libuv基础

        libuv强制使用异步和事件驱动的编程风格。它的核心工作是提供一个event-loop&＃xff0c;还有基于I/O和其它事件通知的回调函数。libuv还提供了一些核心工具&＃xff0c;例如定时器&＃xff0c;非阻塞的网络支持&＃xff0c;异步文件系统访问&＃xff0c;子进程等。

        Event loops

        在事件驱动编程中&＃xff0c;程序会关注每一个事件&＃xff0c;并且对每一个事件的发生做出反应。libuv会负责将来自操作系统的事件收集起来&＃xff0c;或者监视其他来源的事件。这样&＃xff0c;用户就可以注册回调函数&＃xff0c;回调函数会在事件发生的时候被调用。event-loop会一直保持运行状态。用伪代码描述如下&＃xff1a;

        举几个事件的例子&＃xff1a;

• 准备好被写入的文件。
• 包含准备被读取的数据的socket。
• 超时的定时器。

         event-loop最终会被uv_run()启动&＃xff0d;当使用libuv时&＃xff0c;最后都会调用的函数。

        系统编程中最经常处理的一般是输入和输出&＃xff0c;而不是一大堆的数据处理。问题在于传统的输入/输出函数(例如read&＃xff0c;fprintf)都是阻塞式的。实际上&＃xff0c;向文件写入数据&＃xff0c;从网络读取数据所花的时间&＃xff0c;对比CPU的处理速度差得太多。任务没有完成&＃xff0c;函数是不会返回的&＃xff0c;所以你的程序在这段时间内什么也做不了。对于需要高性能的的程序来说&＃xff0c;这是一个主要的障碍因为其他活动和I/O操作都在保持等待。

        其中一个标准的解决方案是使用多线程。每一个阻塞的I/O操作都会被分配到各个线程中&＃xff08;或者是使用线程池&＃xff09;。当某个线程一旦阻塞&＃xff0c;处理器就可以调度处理其他需要cpu资源的线程。

        但是libuv使用了另外一个解决方案&＃xff0c;那就是异步&＃xff0c;非阻塞风格。大多数的现代操作系统提供了基于事件通知的子系统。例如&＃xff0c;一个正常的socket上的read调用会发生阻塞&＃xff0c;直到发送方把信息发送过来。但是&＃xff0c;实际上程序可以请求操作系统监视socket事件的到来&＃xff0c;并将这个事件通知放到事件队列中。这样&＃xff0c;程序就可以很简单地检查事件是否到来&＃xff08;可能此时正在使用cpu做数值处理的运算&＃xff09;&＃xff0c;并及时地获取数据。说libuv是异步的&＃xff0c;是因为程序可以在一头表达对某一事件的兴趣&＃xff0c;并在另一头获取到数据&＃xff08;对于时间或是空间来说&＃xff09;。它是非阻塞是因为应用程序无需在请求数据后等待&＃xff0c;可以自由地做其他的事。libuv的事件循环方式很好地与该模型匹配, 因为操作系统事件可以视为另外一种libuv事件. 非阻塞方式可以保证在其他事件到来时被尽快处理&＃xff08;当然还要考虑硬件的能力&＃xff09;。

NOTE:

        我们不需要关心I/O在后台是如何工作的&＃xff0c;但是由于我们的计算机硬件的工作方式&＃xff0c;线程是处理器最基本的执行单元&＃xff0c;libuv和操作系统通常会运行后台/工作者线程, 或者采用非阻塞方式来轮流执行任务。

        HELLO WORLD

        让我们开始写第一个libuv程序吧&＃xff01;它什么都没做&＃xff0c;只是开启了一个loop&＃xff0c;然后很快地退出了。

#include
#include
#include int main() {uv_loop_t *loop &＃61; malloc(sizeof(uv_loop_t));uv_loop_init(loop);printf("Now quitting.\n");uv_run(loop, UV_RUN_DEFAULT);uv_loop_close(loop);free(loop);return 0;
}

