发布一个高性能的Reactor模式的C++网络库:evpp

本文 http://blog.codeg.cn/post/blog/2017-03-13-release-a-high-performance-C++11-network-library/ 是作者zieckey在研究和学习相关内容时所做的笔记,欢迎广大朋友指正和交流! 版权所有,欢迎转载和分享,但请保留此段声明。

简介

evpp是一个基于libevent开发的现代化的支持C++11特性的高性能网络库,自带TCP/UDP/HTTP等协议的异步非阻塞式的服务器和客户端库。

特性

  1. 现代版的C++11接口
  2. 非阻塞异步接口都是C++11的functional/bind形式的回调仿函数(不是libevent中的C风格的函数指针)
  3. 非阻塞纯异步多线程TCP服务器/客户端
  4. 非阻塞纯异步多线程HTTP服务器/客户端
  5. 非阻塞纯异步多线程UDP服务器
  6. 支持多进程模式
  7. 优秀的跨平台特性和高性能(继承自libevent的优点)

除此之外,基于该库之上,还提供两个附带的应用层协议库:

  1. evmc :一个纯异步非阻塞式的memcached的C++客户端库,支持membase集群模式。该库已经用于生产环境,每天发起1000多亿次memcache查询请求。详情请见:evmc readme
  2. evnsq : 一个纯异步非阻塞式的NSQ的C++客户端库,支持消费者、生产者、服务发现等特性。该库已经用于生产环境,每天生产200多亿条日志消息。详情请见:evnsq readme

将来还会推出redis的客户端库。

项目由来

我们开发小组负责的业务需要用到TCP协议来建设长连接网关服务和一些其他的一些基于TCP的短连接服务,在调研开源项目的过程中,没有发现一个合适的库来满足我们要求。结合我们自身的业务情况,理想中的C++网络库应具备一下几个特性:

  1. 接口简单易用,最好是C++接口
  2. 多线程,也能支持多进程
  3. 最好是基于libevent实现(因为现有的历史遗留框架、基础库等是依赖libevent),这样能很方便嵌入libevent的事件循环,否则改动较大或者集成起来的程序可能会有很多跨线程的调用(这些会带来编程的复杂性以及跨线程锁带来的性能下降)

基于这些需求,可供选择的不多,所以我们只能自己开发一个。开发过程中,接口设计方面基本上大部分是参考muduo项目来设计和实现的,当然也做了一些取舍和增改;同时也大量借鉴了Golang的一些设计哲学和思想。下面举几个小例子来说明一下:

  1. Duration : 这是一个时间区间相关的类,自带时间单位信息,参考了Golang项目中的Duration实现。我们在其他项目中见到太多的时间是不带单位的,例如timeout,到底是秒、毫秒还是微秒?需要看文档说明或具体实现,好一点的设计会将单位带在变量名中,例如timeout_ms,但还是没有Duration这种独立的类好。目前C++11中也有类似的实现std::chrono::duration,但稍显复杂,没有咱们这个借鉴Golang实现的版本来的简单明了
  2. Buffer : 这是一个缓冲区类,融合了muduoGolang两个项目中相关类的设计和实现
  3. http::Server : 这是一个http服务器类,自带线程池,它的事件循环和工作线程调度,完全是线程安全的,业务层不用太多关心跨线程调用问题。同时,还将http服务器的核心功能单独抽取出来形成http::Service类,是一个可嵌入型的服务器类,可以嵌入到已有的libevent事件循环中
  4. 网络地址的表达就仅仅使用"ip:port"这种形式字符串表示,就是参考Golang的设计
  5. httpc::ConnPool是一个http的客户端连接池库,设计上尽量考虑高性能和复用。以后基于此还可以增加负载均衡和故障转移等特性

