libevent 入门教程：Echo Server based on libevent(转)

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下面假定已经学习过基本的socket编程（socket, bind, listen, accept, connect, recv, send, close），并且对异步/callback有基本的认识。

基本的socket编程是阻塞/同步的，每个操作除非已经完成或者出错才会返回，这样对于每一个请求，要使用一个线程或者单独的进程去处理，系统资源没法支撑大量的请求。Posix定义了可以使用异步的select系统调用，但是因为其采用了轮询的方式来判断某个fd是否变成active，效率不高o(n)。于是各系统提出了基于异步/callback的系统调用，例如linux的epoll,BSD的kqueue，windows的IOCP。由于在内核层面做了支持，所以可以再o(1)的效率查找到active的fd。基本上，libevent就是对这些高效IO的封装，提供统一个API，简化开发。

libevent大概是这样的：

　　默认情况下是单线程的（可以配置成多线程），每个线程有且只有一个event_base，对应一个struct event_base结构体（以及附于其上的事件管理器），用来schedule托管给它的一系列event，可以和操作系统的进程管理器类比，当然，更加简单些。当一个事件发生后，event_base会在合适的时间（不一定是立即）去调用绑定在这个事件上的函数（传入一些预定义的参数，以及绑定时指定的一个参数），知道这个函数执行完，再返回schedule其他事件。

//创建一个event_base
struct event_base *base = event_base_new();
assert(base != NULL);

event_base内部有一个循环，循环阻塞在epoll/kqueue等系统调用上，知道有一个/一些事件发生，然后去处理这些事件。当然，这些事件要被绑定到event_base上。每个事件对应一个struct event，可以是监听一个fd或者Posix信号量之类的。struct event使用event_new来创建和绑定，使用event_add来启用。

//创建并绑定一个event
struct event *listen_event;
//参数：event_base, 监听的fd，事件类型及属性，绑定的回调函数，给回调函数的参数
listen_event = event_new(base, listener, EV_READ|EV_PERSIST, callback_func, (void*)base);
//参数：event，超时时间(struct timeval *类型的，NULL表示无超时设置)
event_add(listen_event, NULL);

注：libevent支持的事件及属性包括（使用bitfield实现，所以用|来让他们合体）

(a) EV_TIMEOUT:超时

(b) EV_READ: 只要网络缓冲中还有数据，回调函数就会被触发

(c) EV_WRITE: 只要塞给网络缓冲的数据被写完，回调函数就会被触发

(d) EV_SIGNAL: POSIX信号量，参考manual吧

(f) EV_ET: Edge-Trigger边缘触发，参考EPOLL_ET

然后需要启动event_base的循环，这样才能开始处理发生的事件。循环的启动使用event_base_dispatch，循环将一直持续，知道不再有需要关注的事件，或者遇到event_loopbreak()/event_loopexit()函数。

//启动事件循环
event_base_dispatch(base);

接下来关注下绑定event的回调函数callback_func：传递给它的是一个socket fd, 一个event类型及属性bit_field，以及传递给event_new的最后一个参数（去上面几行回顾一下，把event_base给传进来了，实际上更多地是分配一个结构体，把相关的数据都放进去，最后丢给event_new，在这里就能取到了）。其原型是：

typedef void(* event_callback_fn(evutil_socket_t sockfd, short event_type, void *arg))

对于一个服务器而言，上面的流程大概是这样组合的：

1. listener = socket(), bind(), listen(), 设置nonblocking(Posix系统可使用fcntl设置，windows不需要设置，实际上libevent提供了统一的包装evutil_make_socket_nnblocking)

2. 创建一个event_base

3. 创建一个event, 将该socket托管给event_base，指定要监听的事件类型，并绑定上相应的回调函数（及需要给它的参数）。对于listener socket来说，只需要监听EV_READ|EV_PERSIST

4. 启动该事件

5. 进入事件循环

6. (异步)当有client发起请求的时候，调用该回调函数，进行处理。

问题：为什么不在listen完马上调用accept，获得客户端连接以后再丢给event_base呢？这个问题不知道YFS就这么干的，不过这个要另起一个线程。

回调函数要做什么事情呢？当然是处理client的请求了。首先要accept，获得一个可以与client通信的sockfd，然后……调用recv/send吗？错！大错特错！如果直接调用recv/send的话，这个线程就阻塞在这个地方了，如果这个客户端非常的阴险（比如一直不发消息，或者网络不好，老是丢包），libevent就只能等它，没法处理其他的请求了——所以应该创建一个新的event来托管这个sockfd。

在老版本libevent上的实现，比较罗嗦[如果不想详细了解的话，看下一部分]。

对于服务器希望先从client获取数据的情况，大致流程是这样的：

1. 将这个sockfd设置为nonblocking

2. 创建2个event:

　　event_read, 绑上sockfd的EV_READ|EV_PERSIST,设置回调函数和参数

　　event_write, 绑上sockfd的EV_WRITE|EV_PERSIST, 设置回调函数和参数

3. 启动event_read事件

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4. （异步）等待event_read事件的发生，调用相应的回调函数。这里麻烦来了：回调函数recv读入的数据，不能直接用send丢给sockfd了事，因为sockfd是nonblocking的，丢给他的话，不能保证正确（因为异步。。。）。所以需要一个自己管理的缓存用来保存读入的数据中（在accept以后就创建一个struct，作为第2步回调函数的arg传进来），在合适的事件（比如遇到换行符）启用event_write事件（event_add(event_write, NULL)），等待EV_WRITE事件的触发。

5. （异步）当event_write事件的回调函数被调用时，往sockfd写入数据，然后删除event_write事件(event_del(event_write))，等待event_read事件的下一次执行。

