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【C++boost::asio网络编程】有关异步读写api的笔记

news 来源：原创 2025/5/9 2:26:18

异步读写api

异步写操作
- async_write_some
- async_send
异步读操作
- async_read_some
- async_receive

定义一个Session类，主要是为了服务端专门为客户端服务创建的管理类

class Session {
public:Session(std::shared_ptr<asio::ip::tcp::socket> socket);void Connect(const asio::ip::tcp::endpoint& ep);
private:std::shared_ptr<asio::ip::tcp::socket> _socket;
};

异步写操作

在介绍异步写之前，需要先封装一个Node结构，用来管理发送的数据

class MsgNode
{friend class Session;
public:MsgNode(const char* msg, int total_len):_total_len(total_len),_cur_len(0){_msg = new char[total_len];memcpy(_msg, msg, total_len);}MsgNode(int total_len):_total_len(total_len),_cur_len(0){_msg = new char[_total_len];}~MsgNode(){delete[] _msg;}
private:char* _msg;int _total_len;int _cur_len;
};

其中，_msg表示要发送的数据，_cur_len表示已经发送的长度，而_total_len表示数据的总长度

async_write_some

在这里插入图片描述
通过源码可以看出，async_write_some需要两个参数。第一个参数是buffer结构的数据，用来放需要发送的数据；第二个参数是一个回调函数，这个回调函数又有两个参数，一个是用来存放错误码的对象，另一个是无符号整数(这个无符号整数代表的就是当前具体发送数据的大小)
当调用完async_write_some之后(即一次异步写操作结束之后)，系统会调用这个回调函数。

void Session::WriteCallBackErr(const boost::system::error_code& ec, std::size_t bytes_transferred, std::shared_ptr<MsgNode> node)
{if (node->_cur_len + bytes_transferred <= node->_total_len){node->_cur_len += bytes_transferred;this->_socket->async_write_some(boost::asio::buffer(node->_msg + node->_cur_len, node->_total_len - node->_cur_len),std::bind(&Session::WriteCallBackErr, this, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2, _send_node));}
}void Session::WriteToSocketErr(const std::string& buf)
{_send_node = std::make_shared<MsgNode>(buf.c_str(), buf.size());_socket->async_write_some(boost::asio::buffer(buf.c_str(), buf.size()),std::bind(&Session::WriteCallBackErr, this, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2, _send_node));
}

在以上代码中，先在WriteToSocketErr函数中创建一个消息结点，然后调用async_write_some将数据发送出去。当一次写操作结束之后。系统会将错误码和已写入数据的长度作为参数给回调函数。

if (node->_cur_len + bytes_transferred <= node->_total_len)

在回调函数中判断是否已经将数据全部发送出去了，如果没有，则更新_cur_len,然后继续执行异步发送操作
但是，以上代码逻辑中存在一个漏洞。在异步执行的逻辑中，代码调用的顺序是不确定的。
举个例子，当需要连续两次发送hello world

//连续两次调用
WriteToSocketErr("HelloWorld");
WriteToSocketErr("HelloWorld");

可能会发生第一次进行写入的时候只写入了Hello,这时按照逻辑需要执行回调函数，当在回调函数中发现数据并没有发送完全，于是再次调用async_write_some想继续写入World，但此时第二次调用WriteToSocketErr("HelloWorld");中，已经提前一步调用了async_write_some并将数据全部写完，然后才轮到第一次发送时的回调函数将剩下的World继续发完。这最终导致的结果时对方收到的数据为HelloHelloWorldWorld.
为了确保发送顺序的问题，可以在Session类中定义一个队列用来管理需要发送的结点和i一个布尔类型变量用来表示当前是否有数据正在被发送(初始化为false)

class Session{
public:Session(std::shared_ptr<boost::asio::ip::tcp::socket> socket):_socket(socket),_send_pending(false){}void WriteCallBack(const boost::system::error_code& ec, std::size_t bytes_transferred);void WriteToSocket(const std::string &buf);
private:std::queue<std::shared_ptr<MsgNode>> _send_queue;std::shared_ptr<asio::ip::tcp::socket> _socket;bool _send_pending;
};

此时再对写操作进行改进

void Session::WriteCallBack(const boost::system::error_code& ec, std::size_t bytes_transferred)
{if (ec.value() != 0){std::cout << "Error! Code is " << ec.value() << ".Message is " << ec.message() << std::endl;return;}std::shared_ptr<MsgNode>&node = _send_queue.front();node->_cur_len += bytes_transferred;if (node->_cur_len + bytes_transferred < node->_total_len)//还没有发送完{_socket->async_write_some(boost::asio::buffer(node->_msg + node->_cur_len, node->_total_len - bytes_transferred),std::bind(&WriteCallBack, this, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2));return;}_send_queue.pop();if (_send_queue.empty()){_send_pending = false;}else{std::shared_ptr<MsgNode>& node = _send_queue.front();_socket->async_write_some(boost::asio::buffer(node->_msg, node->_total_len),std::bind(&Session::WriteCallBack, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2));}
}void Session::WriteToSocket(const std::string& buf)
{_send_queue.push(std::make_shared<MsgNode>(buf.c_str(), buf.size()));if (_send_pending)//当前有消息正在发{return;}_socket->async_write_some(boost::asio::buffer(buf.c_str(), buf.size()),std::bind(&Session::WriteCallBack, this, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2));_send_pending = true;
}

