Question

我正在开发一个涉及boost::beast websocket / http混合服务器的项目，该服务器运行在boost::asio之上。我的项目基于advanced_server.cpp示例来源。

它工作正常，但是现在我正在尝试添加一项功能，该功能需要向所有连接的客户端发送消息。

我对boost::asio不是很熟悉，但是现在我看不出有什么方法可以播放“广播”事件（如果这是正确的术语）。

我天真的方法是看看我是否可以构造websocket_session()附加类似事件监听器的东西，并且析构函数会分离监听器。此时，我可以触发事件，并使所有当前有效的websocket会话（websocket_session()的生命周期范围内）执行回调。

有https://stackoverflow.com/a/17029022/268006，使用boost::asio::steady_timer或多或少地做了我想要的（ab），但这似乎是一种可怕的黑客，可以完成一些非常简单的事情。< / p>

基本上，给定有状态boost::asio服务器，如何在多个连接上进行操作？

Answer 1

首先关闭：您可以广播UDP，但这不是连接客户端。那只是...... UDP。

其次，该链接显示了如何在Asio中使用条件变量（事件）类似的接口。这只是你问题的一小部分。你忘记了大局：你需要了解一组开放的连接，无论如何：

e.g。为每个连接保留一个会话指针容器（weak_ptr）
订阅信号槽的每个连接（例如Boost Signals）。

选项1.非常适合性能，选项2更适合灵活性（将事件源与订阅者分离，使得异构订阅者成为可能，例如不是来自连接）。

因为我认为选项1比线程更简单，所以更好w.r.t.效率（您可以例如从一个缓冲区为所有客户端提供服务而无需复制）并且您可能不需要双重解耦信号/插槽，让我参考一下我已经展示了纯Asio（没有Beast）的答案：< / p>

How to design proper release of a boost::asio socket or wrapper thereof

它显示了“连接池”的概念 - 它本质上是具有一些垃圾收集逻辑的weak_ptr<connection>对象的线程安全容器。

演示：介绍Echo Server

在chatting about things之后我想花时间实际演示这两种方法，所以我完全清楚我在说什么。

首先让我们用

具有多个并发连接
每个连接的会话逐行从客户端读取，并将相同的回送回客户端
在3秒后停止接受，并在最后一个客户端断开连接后退出

<强> master branch on github

#include <boost/asio.hpp>
#include <memory>
#include <list>
#include <iostream>

namespace ba = boost::asio;
using ba::ip::tcp;
using boost::system::error_code;
using namespace std::chrono_literals;
using namespace std::string_literals;

static bool s_verbose = false;

struct connection : std::enable_shared_from_this<connection> {
    connection(ba::io_context& ioc) : _s(ioc) {}

    void start() { read_loop(); }
    void send(std::string msg, bool at_front = false) {
        post(_s.get_io_service(), [=] { // _s.get_executor() for newest Asio
            if (enqueue(std::move(msg), at_front))
                write_loop();
        });
    }

  private:
    void do_echo() {
        std::string line;
        if (getline(std::istream(&_rx), line)) {
            send(std::move(line) + '\n');
        }
    }

    bool enqueue(std::string msg, bool at_front)
    { // returns true if need to start write loop
        at_front &= !_tx.empty(); // no difference
        if (at_front)
            _tx.insert(std::next(begin(_tx)), std::move(msg));
        else
            _tx.push_back(std::move(msg));

        return (_tx.size() == 1);
    }
    bool dequeue()
    { // returns true if more messages pending after dequeue
        assert(!_tx.empty());
        _tx.pop_front();
        return !_tx.empty();
    }

    void write_loop() {
        ba::async_write(_s, ba::buffer(_tx.front()), [this,self=shared_from_this()](error_code ec, size_t n) {
                if (s_verbose) std::cout << "Tx: " << n << " bytes (" << ec.message() << ")" << std::endl;
                if (!ec && dequeue()) write_loop();
            });
    }

    void read_loop() {
        ba::async_read_until(_s, _rx, "\n", [this,self=shared_from_this()](error_code ec, size_t n) {
                if (s_verbose) std::cout << "Rx: " << n << " bytes (" << ec.message() << ")" << std::endl;
                do_echo();
                if (!ec)
                    read_loop();
            });
    }

    friend struct server;
    ba::streambuf          _rx;
    std::list<std::string> _tx;
    tcp::socket            _s;
};

struct server {
    server(ba::io_context& ioc) : _ioc(ioc) {
        _acc.bind({{}, 6767});
        _acc.set_option(tcp::acceptor::reuse_address());
        _acc.listen();
        accept_loop();
    }

