状态机模式之应用--异步接收变长数据包

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1、情景分析在网络编程中，通常异步比同步处理更为复杂，但由于异步的事件通知机制，避免了同步方式中的忙等待，提高了吞吐量，因此效率较高，在高性能应用开发中，经常被用到。而在处理异步相关的问题时，状态机模式是一种典型的有效方法，这在libevent、memcached、nginx等开源软件(库)中多次被使用而得到见证。据此，为抛砖引玉，本文展示了使用此方法异步接收变长数据包的实现，这里的变长是指在某一种网络协议中，具有完整意义的数据包长度是不固定的。为了描述方便，我们以一个TCPC/S模式的简单例子为场景分析说明，服务端在某知名端口监听，使用异步IO复用机制epollE

2、T模式接受连接、接收分析请求、存取数据到内存缓冲中，这种内存缓冲类似于数据库，数据按键值对存取；客户端的请求包括增加、修改和删除三种，每种请求对应的数据包长度不一样。协议封包如下图所示，请求封包各字段从左到右依次为：type字段表示请求类型，占1个字节，值域为{1,2,3}，1为增加，2为修改，3为删除；key字段表示键名，占16个字节；val字段表示值，占256个字节；expire表示生存期，占4个字节，单位为秒。显而易见，对于每种类型的请求，其封包长度是固定的。状态转换由于在一条连接上客户端可以先后发送多种不同类型的请求，因此服务端需要接收完整某种请求的包后

3、，才能解析处理。当处于某种特定类型的请求时，接收完它的包，这很容易实现。但当存在多种不同类型的请求时，就需要先识别当前的请求类型，再在这种类型中接收完整的包，然后再识别新的请求类型，继续循环这样的一个过程。因此，这就自然而然地对应到了状态机，如下图所示，有4个状态：1个起始状态prepare，在此状态中识别当前请求类型，转到下一中间状态；3个中间状态add、set、del，分别对应增加、修改和删除请求，在此状态中不断接收数据，直至接收完整，再转到起始状态。由于从中间状态能转到起始状态，因此就没必要存在结束状态。e1、e2、e3、e4表示不同状态间转化的触发事件。

4、代码实现类型和结构定义connection类表示一条在客户端和服务端间建立的连接，静态成员函数handle_read被epoll模型当有数据可读时回调，普通成员函数handle_read则做实际的接收处理。1enumread_state{prepare,add,set,del};23staticconstcharMSG_TYPE_ADD=1;4staticconstcharMSG_TYPE_SET=2;5staticconstcharMSG_TYPE_DEL=3;67#pragmapack(1)8structmsg_add9{10charkey[16];11ch

5、arval[256];12uint32_texpire;13};1415structmsg_set16{17charkey[16];18charval[256];19};2021structmsg_del22{23charkey[16];24};25#pragmapack()2627staticconstsize_tMSG_MAX_SIZE=sizeof(msg_add);2829classconnection30{31public:32connection();3334voidrecv_add_msg(msg_add*msg);35voidrecv_set_m

6、sg(msg_set*msg);36voidrecv_del_msg(msg_get*msg);3738boolsend_add_msg(constchar*key,constchar*val,uint32_texpire);39boolsend_set_msg(constchar*key,constchar*val);40boolsend_del_msg(constchar*key);4142private:43voidreset_state()44{tran_=0,size_=1;s_=prepare;}4546voidhandle_read();47sta

7、ticvoidhandle_read(intfd,shortev,void*arg);4849private:50intsock_;51charbuf_[MSG_MAX_SIZE];52size_ttran_;53size_tsize_;54read_states_;55};服务端异步接收最初时处于起始状态prepare，在这个状态中：先接收1个字节，分析请求类型，更新状态，然后继续接收数据。当收到数据read返回时，那么这时已经处于3种中间状态add、set、del之一了，在这个状态中：只要继续收完这种类型的请求包即可解析处理，最后再重设，返回到状态prepa

8、re，继续接收下一个请求