分佈式實時處理系統——C++高性能編程
【前言】基於通信基礎，介紹Hurricane實時處理系統的工程實現，主要使用C++語言。
一、IPC、socket、異步I/O epoll
二、C++11
1、linux內存管理中使用RALL原則，C++通過加入 類的構造函數和析構函數 解決資源管理問題。讓編譯器自己去調用析構函數釋放資源。
2、類對象的值傳遞問題會導致多次析構，使用智能指針；
3、C++怎麼實現的線程和鎖機制；
4、多線程問題下的內存屏障（禁止編譯器優化）、CPU內存屏障（原子操作）；
5、C++中的內存分配和碎片處理，使用更好的C++內存管理器代替默認的，如google的tcmalloc會在鏈接時期替代標準libc中的malloc和free；
6、內存池：在一塊內存上建立內存管理機制，使用分配算法來適應多變的零散內存申請需求；
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RAII 是 resource acquisition is initialization 的縮寫，意爲“資源獲取即初始化”。它是 C++ 之父 Bjarne Stroustrup 提出的設計理念，其核心是把資源和對象的生命週期綁定，對象創建獲取資源，對象銷燬釋放資源。在 RAII 的指導下，C++ 把底層的資源管理問題提升到了對象生命週期管理的更高層次。
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那麼到底什麼是 RALL 機制？
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使用 C++ 時，最讓人頭疼的便是內存管理，但卻又正是對內存高度的可操作性給了 C++ 程序猿極大的自由與裝逼資本。
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當我們 new 出一塊內存空間，在使用完之後，如果不使用 delete 來釋放這塊資源則將導致內存泄露，這在中大型項目中是極具破壞性的。但是人無完人，我們並不能保證每次都記得釋放無法再次獲取到且不再使用的內存，下面我給出一個例子，大家看看忘記釋放資源而造成內存泄露是多麼恐怖！！
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#include <iostream>
#include <memory>
int main()
{
for (int i = 1; i <= 10000000; i++)
{
int32_t *ptr = new int32_t[3];
ptr[0] = 1;
ptr[1] = 2;
ptr[2] = 3;
//delete ptr; //假設忘記了釋放內存
}
system("pause");
return 0;
}
運行程序，打開資源管理器，可以這麼簡單的一個程序竟然就已經佔用了500 多MB的內存，所以大家應該祈禱千萬不要犯這麼低級的錯誤！
3. 沒有什麼方法能夠保證資源的自動釋放呢？就像Java一樣，但是卻又不失C++程序猿的面子。
這個時候我們想到對象的析構是自動完成的，那麼可不可以利用這個機制呢？答案很明確，可以。我們需要做的便是將資源託管給某個對象，或者說這個對象是資源的代理，在這個對象析構的時候完成資源的釋放。於是我們可以將上例改成如下形式：
#include <iostream>
#include <memory>
//先創建一個模板類, 負責資源的釋放, 當資源生命週期結束, 自動釋放資源;
template<typename T>
class auto_release_ptr
{
public:
auto_release_ptr(T *t) :_t(t){};
~auto_release_ptr()
{
delete _t;
};
T * getPtr()
{
return _t;
}
private:
T *_t;
};
int main()
{
for (int i = 1; i <= 10000000; i++)
{
auto arp = auto_release_ptr<int32_t>(new int32_t[3]);
int32_t *ptr = arp.getPtr();
ptr[0] = 1;
ptr[1] = 2;
ptr[2] = 3;
}
system("pause");
return 0;
}
然後內存佔用變成了這樣: 只佔用0.5M;
4. 太棒了，只用每次 new 的時候將其傳給我們的模板類 auto_release_ptr 就可以防止內存泄露了！讓我們來看看這是怎麼實現的。
當我們使用 new 出一塊內存的時候，我們將其傳給了模板類 auto_release_ptr，再通過其實例的 getPtr() 方法得到了內存地址。auto_release_ptr 有一個數據成員在構造時完成了初始化並指向了 new 出來的空間，而在其析構函數中，我們使用 delete 來釋放這塊內存空間，於是我們 new 出來的資源便有了和 auto_release_ptr 對象一樣的生命週期，並且會在其託管的 auto_release_ptr 對象生命週期結束時被釋放。由於 ptr 與 auto_release_ptr 對象的定義是在一塊的，所以它們的生命週期自然也是相同的，即便 ptr 被回收時我們也不用再擔心其指向的內存空間沒有被釋放了。
