1.1 高性能服务器特点#

目前网络应用程序大多是C/S架构的，例如：

• 🍪 日常使用的邮箱，聊天软件QQ、微信
• 🍪 看视频的网站B站、腾讯视频
• 🍪 浏览网页用的浏览器

他们的基本特点就是，客户端软件从向服务端请求资源，服务端做一些处理之后，把资源返回给客户端。

高性能服务器的关键需求至少有如下几点：

• 👉 效率高：既然是高性能，那处理客户端请求的效率当然要很高了
• 👉 高可用：不能随便就挂掉了
• 👉 编程简单：基于此服务器进行业务开发需要足够简单
• 👉 可扩展：可方便的扩展功能（微服务）
• 👉 可伸缩：可简单的通过部署的方式进行容量的伸缩，也就是服务需要无状态

1.2 传统网络编程的局限#

从上面描述也可以知道，高性能服务器的重要基石就是接受客户端的连接，处理客户端发送的网络请求。下面我们看一下基本的网络编程方式。

1
while(1){
2
    listen(listen_socket);
3
    cli_socket = accept(listen_socket);
4
    while(read(cli_socket) > 0){
5
        //do something, cost some time
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        write(cli_socket);
7
    }
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    //peer close or peer err
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    close(cli_socket)
10
}

服务端监听一个网络套接字，然后接受客户端的连接请求，并从客户端读取请求数据，然后做出响应。

上面程序中，accept和read的系统接口一般都是阻塞的，所以上面的编程示例同一时刻只能处理一个客户端的请求。但是我们知道，这在现实中基本还是不可使用的，例如B站，同一时刻不可能只为一个网络用户提供视频服务。

改进方案：每一个客户端连接上来就为他分配一个线程，处理这个客户的请求，然后主线程继续等待客户端的连接。

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void workThread(int cli_socket){
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    while(read(cli_socket) > 0){
3
        //do something, cost some time
4
        write(cli_socket);
5
    }
6
    close(cli_socket)
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}
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main(){
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    while(1){
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        listen(listen_socket);
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        cli_socket = accept(listen_socket);
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        create_thread(workThread, listen_socket);
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    }
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}

问题：每一个客户端就需要一个线程，如果面对大量用户，那就需要创建大量线程，可是服务器的硬件资源是有限制的。具体问题详见 The C10K Problem。

针对这个问题可以使用linux的多路复用机制来解决。

2.1 Reactor模型结构#

下面这个模型图片在计算机业内的公认讲Reactor模型最好的论文。

简单解释一下这个模型图：

2.2 简化的Reactor模型图#

这是一个最简单的Reactor网络模型，Reactor处理多个client的连接处理请求，Reactor模型负责把产生的事件（连接，可读，可写，异常等）通过dispatch分发给各回调函数进行处理。

注意：上述是单线程的Reactor处理模型，单线程的Reactor要求每个处理回调不能卡死，业务处理尽可能快，否则会影响后续的事件处理，导致事件队列阻塞。

3.1 libevent特点#

Libevent 是一个用C语言编写的、轻量级的开源高性能事件通知库，主要有以下几个亮点：

• 🔷 事件驱动（event-driven），高性能
• 🔷 轻量级，专注于网络，不如 ACE 那么臃肿庞大
• 🔷 源代码相当精炼、易读
• 🔷 跨平台，支持 Windows、Linux、*BSD 和 Mac Os
• 🔷 支持多种 I/O 多路复用技术，epoll、poll、dev/poll、select 和 kqueue 等
• 🔷 支持 I/O，定时器和信号等事件
• 🔷 注册事件优先级

Libevent 已经被广泛的应用，作为底层的网络库；比如 memcached、Vomit、Nylon、Netchat等等。

3.2 libevent组件#

libevent包括事件管理、缓存管理、DNS、HTTP、缓存事件几大部分：

libevent也支持ssl，这对于有安全需求的网络程序非常的重要，但是其支持不是很完善，比如http server的实现就不支持ssl。

3.3 libevent的历史背景#

libevent 的起源可以追溯到 2003 年，由美国加州大学伯克利分校的研究员 Brad Fitzpatrick 开发。最初，它是为了解决在构建高性能网络应用时面临的挑战，特别是在 Linux 和 BSD 系统上实现高效的事件处理机制。Fitzpatrick 在开发 LiveJournal 项目的过程中遇到了性能瓶颈，传统的同步 I/O 模型无法满足大规模并发访问的需求。因此，他设计并实现了 libevent，以提供一种更为灵活和高效的事件处理框架。

最初的 libevent 实现基于 select() 系统调用，但很快就转向了更为先进的 poll() 和 kqueue()（针对 BSD 系统）。随着 Linux 内核的发展，特别是引入了 epoll 机制之后，libevent 迅速采用了这一新技术，进一步提升了性能。

3.4 libevent的API基本使用步骤#

1
event_base_new()    // 创建初始化event_base
2
event_new()         // 创建事件
3
event_add()         // 将event添加到事件链表上，注册事件
4
event_base_dispatch() // 循环、检测、分发事件

4.1 事件驱动编程概述#

事件驱动编程（Event-Driven Programming，EDP）是一种编程范式，因其高效率和灵活性而受到广泛关注，它强调程序的执行是由外部事件触发的，而非通过预定的顺序流程控制。

事件驱动编程的核心思想是”被动等待”和”主动响应”。程序在大部分时间内处于等待状态，一旦检测到某个感兴趣的事件发生，就会触发相应的处理逻辑。这种方法不仅减少了不必要的计算开销，还能显著提高系统的响应速度和整体性能。

4.2 事件驱动编程的优势#

1. 高效性：事件驱动编程模型允许程序在没有事件发生时处于休眠状态，这大大减少了 CPU 的空闲时间，提高了系统的整体效率。
2. 可扩展性：由于事件驱动模型可以同时处理多个并发事件，因此非常适合构建高并发的应用程序。
3. 灵活性：事件驱动编程模型允许开发者更灵活地组织代码结构，通过注册不同的事件处理函数来实现模块化的设计。
4. 异步处理：事件驱动模型天然支持异步处理方式，这意味着程序可以同时处理多个任务，无需等待某个操作完成后再继续执行后续逻辑。

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