl;

	return 0;
}

可以把它与thread库的sleep()函数对比研究一下，两者都是等待，但内部机制完成不同：thread库的sleep()使用了互斥量和条件变量，在线程中等待，而asio则是调用了操作系统的异步机制，如select、epoll等完成的。

异步定时器

下面的是异步定时器，代码大致与同步定时器相等，增加了回调函数，并使用io_service.run()和定时器的async_wait()方法

#include "stdafx.h"
#include "boost/asio.hpp"
#include "boost/date_time/posix_time/posix_time.hpp"
#include "iostream"
using namespace std;


void Print(const boost::system::error_code& error)
{
	cout << "hello asio" << endl;
}


int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
	boost::asio::io_service ios;	// 所以的asio程序必须要有一个io_service对象

	// 定时器io_service作为构造函数参数，两秒钟之后定时器终止
	boost::asio::deadline_timer t(ios, boost::posix_time::seconds(2));

	t.async_wait(Print);						// 调用wait异步等待

	cout << "it show before t expired." << endl;

	ios.run();

	return 0;
}

代码的前两行与同步定时器相同，这是所有asio程序基本的部分。重要的是异步等待async_wait()，它通知io_service异步地执行io操作，并且注册了回调函数，用于在io操作完成时由事件多路分离器分派返回值(error_code)调用

最后必须调用io_service的run()成员函数，它启动前摄器的事件处理循环，阻塞等待所有的操作完成并分派事件。如果不调用run()那么虽然操作被异步执行了，但没有一个等待它完成的机制，回调函数将得不到执行机会。

异步定时器使用bind

异步定时器中由于引入了回调函数，因此产生了很多的变化，可以增加回调函数的参数，使它能够做更多的事情。但async_wait()接受的回调函数类型是固定的，必须使用bind库来绑定参数以适配它的接口

   下面实现一个可以定时执行任意函数的定时器AsynTimer(asyctimer)，它持有一个asio定时器对象和一个计数器，还有一个function对象来保存回调函数

#include "stdafx.h"
#include "boost/asio.hpp"
#include "boost/date_time/posix_time/posix_time.hpp"
#include "boost/bind.hpp"
#include "boost/function.hpp"
#include "iostream"
using namespace std;


class AsynTimer
{
public:
	template<typename F>								// 模板类型，可以接受任意可调用物
	AsynTimer(boost::asio::io_service& ios, int x, F func)
		:f(func), count_max(x), count(0),				// 初始化回调函数和计数器
		t(ios, boost::posix_time::millisec(500))		// 启动计时器
	{
		t.async_wait(boost::bind(&AsynTimer::CallBack,  // 异步等待计时器
			this, boost::asio::placeholders::error));	// 注册回调函数
	}

	void CallBack(const boost::system::error_code& error)
	{
		if (count >= count_max)	 // 如果计数器达到上限则返回
		{
			return;
		}
		++count;
		f();					 // 调用function对象

		// 设置定时器的终止时间为0.5秒之后
		t.expires_at(t.expires_at() + boost::posix_time::microsec(500));
		// 再次启动定时器，异步等待
		t.async_wait(boost::bind(&AsynTimer::CallBack, this, boost::asio::placeholders::error));
	}

private:
	int count;
	int count_max;
	boost::function<void()> f;		// function对象，持有无参无返回值的可调用物
	boost::asio::deadline_timer t;	// asio定时器对象
};

// 第一个回调函数
void print1()
{
	cout << "hello asio" << endl;
}

// 第二个回调函数
void print2()
{
	cout << "hello boost" << endl;
}


int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
	boost::asio::io_service ios;

	AsynTimer t1(ios, 10, print1); // 启动第一个定时器
	AsynTimer t2(ios, 10, print2); // 启动第二个定时器

	ios.run();	// io_service等待异步调用结束

	return 0;
}

注意在async_wait()中bind的用法，CallBack是AsynTimer的一个成员函数，因此需要绑定this指针，同时还使用了asio下子名字空间placeholders下的一个占位符error，他的作业类似于bind库的占位符_1、_2，用于传递error_code值。

接下来是AsynTimer的主要功能函数CallBack，它符合async_wait()对回调函数的要求，有一个error_code参数，当定时器终止时它将被调用执行

CallBack函数内部累加器，如果计数器未达到上限则调用function对象f，然后重新设置定时器的终止时间，再次异步等待被调用，从而达到反复执行的目的