    void stop() {
        _ioc.post([=] {
                _acc.cancel();
                _acc.close();
            });
    }

  private:
    void accept_loop() {
        auto session = std::make_shared<connection>(_acc.get_io_context());
        _acc.async_accept(session->_s, [this,session](error_code ec) {
             auto ep = ec? tcp::endpoint{} : session->_s.remote_endpoint();
             std::cout << "Accept from " << ep << " (" << ec.message() << ")" << std::endl;

             session->start();
             if (!ec)
                 accept_loop();
        });
    }

    ba::io_context& _ioc;
    tcp::acceptor _acc{_ioc, tcp::v4()};
};

int main(int argc, char** argv) {
    s_verbose = argc>1 && argv[1] == "-v"s;

    ba::io_context ioc;

    server s(ioc);

    std::thread th([&ioc] { ioc.run(); }); // todo exception handling

    std::this_thread::sleep_for(3s);
    s.stop(); // active connections will continue

    th.join();
}

方法1.添加广播消息

所以，让我们添加同时发送到所有活动连接的“广播消息”。我们加两个：

每个新连接一个（说“播放器##已进入游戏”）

模仿全局“服务器事件”的一个，就像您在问题中描述的那样）。它从main中触发：

std::this_thread::sleep_for(1s);

auto n = s.broadcast("random global event broadcast\n");
std::cout << "Global event broadcast reached " << n << " active connections\n";

请注意我们如何通过向每个接受的连接注册一个弱指针并对每个连接进行操作来执行此操作：

    _acc.async_accept(session->_s, [this,session](error_code ec) {
         auto ep = ec? tcp::endpoint{} : session->_s.remote_endpoint();
         std::cout << "Accept from " << ep << " (" << ec.message() << ")" << std::endl;

         if (!ec) {
             auto n = reg_connection(session);

             session->start();
             accept_loop();

             broadcast("player #" + std::to_string(n) + " has entered the game\n");
         }

    });

broadcast也可以直接在main中使用，只是：

size_t broadcast(std::string const& msg) {
    return for_each_active([msg](connection& c) { c.send(msg, true); });
}

<强> using-asio-post branch on github

#include <boost/asio.hpp>
#include <memory>
#include <list>
#include <iostream>

namespace ba = boost::asio;
using ba::ip::tcp;
using boost::system::error_code;
using namespace std::chrono_literals;
using namespace std::string_literals;

static bool s_verbose = false;

struct connection : std::enable_shared_from_this<connection> {
    connection(ba::io_context& ioc) : _s(ioc) {}

    void start() { read_loop(); }
    void send(std::string msg, bool at_front = false) {
        post(_s.get_io_service(), [=] { // _s.get_executor() for newest Asio
            if (enqueue(std::move(msg), at_front))
                write_loop();
        });
    }

  private:
    void do_echo() {
        std::string line;
        if (getline(std::istream(&_rx), line)) {
            send(std::move(line) + '\n');
        }
    }

    bool enqueue(std::string msg, bool at_front)
    { // returns true if need to start write loop
        at_front &= !_tx.empty(); // no difference
        if (at_front)
            _tx.insert(std::next(begin(_tx)), std::move(msg));
        else
            _tx.push_back(std::move(msg));

        return (_tx.size() == 1);
    }
    bool dequeue()
    { // returns true if more messages pending after dequeue
        assert(!_tx.empty());
        _tx.pop_front();
        return !_tx.empty();
    }

    void write_loop() {
        ba::async_write(_s, ba::buffer(_tx.front()), [this,self=shared_from_this()](error_code ec, size_t n) {
                if (s_verbose) std::cout << "Tx: " << n << " bytes (" << ec.message() << ")" << std::endl;
                if (!ec && dequeue()) write_loop();
            });
    }

    void read_loop() {
        ba::async_read_until(_s, _rx, "\n", [this,self=shared_from_this()](error_code ec, size_t n) {
                if (s_verbose) std::cout << "Rx: " << n << " bytes (" << ec.message() << ")" << std::endl;
                do_echo();
                if (!ec)
                    read_loop();
            });
    }

    friend struct server;
    ba::streambuf          _rx;
    std::list<std::string> _tx;
    tcp::socket            _s;
};

struct server {
    server(ba::io_context& ioc) : _ioc(ioc) {
        _acc.bind({{}, 6767});
        _acc.set_option(tcp::acceptor::reuse_address());
        _acc.listen();
        accept_loop();
    }

