C++中消息自动派发之一 About JSON

1. 闲序

　　游戏服务器之间通信大多采用异步消息通信。而消息打包常用格式有：google protobuff，facebook thrift， 千千万万种自定义二进制格式，和JSON。前三种都是二进制格式，针对C++开发者都是非常方便的，效率和包大小（数据冗余度)也比较理想。而JSON是字符串协议，encode和decode需要不小的开销。500字节json字符串解析大约需要1ms左右。JSON在脚本语言中非常常见，比如WEB应用、Social Game等，原因是web应用通过多进程分摊了JSON解析的CPU开销，而且这些应用实时性不强。JSON相对于二进制协议有点就是它是自描述的，调试JSON消息非常的方便，如果消息出错简单的将消息log到文件，肉眼即可分辨真伪（眼力不行，有工具相帮http://www.jsoneditoronline.org/，更多工具参见http://json.org/）。事实上json由于是字符串，压缩传输也可以达到比较理想的压缩比。

　　我们的Social Game 客户端都是Flash，Flash 工程师们非常喜欢使用Json，几款游戏Flash和Php通信都是使用Json。新的游戏支持实时对战，后台使用c++实现，我们仍然采用JSON。在后台计算时为了保证实时性，我们一般把json解析放到网络线程（多线程），解析成c++的struct 特定类型再post到逻辑线程（单线程）处理。这样Json的解析可以分摊到多个CPU上，并且不浪费主逻辑线程cpu。

　　目前遇到的问题是，如果每增加一个接口，就增加一个struct，再在网络处理逻辑函数中增加json解析代码（包括错误处理），再跟flash联调协议。还有一个挺烦人的时接口文档每次都要更新，如果直接把定义struct的头文件给flash，但是貌似不太优雅，还是有份文档比较正式。

　　我参考了一下google protobuf 和 facebook thrift，想设计如下消息定义方式。

2. 定义idl文件

　　interface description language ？其实我只有消息格式描述，并无接口，但是idl比较容易接受。

　　假如说需要一个消息描述student的数据，那么使用 我定义idl描述其内容如下，student.idl

//! 定义student消息格式，版本号1
stuct student_t(version=1)
{
     //! 描述student需要子类型book
　  struct book_t(version=1)
    {
        //! book中包含两个字段，ages 16位数字，content字符串，可为空，默认值为”oh nice“

        int16  pages;

    　　string content(default="Oh Nice!");
  　}
     //!　定义年龄，分数，姓名，都是基本类型
     //!　定义ｆｒｉｅｎｄｓ为数组，单项类型为字符串，对应ｊｓｏｎ数组
     //!　定义ｂｏｏｋｓ为字典，ｋｅｙ为字符串，项为ｂｏｏｋ结构，对应ｊｓｏｎ对象结构
　　int8  age;
　　float grade(default=0);
　　string name;
　　array<string>  friends;
　　dictionary<string, book_t> books;
};

3. 使用idl 代码生成器生成消息定义c++ 头文件

 　　idl_generator.py student.idl -l cpp -o msg_def.h

      生成msg_def.h

      idl_generator.py@ http://ffown.googlecode.com/svn/trunk/fflib/lib/generator/

4. 使用生成的C++ 消息头文件

　　生成的头文件内容是：

  

struct student_t
{
    struct book_t
    {
        int16_t     pages;
        string      contents;
    };
    int8_t              age;
    float               grade;
    string              name;
    vector<string>      friends;
    map<string, book_t> books;
};
//! 模板类，T为回调对象类型，每种msg 类型T中都需要定义相应的handle函数， R代表请求的socket类型指针，这里使用泛型表示
template<typename T, typename R>
class msg_dispather_t
{
    typedef runtime_error        msg_exception_t;//!请求格式出错，抛出异常
    typedef rapidjson::Document  json_dom_t;　　　//! 使用rapidjson库实现json解析，但是某个时刻可能替换该库，故typedef
    typedef rapidjson::Value     json_value_t;   //!　rapidjson源代码：http://code.google.com/p/rapidjson/
    typedef R                    socket_ptr_t;　　//! 请求socket
    typedef int (msg_dispather_t<T, R>::*reg_func_t)(const json_value_t&, socket_ptr_t); //! 消息对应的解析函数
public:
    msg_dispather_t(T& msg_handler_):
        m_msg_handler(msg_handler_)
    {
        m_reg_func["student_t"] = &msg_dispather_t<T, R>::student_t_dispacher;//! 所有的消息都在构造时注册解析函数，解析函数是通过idl自动生成的
    }
    int dispath(const string& json_, socket_ptr_t sock_);//! 接口函数，使用者只需单点接入dispatch,消息会自动派发到msg_handler特定的handle函数

private:
    int student_t_dispacher(const json_value_t& jval_, socket_ptr_t sock_)//! 每个消息都会自动生成特定的消息解析函数，前缀为消息名称
    {
        student_t s_val;
        const json_value_t& age      = jval_["age"];
        const json_value_t& grade    = jval_["grade"];
        const json_value_t& name     = jval_["name"];
        const json_value_t& friends  = jval_["friends"];
        const json_value_t& books    = jval_["books"];
        char buff[512];