當然，這裏只是簡單舉個例子來說明RALL。RALL機制便是通過利用對象的自動銷燬，使得資源也具有了生命週期，有了自動銷燬（自動回收）的功能。
背景
在C++程序運行的過程中免不了要進行資源的分配——尤其是在遊戲中！資源可以有很多種 —— 貼圖、音頻、Shader到句柄、字符串這些東西都可以被稱爲資源。資源的管理是項目中很重要的一輪，做得不好的話輕則內存泄漏、重則內存崩潰。
而RAII則是在C++項目中用於資源管理的一種重要的編程思想。
Class的構建和析構
C++中不可或缺的東西就是class，而每個class不可或缺的就是構造函數和析構函數。前者用於對象被構造時進行的一系列操作，後者用於對象被析構時所執行的函數。
而值得一提的是，在C++中，如果一個類被聲明在棧空間，則在該函數執行完畢從棧空間彈出之後，類會自動調用析構函數。可是如果被顯示聲明在堆空間（使用new方法或者malloc方法），則需要顯式調用析構函數才能進行析構。
RAII
RAII表示的是“資源獲取即初始化”(Resource Aquisition Is Initialization)，而不是某些人認爲的“初始化即資源獲取”(Initialization is resource acquisition)。
RAII的技術很簡單，利用C++對象生命週期的概念來控制程序的資源。它的技術原理很簡單，如果希望對某個重要資源進行跟蹤，那麼創建一個對象，並將資源的生命週期和對象的生命週期相關聯。這樣一來C++自帶的對象管理設施就可以來管理資源了。
最簡單的形式：創建一個對象，讓她的構造函數獲取一份資源，而析構函數則釋放這個資源：
class Resource{...};
class ResourceHandle{
public:
// get resource
explicit ResourceHandle(ResourceHandle *aResource ): r_(aResource){}
// release resource
~ResourceHandle()
{
delete r_;
}
// get access to resource
Resource *get()
{
return r_;
}
private:
// make sure it can not be copied by others
ResourceHandle (const ResourceHandle &);
ResourceHandle & operator = (const ResourceHandle &);
Resource *r_;
};
ResourceHandle對象的最好的地方就是：如果它被聲明爲一個函數的局部變量，或者作爲一個參數，或者靜態變量，我們都可以保證析構函數得到調用了。這樣一來就可以釋放對象所引用的資源。
再看看一個反例：
void f() {
Resource *rh = new Resource;
//...
if (blahblah())
return ;
//...
g(); //catch the exceptions
// Can we make sure that it can be processed here?
delete rh ;
}
就如同註釋所講，可能一開始的時候上面那段代碼是安全的，rh的資源總是可以被釋放。
但是如果這段代碼經歷了一些維護呢？比如說上面的g()函數，有可能會造成函數的提前返回，所以就有可能運行不到最後一句釋放資源的代碼了，因此這段代碼是危險的。
那麼該如何使用RAII編程思想對這段代碼進行改進呢？代碼如下：
void f() {
ResourceHandle rh (new Resource );
// ...
if (blahblah())
return ;
// catch an exception?
g();
//finally the resource would be released by c++ itself.
}
這樣一來RAII就使得代碼就更加健壯了，因爲只要是函數返回了，無論是通過何種途徑，那麼在返回的時候析構函數就會自動釋放資源。
使用RAII只有一種情況無法保證析構函數得到調用，就是當ResourceHandle被動態分配到堆空間上了，這樣一來就只能顯示得調用delete ResourceHandle對象才能保證資源釋放了，比如下面的代碼：
ResourceHandle *rhp = new ResourceHandle(new Resource);
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那麼此時的問題在於，因爲動態分配的東西需要顯示調用delete才能釋放，所以上面的做法通常是危險的做法。安全的做法是將RAII的handle分配到棧空間去，此時就能夠保證內存的釋放。