异步I/O库-libuv介绍-编程知识

1.简介

libuv是一个跨平台的支持事件驱动的异步I/O的库，使开发者可以以非阻塞的方式执行文件I/O操作、网络通信、子进程管理等。

libuv的主要特点包括：

事件循环：libuv有一个基于事件循环的模型，它不断地轮询事件，并在事件发生时调用相应的回调函数。
异步I/O：libuv提供了异步文件I/O和网络I/O的接口，使得开发者可以执行I/O操作而不阻塞主线程。
线程池：libuv使用线程池来处理一些不能以非阻塞方式执行的I/O操作，如文件系统操作在某些操作系统上。
DNS解析：libuv提供了异步DNS解析的接口。
高分辨率时钟：libuv提供了高精度的时间测量接口。

libuv的使用通常涉及以下几个步骤：

初始化：使用uv_loop_init初始化事件循环。
创建句柄：根据需要创建相应的句柄，如TCP句柄、UDP句柄等。
启动事件循环：使用uv_run启动事件循环。
关闭句柄：在不再需要句柄时，使用uv_close关闭句柄。
清理资源：在程序结束时，使用uv_loop_close清理事件循环。

2.常用接口介绍

uv_loop_t - 事件循环

uv_loop_init(uv_loop_t*)：初始化一个事件循环。
uv_run(uv_loop_t*,uv_run_mode)：开始运行事件循环。uv_run_mode 可以是 UV_RUN_DEFAULT、UV_RUN_ONCE 或UV_RUN_NOWAIT。
uv_loop_close(uv_loop_t*)：关闭事件循环并释放相关资源。

uv_handle_t - 句柄基类

uv_handle_size(uv_handle_type)：返回特定类型句柄的大小。
uv_close(uv_handle_t*, uv_close_cb)：关闭一个句柄并释放资源。当句柄关闭完成后，会调用
uv_close_cb 回调函数。

uv_tcp_t - TCP 句柄

uv_tcp_init(uv_loop_t*, uv_tcp_t*)：初始化一个 TCP 句柄。
uv_tcp_bind(uv_tcp_t*, const struct sockaddr*, unsigned int)：将 TCP句柄绑定到指定的地址和端口。
uv_tcp_connect(uv_connect_t*, uv_tcp_t*, const struct sockaddr*, uv_connect_cb)：异步连接到服务器。连接成功或失败时会调用 uv_connect_cb 回调函数。

uv_udp_t - UDP 句柄

uv_udp_init(uv_loop_t*, uv_udp_t*)：初始化一个 UDP 句柄。
uv_udp_bind(uv_udp_t*, const struct sockaddr*, unsigned int)：将 UDP句柄绑定到指定的地址端口。
uv_udp_recv_start(uv_udp_t*, uv_alloc_cb,uv_udp_recv_cb)：开始接收 UDP 数据。uv_alloc_cb 用于分配接收缓冲区，uv_udp_recv_cb用于处理接收到的数据。

uv_timer_t - 定时器

uv_timer_init(uv_loop_t*, uv_timer_t*)：初始化一个定时器。
uv_timer_start(uv_timer_t*, uv_timer_cb, uint64_t,uint64_t)：启动定时器。uv_timer_cb 是定时器超时时的回调函数，uint64_t 参数指定第一次超时时间和重复间隔。
uv_timer_stop(uv_timer_t*)：停止定时器。

uv_work_t - 工作线程

uv_queue_work(uv_loop_t*, uv_work_t*, uv_work_cb,
uv_after_work_cb)：将工作推送到 libuv 的线程池中执行。uv_work_cb
是在线程池中执行的工作函数，uv_after_work_cb 是工作完成后在事件循环线程中调用的回调函数。

uv_process_t - 进程

uv_spawn(uv_loop_t*, uv_process_t*, constuv_process_options_t*)：创建一个新进程。
uv_process_kill(uv_process_t*, int)：发送信号到进程。

uv_fs_t - 文件系统操作

uv_fs_open(uv_loop_t*, uv_fs_t*, const char*, int, int,uv_fs_cb)：异步打开文件。
uv_fs_read(uv_loop_t*, uv_fs_t*, uv_file, const uv_buf_t*, unsigned int, int64_t, uv_fs_cb)：异步读取文件。
uv_fs_write(uv_loop_t*, uv_fs_t*, uv_file, const uv_buf_t*, unsigned int, int64_t, uv_fs_cb)：异步写入文件。

