CXCommunicationFramework 網絡通信框架實現（第一章）— 架構設計

源碼地址

      GitHub：https://github.com/KonsanAlide/CXCommunicationFramework

章前闡述

      這一章主要講的是整個框架的設計思路，其實主要是服務器端部分，這一部分在博客上有很多人講過，思路上大都相似，只是細節上有所不同，雖然這細節偏偏是決定了性能的關鍵性，不過本章不深入分析這些細節，只闡述架構，原因如下：

       一、因爲這Version0.2只是居於經驗，僅把架構設計、線程模型、模塊層次、邏輯流程、基本的消息通信這幾塊走通，實現初步穩健的架構、準確的數據傳輸、會話管理、錯誤處理，性能方面暫時未經過大量調整和測試，後期會有這方面的內容；              

       二、這個框架初步來講，僅是一個通用性框架，實現的時間有限，能力有限。一般來講，能滿足普通的單服務器節點的大規模數據傳輸，這是一個Open的架構，如果對性能或者效率上有很多要求，大家也需要在自己的業務環境中進行一定的調整，相信這一點對大都有幾年的網絡通信開發經驗的通信來講，都不困難，需要的是大量的測試和細微的調整。通過本框架代碼，提供給大家一些基礎的架構模塊，希望能給大家帶來一些方便：當需搭建這樣一套系統的時候，無需再花費大量時間從頭實現，僅需要進行一定的調整和業務邏輯部分的編碼實現即可。

       三、網絡通信的細節問題，在論壇和博客上有很多人反覆的討論解決過，我並不見得比他們更優秀。

架構設計說明

       下面我們接上昨天前文，來說明下這個框架的設計架構。

       服務端（CXCommunicationServer）：目前兼容Windows和Linux兩個平臺，Windows使用IOCP，linux使用epoll，大約分了四層（時間精力都有限的情況下，這裏面的層次劃分其實並不非常明顯）：內核IO通信層、數據包解析層、會話管理層、用戶消息處理層。

       客戶端（CXCommunicationClient）：目前兼容Windows和Linux兩個平臺，包含基礎的SOCKET封裝類，包含消息通信類，文件傳輸客戶端類，多線程測試函數。下來要增加會話管理類。未來如時間允許，P2P實現、UDP實現也會逐漸加入到裏面來。

       內存管理模塊（CXMemoryCache）：目前初步實現一個簡單的內存鏈表（slab）來做一個內存池對象，實現一個內存池對象管理類。

       其它模塊：其它模塊皆爲輔助功能，不單獨講，在後文闡述的過程中會涉及一些。

服務端（CXCommunicationServer）架構設計

內核IO通信層

       內核IO通信層，主要是對IOCP和EPOLL模型接口的封裝，把工作線程和監聽線程封裝在一起。這裏我這一版本暫時用獨立的監聽線程來Accept連接，而不是加入到模型中通過工作線程來統一處理，原因很簡單：時間有限，而且想和後面的去掉監聽線程的版本進行一些比較，讓大家更直觀的看到兩者區別，其次，在大部分的同學的業務場景中，這種模式可能會更簡單好操作一些。

      該層主要是實現類是CXSocketServerKernel，該類的實現邏輯也簡單：

      通過Start函數來創建監聽的socket，啓動監聽線程，啓動多個工作線程；

      監聽線程ListenThread 循環的等待Accept socket鏈接，觸發OnAccept事件，把socket拋到CXCommunicationServer來處理，申請CXConnectionObject資源、分配消息處理隊列、分配內存池資源等，把socket加入到IOCP和EPOLL模型中，通知模型等待接收數據。

       工作線程WaitThread循環的等待socket的IO事件（目前版本只等待接收數據事件），接收到事件後，處理異常情況，把正確的Receive事件拋給CXCommunicationServer的OnRecv來處理。

        備註：CXCommunicationServer類是服務端的管理類，協調啓動各大模塊並進行中間處理。

數據包解析層

        數據包解析層，包含兩個工作：數據包解包（排序、加解密、解壓），數據包分發。

   CXCommunicationServer類接收內核IO層CXSocketServerKernel拋出來的事件，把Receive事件拋給CXConnectionObject來處理。

        CXConnectionObject類是連接封裝對象，處理收發包、排序、組包拆包、加解密、加解壓等數據處理邏輯的，當然這塊的功能也可以抽到一層獨立的數據處理層來弄，開始設計時我是如此考慮的，但開發中時間一趕，就全塞到這類裏面來了，而且數據校驗、加解密、加解壓還沒實現。

      數據分發模塊，CXDataDispathLevelImpl、CXMessageQueue、CXMessageProcessLevelBase是屬於這一部分的，CXConnectionObject把拆解出來消息包通過直接放入CXDataDispathLevelImpl中CXMessageQueue對象中，CXDataDispathLevelImpl有多個CXMessageQueue對象，CXMessageProcessLevelBase是線程對象，有多個，CXMessageProcessLevelBase從CXMessageQueue中不停的獲取消息包並拋到會話層和用戶消息處理層來處理。

會話管理層

       在本框架裏面會話是一個用戶的身份對象，該用戶不是業務層上的普通用戶，而是針對一個客戶端來講的，一個會話裏面包含一個及以上的鏈接對象CXConnectionObject，包含一個會話ID，和一些會話緩存。

       計劃中會話使用租期管理，一個客戶端中的多個Socket鏈接使用同一個會話，鏈接時需要進行合法驗證。有一個主消息的鏈接對象、次要消息鏈接對象、數據傳輸鏈接對象、RPC鏈接對象等，每一種對象代表一種基礎的傳輸協議封裝，所傳輸的數據的大小可能不同，所以CXConnectionObject中提供了一大一小兩個CXMemoryCache指針來申請釋放不同大小的內存。

   這一部分的主要類是CXSessionLevelBase、CXSessionMessageProcess、CXSessionsManager、CXConnectionSession。

       目前CXSessionMessageProcess類中對socket鏈接發過來的第一個包進行會話驗證和處理。

       

用戶消息處理層

       在本框架裏面這一層目前做得很簡單，只有CXUserMessageProcess一個類，而且目前只簡單的實現文件下載功能。這一部分等待使用者自由擴展，而且可以使用protobuf等第三方對象封裝傳輸協議，也可以實現RPC，請自由發揮。

 客戶端（CXCommunicationClient）

       客戶端部分目前實現的有些簡單，只包含基礎的SOCKET封裝類，包含消息通信類，文件傳輸客戶端類，多線程測試函數。這一部分目前邏輯簡單，我不詳細說明，大家直接測試一下，立馬明白。下來要增加的是會話管理類，在會話中增加多個鏈接。未來如時間允許，P2P實現、UDP實現也會逐漸加入到裏面來。

最後

       突然想起來，可能有些同學想要知道下該代碼如何編譯，很簡單：

       把代碼下載下來後，在CXCommunicationServer等文件夾所在的目錄下建一個build文件夾，命令行中cd到這個build文件夾裏面，用“cmake .. ”即可構建好工程，Windows和Linux皆同。