    void stop() {
        _ioc.post([=] {
                _acc.cancel();
                _acc.close();
            });
    }

    size_t broadcast(std::string const& msg) {
        return for_each_active([msg](connection& c) { c.send(msg, true); });
    }

  private:
    using connptr = std::shared_ptr<connection>;
    using weakptr = std::weak_ptr<connection>;

    std::mutex _mx;
    std::vector<weakptr> _registered;

    size_t reg_connection(weakptr wp) {
        std::lock_guard<std::mutex> lk(_mx);
        _registered.push_back(wp);
        return _registered.size();
    }

    template <typename F>
    size_t for_each_active(F f) {
        std::vector<connptr> active;
        {
            std::lock_guard<std::mutex> lk(_mx);
            for (auto& w : _registered)
                if (auto c = w.lock())
                    active.push_back(c);
        }

        for (auto& c : active) {
            std::cout << "(running action for " << c->_s.remote_endpoint() << ")" << std::endl;
            f(*c);
        }

        return active.size();
    }

    void accept_loop() {
        auto session = std::make_shared<connection>(_acc.get_io_context());
        _acc.async_accept(session->_s, [this,session](error_code ec) {
             auto ep = ec? tcp::endpoint{} : session->_s.remote_endpoint();
             std::cout << "Accept from " << ep << " (" << ec.message() << ")" << std::endl;

             if (!ec) {
                 auto n = reg_connection(session);

                 session->start();
                 accept_loop();

                 broadcast("player #" + std::to_string(n) + " has entered the game\n");
             }

        });
    }

    ba::io_context& _ioc;
    tcp::acceptor _acc{_ioc, tcp::v4()};
};

int main(int argc, char** argv) {
    s_verbose = argc>1 && argv[1] == "-v"s;

    ba::io_context ioc;

    server s(ioc);

    std::thread th([&ioc] { ioc.run(); }); // todo exception handling

    std::this_thread::sleep_for(1s);

    auto n = s.broadcast("random global event broadcast\n");
    std::cout << "Global event broadcast reached " << n << " active connections\n";

    std::this_thread::sleep_for(2s);
    s.stop(); // active connections will continue

    th.join();
}

方法2：那些用Boost Signals2进行广播

信号方法是Dependency Inversion的一个很好的例子。

最重要的注意事项：

在调用它的线程上调用信号槽（“引发事件”）
scoped_connection就在那里，因此当connection被破坏时，订阅 *自动被删除
从“已达到＃有效关联”到“已达到＃有效订阅者”的subtle difference in the wording of the console message。

差异是理解增加的灵活性的关键：信号所有者/调用者对订阅者一无所知。这就是我们所说的解耦/依赖倒置

<强> using-signals2 branch on github

#include <boost/asio.hpp>
#include <memory>
#include <list>
#include <iostream>
#include <boost/signals2.hpp>

namespace ba = boost::asio;
using ba::ip::tcp;
using boost::system::error_code;
using namespace std::chrono_literals;
using namespace std::string_literals;

static bool s_verbose = false;

struct connection : std::enable_shared_from_this<connection> {
    connection(ba::io_context& ioc) : _s(ioc) {}

    void start() { read_loop(); }
    void send(std::string msg, bool at_front = false) {
        post(_s.get_io_service(), [=] { // _s.get_executor() for newest Asio
            if (enqueue(std::move(msg), at_front))
                write_loop();
        });
    }

  private:
    void do_echo() {
        std::string line;
        if (getline(std::istream(&_rx), line)) {
            send(std::move(line) + '\n');
        }
    }

    bool enqueue(std::string msg, bool at_front)
    { // returns true if need to start write loop
        at_front &= !_tx.empty(); // no difference
        if (at_front)
            _tx.insert(std::next(begin(_tx)), std::move(msg));
        else
            _tx.push_back(std::move(msg));

        return (_tx.size() == 1);
    }
    bool dequeue()
    { // returns true if more messages pending after dequeue
        assert(!_tx.empty());
        _tx.pop_front();
        return !_tx.empty();
    }

    void write_loop() {
        ba::async_write(_s, ba::buffer(_tx.front()), [this,self=shared_from_this()](error_code ec, size_t n) {
                if (s_verbose) std::cout << "Tx: " << n << " bytes (" << ec.message() << ")" << std::endl;
                if (!ec && dequeue()) write_loop();
            });
    }