在WriteToSocket函数中，先不着急将数据立马发送出去，而是将数据节点放入到发送队列中，然后判断当前是否有数据正在发送，如果有就返回避免冲突；没有就直接调用async_write_some，在回调函数中，永远都是取出队首的结点进行发送，如果判断队首的元素数据已经发送完了就pop掉，并且检查队列中是否还有需要发送的元素:如果有，继续执行发送逻辑；如果没有就将_send_pending置为false表示当前已经没有数据正在发送了。

async_send

async_send的作用是直接将所有数据全部发送完，代码逻辑也比async_write_some要简单一些

void Session::WriteAllToSocket(const std::string& buf)
{_send_queue.push(std::make_shared<MsgNode>(buf.c_str(), buf.size()));if (_send_pending){return;}_socket->async_send(boost::asio::buffer(buf.c_str(), buf.size()),std::bind(&Session::WriteAllCallBck, this, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2));_send_pending = true;
}void Session::WriteAllCallBck(const boost::system::error_code& ec, std::size_t bytes_tranferred)
{if (ec.value() != 0){std::cout << "Error! Code is " << ec.value() << ".Message is " << ec.message() << std::endl;return;}_send_queue.pop();if (_send_queue.empty()){_send_pending = false;}else{std::shared_ptr<MsgNode>& node = _send_queue.front();_socket->async_send(boost::asio::buffer(node->_msg, node->_total_len),std::bind(&Session::WriteAllCallBck, this, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2));}
}

注意
async_send和async_write_some不要放在一起使用，因为async_send底层还是多次调用的async_write_some。如果一起使用，还是会引发数据冲突的问题

异步读操作

为了准备读操作,需要在Session类中添加数据结点_recv_node和一个布尔变量_recv_pending

class Session
{
public:Session(std::shared_ptr<boost::asio::ip::tcp::socket> socket):_socket(socket),_send_pending(false),_recv_pending(false){}void Connect(boost::asio::ip::tcp::endpoint& ep);void WriteCallBackErr(const boost::system::error_code& ec, std::size_t bytes_transferred, std::shared_ptr<MsgNode>);void WriteToSocketErr(const std::string& buf);void WriteCallBack(const boost::system::error_code& ec, std::size_t bytes_transferred);void WriteToSocket(const std::string& buf);void WriteAllToSocket(const std::string& buf);void WriteAllCallBck(const boost::system::error_code& ec, std::size_t bytes_tranferred);void ReadFromSocket();void ReadCallBack(const boost::system::error_code& ec, std::size_t bytes_transferred);void ReadAllFromSocket();void ReadAllCallBack(const boost::system::error_code& ec, std::size_t bytes_transferred);private:std::shared_ptr<boost::asio::ip::tcp::socket> _socket;std::shared_ptr<MsgNode> _send_node;std::queue<std::shared_ptr<MsgNode>> _send_queue;std::shared_ptr<MsgNode> _recv_node;bool _recv_pending;bool _send_pending;
};

由于接收的数据在TCP缓冲区里面已经是排好序了的，所以并不需要队列来维护顺序

async_read_some

其实异步读和异步写的逻辑类似，这里就不多介绍了

void Session::ReadFromSocket()
{if (_recv_pending){return;}_recv_node = std::make_shared<MsgNode>(RECVSIZE);_socket->async_read_some(boost::asio::buffer(_recv_node->_msg, _recv_node->_total_len),std::bind(&Session::ReadCallBack, this, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2));_recv_pending = true;
}
void Session::ReadCallBack(const boost::system::error_code& ec, std::size_t bytes_transferred)
{if (ec.value() != 0){std::cout << "Error! Code is " << ec.value() << ".Message is " << ec.message() << std::endl;return;}if (_recv_node->_cur_len + bytes_transferred < _recv_node->_total_len){_recv_node->_cur_len += bytes_transferred;_socket->async_read_some(boost::asio::buffer(_recv_node->_msg + _recv_node->_cur_len, _recv_node->_total_len - _recv_node->_cur_len),std::bind(&Session::ReadCallBack, this, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2));return;}_recv_pending = false;
}

async_receive

void Session::ReadCallBack(const boost::system::error_code& ec, std::size_t bytes_transferred)
{if (ec.value() != 0){std::cout << "Error! Code is " << ec.value() << ".Message is " << ec.message() << std::endl;return;}if (_recv_node->_cur_len + bytes_transferred < _recv_node->_total_len){_recv_node->_cur_len += bytes_transferred;_socket->async_read_some(boost::asio::buffer(_recv_node->_msg + _recv_node->_cur_len, _recv_node->_total_len - _recv_node->_cur_len),std::bind(&Session::ReadCallBack, this, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2));return;}_recv_pending = false;
}void Session::ReadAllFromSocket()
{if (_recv_pending){return;}_recv_node = std::make_shared<MsgNode>(RECVSIZE);_socket->async_receive(boost::asio::buffer(_recv_node->_msg, _recv_node->_total_len),std::bind(&Session::ReadAllCallBack, this, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2));_recv_pending = true;
}
void Session::ReadAllCallBack(const boost::system::error_code& ec, std::size_t bytes_transferred)
{if (ec.value() != 0){std::cout << "Error! Code is " << ec.value() << ".Message is " << ec.message() << std::endl;return;}_recv_pending = false;
}