        if (false == age.IsNumber())
        {
            snprintf(buff, sizeof(buff), "student::age[int] field needed");
            throw msg_exception_t(buff);
        }
        s_val.age = age.GetInt();
        if (false == grade.IsDouble())
        {
            snprintf(buff, sizeof(buff), "student::grade[float] field needed");
            throw msg_exception_t(buff);
        }
        s_val.grade = grade.GetDouble();
        if (false == name.IsString())
        {
            snprintf(buff, sizeof(buff), "student::name[string] field needed");
            throw msg_exception_t(buff);
        }
        s_val.name = name.GetString();
        if (false == friends.IsArray())
        {
            snprintf(buff, sizeof(buff), "student::friends[Array] field needed");
            throw msg_exception_t(buff);
        }
        for (rapidjson::SizeType i = 0; i < friends.Size(); i++)
        {
            const json_value_t& val = friends[i];
            if (false == val.IsString())
            {
                snprintf(buff, sizeof(buff), "student::friends field at[%u] must string", i);
                throw msg_exception_t(buff);
            }
            s_val.friends.push_back(val.GetString());
        }
        if (false == books.IsObject())
        {
            snprintf(buff, sizeof(buff), "student::books[Object] field needed");
            throw msg_exception_t(buff);
        }
        rapidjson::Document::ConstMemberIterator it = books.MemberBegin();
        for (; it != books.MemberEnd(); ++it)
        {
            student_t::book_t book_val;
            const  json_value_t& name = it->name;
            if (false == name.IsString())
            {
                snprintf(buff, sizeof(buff), "student::books[Object] key must [string]");
                throw msg_exception_t(buff);
            }

            const  json_value_t& val = it->value;
            if (false == val.IsObject())
            {
                snprintf(buff, sizeof(buff), "student::books[Object] value must [Object]");
                throw msg_exception_t(buff);
            }

            const  json_value_t& book_pages   = val["pages"];
            const  json_value_t& book_contens = val["contents"];
            if (false == book_pages.IsNumber())
            {
                snprintf(buff, sizeof(buff), "student::books::pages[Number] field needed");
                throw msg_exception_t(buff);
            }
            book_val.pages    = book_pages.GetInt();
            if (false == book_contens.IsString())
            {
                snprintf(buff, sizeof(buff), "student::books::book_contens[String] field needed");
                throw msg_exception_t(buff);
            }
            book_val.contents = book_contens.GetString();
            s_val.books[name.GetString()] = book_val;
        }

        m_msg_handler.handle(s_val, sock_);//! 由于msg_handler中重载了针对所有消息的handle函数，此函数会被正确的派发到逻辑层
        return 0;
    }

private:
    T&                      m_msg_handler;
    map<string, reg_func_t> m_reg_func;
};

template<typename T, typename R>
int msg_dispather_t<T, R>::dispath(const string& json_, socket_ptr_t sock_)
{
    json_dom_t document;  // Default template parameter uses UTF8 and MemoryPoolAllocator.
    if (document.Parse<0>(json_.c_str()).HasParseError())
    {
        throw msg_exception_t("json format not right");
    }
    if (false == document.IsObject() && false == document.Empty())
    {
        throw msg_exception_t("json must has one field");
    }

    const json_value_t& val = document.MemberBegin()->name;
    const char* func_name   = val.GetString();
    typename map<string, reg_func_t>::const_iterator it = m_reg_func.find(func_name);

    if (it == m_reg_func.end())//! 查找解析派发函数是否存在
    {
        char buff[512];
        snprintf(buff, sizeof(buff), "msg not supported<%s>", func_name);
        throw msg_exception_t(buff);
        return -1;
    }
    reg_func_t func = it->second;

    (this->*func)(document.MemberBegin()->value, sock_);
    return 0;
}

 5. 逻辑层处理消息

　　逻辑层不需要编写繁杂的json解析和错误处理，只要没有触发异常，消息会自动派发到msg_handler中的handle函数，所以逻辑层只需针对每一个消息类型

都重载一个handle函数即可，示例处理代码如下：

class msg_handler_t
{
public:
    typedef int socket_ptr_t;
public:
    void handle(const student_t& s_,  socket_ptr_t sock_)
    {
        cout  << "msg_handler_t::handle:\n";
        cout  << "age:" << int(s_.age) << " grade:" << s_.grade << " friends:"<< s_.friends.size() << " name:"
              << s_.name << " books:" << s_.books.size() <<"\n";
    }
};

int main(int argc, char* argv[])
{
    try
    {
        string tmp = "{\"student_t\":{\"age\":123,\"grade\":1.2,\"name\":\"bible\",\"friends\":[\"a\",\"b\"],"
                     "\"books\":{\"bible\":{\"pages\":123,\"contents\":\"oh nice\"}}}}";
        msg_handler_t xxx;
        msg_dispather_t<msg_handler_t, msg_handler_t::socket_ptr_t> p(xxx);
        p.dispath(tmp, 0);
    }
    catch(exception& e)
    {
        cout <<"e:"<< e.what() <<"\n";
    }
}

示例代码： http://ffown.googlecode.com/svn/trunk/fflib/lib/generator/

6. More 

　　1> json解析目前使用 rapidjson，号称效率极佳，此处用它最大的好处是只需包含头文件即可使用

　　2> 分析解析idl 文件程序使用python编写(正在编写中)

　　3> idl 定义中支持namespace 为佳，但考虑复杂性，第一版本暂不支持。

 　  4> 本篇只实现了json to struct，实际上 struct to struct 也很容易实现，json 字符串的第一个字符为'{',而如果采用二进制消息，第一个字符表示消息类型的字符串长度（一个字节足以）,如"sdudent_t",那么首字节应该为9，并且设定首字节首位为1，那么描述类型的字符串长度最大为128个字符（足以了）。放到下篇再搞，睡了。