    void read_loop() {
        ba::async_read_until(_s, _rx, "\n", [this,self=shared_from_this()](error_code ec, size_t n) {
                if (s_verbose) std::cout << "Rx: " << n << " bytes (" << ec.message() << ")" << std::endl;
                do_echo();
                if (!ec)
                    read_loop();
            });
    }

    friend struct server;
    ba::streambuf          _rx;
    std::list<std::string> _tx;
    tcp::socket            _s;

    boost::signals2::scoped_connection _subscription;
};

struct server {
    server(ba::io_context& ioc) : _ioc(ioc) {
        _acc.bind({{}, 6767});
        _acc.set_option(tcp::acceptor::reuse_address());
        _acc.listen();
        accept_loop();
    }

    void stop() {
        _ioc.post([=] {
                _acc.cancel();
                _acc.close();
            });
    }

    size_t broadcast(std::string const& msg) {
        _broadcast_event(msg);
        return _broadcast_event.num_slots();
    }

  private:
    boost::signals2::signal<void(std::string const& msg)> _broadcast_event;

    size_t reg_connection(connection& c) {
        c._subscription = _broadcast_event.connect(
                [&c](std::string msg){ c.send(msg, true); }
            );

        return _broadcast_event.num_slots();
    }

    void accept_loop() {
        auto session = std::make_shared<connection>(_acc.get_io_context());
        _acc.async_accept(session->_s, [this,session](error_code ec) {
             auto ep = ec? tcp::endpoint{} : session->_s.remote_endpoint();
             std::cout << "Accept from " << ep << " (" << ec.message() << ")" << std::endl;

             if (!ec) {
                 auto n = reg_connection(*session);

                 session->start();
                 accept_loop();

                 broadcast("player #" + std::to_string(n) + " has entered the game\n");
             }

        });
    }

    ba::io_context& _ioc;
    tcp::acceptor _acc{_ioc, tcp::v4()};
};

int main(int argc, char** argv) {
    s_verbose = argc>1 && argv[1] == "-v"s;

    ba::io_context ioc;

    server s(ioc);

    std::thread th([&ioc] { ioc.run(); }); // todo exception handling

    std::this_thread::sleep_for(1s);

    auto n = s.broadcast("random global event broadcast\n");
    std::cout << "Global event broadcast reached " << n << " active subscribers\n";

    std::this_thread::sleep_for(2s);
    s.stop(); // active connections will continue

    th.join();
}

查看方法1和方法2之间的区别： Compare View on github

针对3个并发客户端运行时的输出示例：

(for a in {1..3}; do netcat localhost 6767 < /etc/dictionaries-common/words > echoed.$a& sleep .1; done; time wait)

Answer 2

@sehe的答案很棒，所以我会简短一些。一般来说，要实现一个对所有活动连接进行操作的算法，您必须执行以下操作：

维护活动连接列表。如果多个线程访问此列表，则需要同步（std::mutex）。应将新连接插入列表，当连接被销毁或变为非活动状态时，应将其从列表中删除。
要迭代列表，如果列表由多个线程访问（即多个线程调用asio::io_context::run，或者如果列表也是从未调用的线程访问{{}}，则需要同步。 1}}）
在迭代期间，如果算法需要检查或修改任何连接的状态，并且该状态可以被其他线程更改，则需要进行额外的同步。这包括任何内部＆＃34;队列＆＃34;连接对象存储的消息。
同步连接对象的一种简单方法是使用asio::io_context::run提交一个函数，以便在连接对象的上下文中执行，该上下文将是一个显式链（{{1} }，如在高级服务器示例中）或隐式链（当只有一个线程调用boost::asio::post时得到的）。 @sehe提供的方法1使用boost::asio::strand以这种方式进行同步。
同步连接对象的另一种方法是“停止世界。”＃34;这意味着调用io_context::run，等待所有线程退出，然后保证没有其他线程正在访问连接列表。然后，您可以根据需要读取和写入连接对象状态。完成连接列表后，请调用post并启动再次调用io_context::stop的线程。停止io_context::restart不会停止网络活动，内核和网络驱动程序仍然会从内部缓冲区发送和接收数据。 TCP / IP流量控制将处理事情，因此应用程序仍然可以顺利运行，即使它在“停止世界”期间变得短暂无响应。＆＃34;这种方法可以简化事情，但根据您的具体应用，您必须评估它是否适合您。

希望这有帮助！

Boost ASIO：向所有连接的客户端发送消息

2 个答案:

演示：介绍Echo Server

方法1.添加广播消息

方法2：那些用Boost Signals2进行广播