        这个程序会很快就退出了&＃xff0c;因为没有可以很处理的事件。我们可以使用各种API函数来告诉event-loop我们要监视的事件。

        从libuv的1.0版本开始&＃xff0c;用户就可以在使用uv_loop_init初始化loop之前&＃xff0c;给其分配相应的内存。这就允许你植入自定义的内存管理方法。记住要使用uv_loop_close(uv_loop_t *)关闭loop&＃xff0c;然后再回收内存空间。在例子中&＃xff0c;程序退出的时候会关闭loop&＃xff0c;系统也会自动回收内存。对于长时间运行的程序来说&＃xff0c;合理释放内存很重要。

        Default loop

        可以使用uv_default_loop获取libuv提供的默认loop。如果你只需要一个loop的话&＃xff0c;可以使用这个。

Note&＃xff1a;

        nodejs中使用了默认的loop作为自己的主loop。如果你在编写nodejs的绑定&＃xff0c;你应该注意一下。

Error handling

        初始化函数或者同步执行的函数&＃xff0c;会在执行失败后返回代表错误的负数。但是对于异步执行的函数&＃xff0c;会在执行失败的时候&＃xff0c;给它们的回调函数传递一个状态参数。错误信息被定义为UV_E*常量。

        你可以使用uv_strerror(int)和uv_err_name(int)分别获取const char *格式的错误信息和错误名字。

        I/O函数的回调函数&＃xff08;例如文件和socket等&＃xff09;会被传递一个nread参数。如果nread小于0&＃xff0c;就代表出现了错误&＃xff08;当然&＃xff0c;UV_EOF是读取到文件末端的错误&＃xff0c;你要特殊处理&＃xff09;。

##Handles and Requests

        libuv的工作建立在用户表达对特定事件的兴趣。这通常通过创造对应I/O设备&＃xff0c;定时器&＃xff0c;进程等的handle来实现。handle是不透明的数据结构&＃xff0c;其中对应的类型uv_TYPE_t中的type指定了handle的使用目的。

        libuv watchers

        handle代表了持久性对象。在异步的操作中&＃xff0c;相应的handle上有许多与之关联的request。request是短暂性对象&＃xff08;通常只维持在一个回调函数的时间&＃xff09;&＃xff0c;通常对映着handle上的一个I/O操作。Requests用来在初始函数和回调函数之间&＃xff0c;传递上下文。例如uv_udp_t代表了一个udp的socket&＃xff0c;然而&＃xff0c;对于每一个向socket的写入的完成后&＃xff0c;都会向回调函数传递一个uv_udp_send_t。

  handle可以通过下面的函数设置&＃xff1a;

uv_TYPE_init(uv_loop_t *, uv_TYPE_t *)

        回调函数是libuv所关注的事件发生后&＃xff0c;所调用的函数。应用程序的特定逻辑会在回调函数中实现。例如&＃xff0c;一个IO监视器的回调函数会接收到从文件读取到的数据&＃xff0c;一个定时器的回调函数会在超时后被触发等等。

        Idling

        下面有一个使用空转handle的例子。回调函数在每一个循环中都会被调用。在Utilities这部分会讲到一些空转handle的使用场景。现在让我们使用一个空转监视器&＃xff0c;然后来观察它的生命周期&＃xff0c;接着看uv_run调用会造成阻塞。当达到事先规定好的计数后&＃xff0c;空转监视器会退出。因为uv_run已经找不到活着的事件监视器了&＃xff0c;所以uv_run()也退出。

idle-basic/main.c

#include
#include int64_t counter &＃61; 0;void wait_for_a_while(uv_idle_t* handle) {counter&＃43;&＃43;;if (counter >&＃61; 10e6)uv_idle_stop(handle);
}int main() {uv_idle_t idler;uv_idle_init(uv_default_loop(), &idler);uv_idle_start(&idler, wait_for_a_while);printf("Idling...\n");uv_run(uv_default_loop(), UV_RUN_DEFAULT);uv_loop_close(uv_default_loop());return 0;
}

        Storing context

        在基于回调函数的编程风格中&＃xff0c;你可能会需要在调用处和回调函数之间&＃xff0c;传递一些上下文等特定的应用信息。所有的handle和request都有一个data域&＃xff0c;可以用来存储信息并传递。这是一个c语言库中很常见的模式。即使是uv_loop_t也有一个相似的data域。