ACE框架简介以及一个基于ACE的C/S服务程序实例

前段时间参与一个C/S结构的系统的开发，使用C++，其中server端的系统要实现Linux和windows系统的跨平台。因为系统的结构和业务逻辑都不太复杂，所以开始就决定不使用类似ACE或Boost之类的库，而是自己实现。结果在实现过程中，还是遇到了许多麻烦的地方，例如：
a)    跨平台。这一点相对比较容易，主要是针对类似多线程、socket通信等操作，定义统一的接口，使用define实现。基本上，只要定义良好，使用起来就很方便，也不需要多少改动。
b)    Socket通信。在socket通信过程中，除了我们实际收发的数据，也有很多其他的数据需要处理，如keep-alive信息、socket关闭或者各种出错信息等。这些都大大增加了代码的复杂度。
c)    多线程。多线程操作socket或者数据，要考虑同步等问题
d)    对各种系统API的操作，特别是socket的操作，要有很多错误处理的代码，大大增加了代码复杂度。
e)    还有许多其他问题。

所有这些问题，不仅增加了系统的复杂度，使得程序调试以及后期维护的难度大大增加。于是，考虑使用ACE框架进行重构，主要使用ACE的事件机制重构socket通信的功能。

首先来了解一下ACE框架，下面是ACE的体系结构图:

 
ACE的体系结构

从这个图中,可以很明显的看出,ACE框架从底层往上，依次是C风格的OS适配层,也就是对不同的操作系统底层调用的封装；

上一层是C++的封装类，就是把各种系统调用和系统对象封装成C++类对象；

再往上就是框架层，主要就是Reactor, Acceptor, Connector和Proactor。

在上面就是ACE提供的一些服务组件。

从这个结构图中还可以看出，在C++封装层，ACE框架还为我们提供了进程、线程管理，日志记录，内存管理等模块。进程和线程管理可以用来方便的创建和管理进程、线程，还提供了各种机制实现线程同步。使用ACE的日志模块，我们可以很方便的记录不同级别的日志，并在实际运行过程中控制日志记录的级别。使用ACE的内存管理，我们可以预先分配一块内存，这样可以避免程序频繁的向OS请求内存，使得程序的性能无论从时间上还是空间上都能得到很大的提升。内存管理还提供了进程间共享内存的内存分配方式。

使用ACE进行C/S结构程序，就是使用Reactor框架，实现我们的事件处理方法。下面是一个使用ACE开发的通信系统的简单的类图：
 
 

其中我们需要开发的部分主要就是Server_svc_handler和Client_svc_handler，这两个对象都是继承自ACE_svc_handler。用来处理建立（接受）连接，以及进行数据的通信和处理。
Server_acceptor是用于在服务器上接受连接，它与Server_svc_handler绑定，每当有新的连接时，ACE的Reactor框架就会创建一个Server_svc_handler的对象，然后把新连接的socket(ACE_SOCK_STREAM)绑定到这个handler上，以后就用这个handler处理这个socket上接收到的数据。
Client_connector与Acceptor类似，用于在客户端连接服务器，连接成功后，也由Reactor框架创建一个Client_svc_handler对象，并将它与连接后的socket绑定，来处理从服务器端接收到的数据。

下面就是几个类的代码。
Server_svc_handler:

Cpp代码  

class Server_svc_handler : public ACE_Svc_Handler <ACE_SOCK_STREAM,ACE_NULL_SYNCH>{public:Server_svc_handler(){data= new char[DATA_SIZE];}int open(void*){ACE_DEBUG((LM_DEBUG, "%P|%t, %s", " Connection established.\n")); //打印debug级别的log，%P%t表示进程号和线程号，%s是要打印的消息。ACE_Reactor::instance()->register_handler(this,ACE_Event_Handler::READ_MASK); //注册socket上可读事件的处理器，当当前的socket上有可读事件时，就会触发这个handler的handle_input方法。char* msg = "Client connected successfully in server.";peer().send(msg, strlen(msg));return 0;}int handle_input(ACE_HANDLE){ssize_t cnt = peer().recv(data, DATA_SIZE);if (cnt <= 0){ACE_DEBUG((LM_WARN, " No data received.\n")); //打印warn级别日志}else{ACE_DEBUG((LM_DEBUG, “%s”, data));//在这里添加具体业务处理代码char* msg = "Request is processed successfully";peer().send(msg, strlen(msg));}return 0;}private:char* data;static const int DATA_SIZE = 64;};

 

下面是Client_svc_handler，它与server端的类似。

Cpp代码  

class Agent_svc_handler : public ACE_Svc_Handler <ACE_SOCK_STREAM, ACE_NULL_SYNCH>{public:Agent_svc_handler(){data= new char[DATA_SIZE];}int handle_input(ACE_HANDLE){peer().recv(data, DATA_SIZE);ACE_DEBUG((LM_DEBUG, “%s”, data));return 0;}private:char* data;static const int DATA_SIZE = 64;};

 
你们可能会注意到，Server_svc_handler实现了open方法，但是client端的处理函数却没有，是因为，open方法在ACE_svc_handler中就已经有默认实现，就是将当前的handler进行注册：
        ACE_Reactor::instance()->register_handler(this,    ACE_Event_Handler::READ_MASK);
因为在服务器端接收到客户连接以后，给客户端发了一个回应，所以我们才重新实现。
接下来就是Server端的主程序server.cpp

Cpp代码  

typedef ACE_Acceptor<Server_svc_handler, ACE_SOCK_ACCEPTOR> ServerAcceptor;int main(int argc, char* argv[]){ACE_DEBUG((LM_DEBUG,"Test server running...\n"));const int PORT_NUM = 12345;ACE_INET_Addr addr(PORT_NUM);ServerAcceptor acceptor(addr, ACE_Reactor::instance());ACE_Reactor::run_event_loop(); //会一直不停的监听注册的事件。return 0;};

 

ServerAcceptor不需要实现，只需要用我们实现的handler定义就可以。

下面是客户端的代码client.cpp

Cpp代码  

typedef ACE_Connector<Client_svc_handler, ACE_SOCK_CONNECTOR> ClientConnector;int main(int argc, char* argv[]){const int SERVER_PORT_NUM = 12345;ACE_INET_Addr remoteAddr(SERVER_PORT_NUM, "localhost");ClientConnector connector;Client_svc_handler *handler= new Client_svc_handler;if(connector.connect(handler, remoteAddr) == -1 ){ACE_ERROR(LM_ERROR, "%P|%t, %s", "Connection failed");}ACE_Reactor::run_event_loop();return 0;};

 
这个例子只是对socket的可读操作注册处理器，在Reactor框架中，我们可以对任何的I/O操作的读或者写进行处理，也可以对系统的信号量注册处理函数。

使用ACE框架，我们就可以把重心放在业务的处理上，而不用为底层的系统调用和错误处理费太多脑筋。上面的一个简单的服务器端和客户端通信的程序，代码总共加起来就30,40行，但是也实现了完整的服务器与客户端的交互，还是非常方便的。
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