另外,我们实现过程中极其重视线程安全问题,一个事件相关的资源必须在其所属的EventLoop(每个EventLoop绑定一个线程)中初始化和析构释放,这样我们能最大限度的减少出错的可能。为了达到这个目标我们重载event_addevent_del等函数,每一次调用event_add,就在对应的线程私有数据中记录该对象,在调用event_del时,检查之前该线程私有数据中是否拥有该对象,然后在整个程序退出前,再完整的检查所有线程的私有数据,看看是否仍然有对象没有析构释放。具体实现稍有区别,详细代码实现可以参考 https://github.com/Qihoo360/evpp/blob/master/evpp/inner_pre.cc#L46~L87。我们如此苛刻的追求线程安全,只是为了让一个程序能安静的平稳的退出或Reload,因为我们深刻的理解“编写永远运行的系统,和编写运行一段时间后平静关闭的系统是两码事”,后者要困难的多得多。

吞吐量Benchmark测试报告

本文用 ping pong 测试来对比evpplibeventboost.asio、muduo] 等网络的吞吐量,测试结果表明evpp吞吐量与boost.asiomuduo等相当,比libevent17%~130%左右。

evpp本身是基于libevent实现的,不过evpp只是用了libevent的事件循环,并没有用libeventevbuffer,而是自己参考muduoGolang实现了自己的网络IO读写类Buffer

性能测试相关的代码都在这里:https://github.com/Qihoo360/evpp/tree/master/benchmark/.

测试对象
  1. evpp-0.2.0 based on libevent-2.0.21
  2. boost.asio-1.53
  3. libevent-2.0.21
系统环境
  • 操作系统:Linux CentOS 6.2, 2.6.32-220.7.1.el6.x86_64
  • 硬件CPU:Intel® Xeon® CPU E5-2630 v2 @ 2.60GHz

几个简单的示例代码

TCP Echo服务器

#include <evpp/tcp_server.h>
#include <evpp/buffer.h>
#include <evpp/tcp_conn.h>

int main(int argc, char* argv[]) {
    std::string addr = "0.0.0.0:9099";
    int thread_num = 4;
    evpp::EventLoop loop;
    evpp::TCPServer server(&loop, addr, "TCPEchoServer", thread_num);
    server.SetMessageCallback([](const evpp::TCPConnPtr& conn,
                                 evpp::Buffer* msg,
                                 evpp::Timestamp ts) {
        conn->Send(msg);
    });
    server.SetConnectionCallback([](const evpp::TCPConnPtr& conn) {
        if (conn->IsConnected()) {
            LOG_INFO << "A new connection from " << conn->remote_addr();
        } else {
            LOG_INFO << "Lost the connection from " << conn->remote_addr();
        }
    });
    server.Init();
    server.Start();
    loop.Run();
    return 0;
}

HTTP Echo服务器

#include <evpp/exp.h>
#include <evpp/http/http_server.h>

int main(int argc, char* argv[]) {
    std::vector<int> ports = { 9009, 23456, 23457 };
    int thread_num = 2;
    evpp::http::Server server(thread_num);
    server.RegisterHandler("/echo",
                           [](evpp::EventLoop* loop,
                              const evpp::http::ContextPtr& ctx,
                              const evpp::http::HTTPSendResponseCallback& cb) {
        cb(ctx->body().ToString()); }
    );
    server.Init(ports);
    server.Start();
    while (!server.IsStopped()) {
        usleep(1);
    }
    return 0;
}

UDP Echo服务器

#include <evpp/exp.h>
#include <evpp/udp/udp_server.h>
#include <evpp/udp/udp_message.h>

int main(int argc, char* argv[]) {
    std::vector<int> ports = { 1053, 5353 };
    evpp::udp::Server server;
    server.SetMessageHandler([](evpp::EventLoop* loop, evpp::udp::MessagePtr& msg) {
        evpp::udp::SendMessage(msg);
    });
    server.Init(ports);
    server.Start();

    while (!server.IsStopped()) {
        usleep(1);
    }
    return 0;
}

致谢

  1. 感谢奇虎360公司对该项目的支持
  2. 感谢libevent, glog, gtest, Golang等项目
  3. evpp深度参考了muduo项目的实现和设计,非常感谢Chen Shuo