一个例子可以参考官方文档里面的[Example: A low-level ROT13 server with Libevent]

由于需要自己管理缓冲区，且过程晦涩难懂，并且不兼容于Windows的IOCP，所以libevent2开始，提供了bufferevent这个神器，用来提供更加优雅、易用的API。struct bufferevent内建了两个event(read/write)和对应的缓冲区[struct evbuffer *input, *output]，并提供相应的函数用来操作缓冲区（或者直接操作bufferevent）。每当有数据被读入input的时候，read_cb函数被调用；每当output被输出完的时候，write_cb被调用；在网络IO操作出现错误的情况（连接中断、超时、其他错误），error_cb被调用。于是上一部分的步骤被简化为：

1. 设置sockfd为nonblocking

2. 使用bufferevent_socket_new创建一个struct bufferevent *bev，关联该sockfd，托管给event_base

3. 使用bufferevent_setcb(bev, read_cb, write_cb, error_cb, (void *)arg)将EV_READ/EV_WRITE对应的函数

4. 使用bufferevent_enable(bev, EV_READ|EV_WRITE|EV_PERSIST)来启用read/write事件

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5. (异步)

在read_cb里面从input读取数据，处理完毕后塞到output里(会被自动写入到sockfd)

在write_cb里面（需要做什么吗？对于一个echo server来说，read_cb就足够了）

在error_cb里面处理遇到的错误

可以使用bufferevent_set_timeouts(bev, struct timeval *READ, struct timeval *WRITE)来设置读写超时, 在error_cb里面处理超时

read_cb和write_cb的原型是

void read_or_write_callback(struct bufferevent *bev, void *arg)

error_cb的原型是

void error_cb(struct bufferevent *bev, short error, void *arg) //这个是event的标准回调函数原型

可以从bev中用libevent的API提取出event_base、sockfd、input/output等相关数据

void read_cb(struct bufferevent *bev, void *arg) {
    char line[256];
    int n;
    evutil_socket_t fd = bufferevent_getfd(bev);
    while (n = bufferevent_read(bev, line, 256), n > 0)
        bufferevent_write(bev, line, n);
}

void error_cb(struct bufferevent *bev, short event, void *arg) {
    bufferevent_free(bev);
}

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <assert.h>

#include <event2/event.h>
#include <event2/bufferevent.h>

#define LISTEN_PORT 9999
#define LISTEN_BACKLOG 32

void do_accept(evutil_socket_t listener, short event, void *arg);
void read_cb(struct bufferevent *bev, void *arg);
void error_cb(struct bufferevent *bev, short event, void *arg);
void write_cb(struct bufferevent *bev, void *arg);

int main(int argc, char *argv[])
{
    int ret;
    evutil_socket_t listener;
    listener = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    assert(listener > 0);
    evutil_make_listen_socket_reuseable(listener);

    struct sockaddr_in sin;
    sin.sin_family = AF_INET;
    sin.sin_addr.s_addr = 0;
    sin.sin_port = htons(LISTEN_PORT);

    if (bind(listener, (struct sockaddr *)&sin, sizeof(sin)) < 0) {
        perror("bind");
        return 1;
    }

    if (listen(listener, LISTEN_BACKLOG) < 0) {
        perror("listen");
        return 1;
    }

    printf ("Listening...\n");

    evutil_make_socket_nonblocking(listener);

    struct event_base *base = event_base_new();
    assert(base != NULL);
    struct event *listen_event;
    listen_event = event_new(base, listener, EV_READ|EV_PERSIST, do_accept, (void*)base);
    event_add(listen_event, NULL);
    event_base_dispatch(base);

    printf("The End.");
    return 0;
}

void do_accept(evutil_socket_t listener, short event, void *arg)
{
    struct event_base *base = (struct event_base *)arg;
    evutil_socket_t fd;
    struct sockaddr_in sin;
    socklen_t slen = sizeof(sin);
    fd = accept(listener, (struct sockaddr *)&sin, &slen);
    if (fd < 0) {
        perror("accept");
        return;
    }
    if (fd > FD_SETSIZE) { //这个if是参考了那个ROT13的例子，貌似是官方的疏漏，从select-based例子里抄过来忘了改
        perror("fd > FD_SETSIZE\n");
        return;
    }

    printf("ACCEPT: fd = %u\n", fd);

    struct bufferevent *bev = bufferevent_socket_new(base, fd, BEV_OPT_CLOSE_ON_FREE);
    bufferevent_setcb(bev, read_cb, NULL, error_cb, arg);
    bufferevent_enable(bev, EV_READ|EV_WRITE|EV_PERSIST);
}

void read_cb(struct bufferevent *bev, void *arg)
{
#define MAX_LINE    256
    char line[MAX_LINE+1];
    int n;
    evutil_socket_t fd = bufferevent_getfd(bev);

    while (n = bufferevent_read(bev, line, MAX_LINE), n > 0) {
        line[n] = ‘\0‘;
        printf("fd=%u, read line: %s\n", fd, line);

        bufferevent_write(bev, line, n);
    }
}

void write_cb(struct bufferevent *bev, void *arg) {}

void error_cb(struct bufferevent *bev, short event, void *arg)
{
    evutil_socket_t fd = bufferevent_getfd(bev);
    printf("fd = %u, ", fd);
    if (event & BEV_EVENT_TIMEOUT) {
        printf("Timed out\n"); //if bufferevent_set_timeouts() called
    }
    else if (event & BEV_EVENT_EOF) {
        printf("connection closed\n");
    }
    else if (event & BEV_EVENT_ERROR) {
        printf("some other error\n");
    }
    bufferevent_free(bev);
}

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