3.环境搭建

下载地址：https://github.com/libuv/libuv
下载完成，进行解压，然后使用cmake编译。
configure->Generate->Open Project
在这里插入图片描述
生成库如下图所示：

拷贝头文件和lib、dll目录到demo程序，然后配置visual sudio环境。具体步骤请看前面文章配置。

4.示例

TCP服务端：

#include <iostream>
#include <string>
extern "C"
{
#include "uv.h"
}void on_alloc(uv_handle_t* handle, size_t suggested_size, uv_buf_t* buf) {buf->base = (char*)malloc(suggested_size);buf->len = suggested_size;
}void on_read(uv_stream_t* client, ssize_t nread, const uv_buf_t* buf) {if (nread < 0) {// 如果读取错误或连接已关闭，释放内存并关闭客户端uv_close((uv_handle_t*)client, NULL);free(buf->base);return;}std::string message = "Hello, World!\n";uv_write_t* req = (uv_write_t*)malloc(sizeof(uv_write_t));uv_buf_t wrbuf = uv_buf_init((char*)message.c_str(), message.length());uv_write(req, client, &wrbuf, 1, [](uv_write_t* req, int status) {free(req);if (status < 0) {std::cerr << "Write error: " << uv_strerror(status) << std::endl;}});// 释放内存free(buf->base);
}void on_new_connection(uv_stream_t* server, int status) {if (status < 0) {std::cerr << "New connection error: " << uv_strerror(status) << std::endl;return;}uv_tcp_t* client = (uv_tcp_t*)malloc(sizeof(uv_tcp_t));uv_tcp_init(uv_default_loop(), client);if (uv_accept(server, (uv_stream_t*)client) == 0) {uv_read_start((uv_stream_t*)client, on_alloc, on_read);}else {uv_close((uv_handle_t*)client, NULL);}
}int main() 
{uv_tcp_t server;uv_tcp_init(uv_default_loop(), &server);struct sockaddr_in addr;uv_ip4_addr("0.0.0.0", 8080, &addr);uv_tcp_bind(&server, (const struct sockaddr*)&addr, 0);int r = uv_listen((uv_stream_t*)&server, 128, on_new_connection);if (r) {std::cerr << "Listen error: " << uv_strerror(r) << std::endl;return 1;}std::cout << "Listening on port 8080..." << std::endl;uv_run(uv_default_loop(), UV_RUN_DEFAULT);return 0;
}

TCP客户端：

void on_connect(uv_connect_t* req, int status) {if (status < 0) {std::cerr << "Connect error: " << uv_strerror(status) << std::endl;return;}// 连接成功，发送数据uv_stream_t* stream = req->handle;std::string message = "Hello, Server!\n";uv_write_t* write_req = (uv_write_t*)malloc(sizeof(uv_write_t));uv_buf_t buf = uv_buf_init((char*)message.c_str(), message.length());uv_write(write_req, stream, &buf, 1, [](uv_write_t* req, int status) {free(req);if (status < 0) {std::cerr << "Write error: " << uv_strerror(status) << std::endl;}});
}void on_read(uv_stream_t* client, ssize_t nread, const uv_buf_t* buf) {if (nread < 0) {// 如果读取错误或连接已关闭，释放内存并关闭客户端uv_close((uv_handle_t*)client, NULL);free(buf->base);return;}// 打印接收到的数据std::cout.write(buf->base, nread);// 释放内存free(buf->base);
}int main() {uv_tcp_t* socket = (uv_tcp_t*)malloc(sizeof(uv_tcp_t));uv_tcp_init(uv_default_loop(), socket);struct sockaddr_in dest;uv_ip4_addr("127.0.0.1", 8080, &dest);uv_connect_t* connect_req = (uv_connect_t*)malloc(sizeof(uv_connect_t));uv_tcp_connect(connect_req, socket, (const struct sockaddr*)&dest, on_connect);// 开始读取数据uv_read_start((uv_stream_t*)socket, [](uv_handle_t* handle, size_t suggested_size, uv_buf_t* buf) {buf->base = (char*)malloc(suggested_size);buf->len = suggested_size;}, on_read);std::cout << "Connecting to server..." << std::endl;uv_run(uv_default_loop(), UV_RUN_DEFAULT);// 清理资源free(socket);free(connect_req);return 0;
}