asio async_writeをブーストする：async_write呼び出しをインターリーブしない方法？

Question

これが私の実装です：

• クライアントAがクライアントBにメッセージを送信する
• サーバーはメッセージをasync_readで適切な量のデータで処理し、クライアントAからの新しいデータを待ちます（クライアントAをブロックしないようにするため）
• その後、サーバーは情報を処理し（おそらくmysqlクエリを実行し）、async_writeを使用してクライアントBにメッセージを送信します。

問題は、クライアントAがメッセージを非常に高速に送信すると、前のasync_writeハンドラーが呼び出される前にasync_writesがインターリーブすることです。

この問題を回避する簡単な方法はありますか？

編集1：クライアントCがクライアントAの直後にメッセージをクライアントBに送信した場合、同じ問題が発生するはずです...

編集2：これはうまくいくでしょう？ブロックしているように見えるので、どこにあるのかわかりません...

 namespace structure {                                                              
  class User {                                                                     
  public:                                                                          
    User(boost::asio::io_service& io_service, boost::asio::ssl::context& context) :
      m_socket(io_service, context), m_strand(io_service), is_writing(false) {}    

    ssl_socket& getSocket() {                                                      
      return m_socket;                                                             
    }                                                                              

    boost::asio::strand getStrand() {                                              
      return m_strand;                                                             
    }                                                                              

    void Push(std::string str) {                                                   
      m_strand.post(boost::bind(&structure::User::strand_Push, this, str));        
    }                                                                              

    void strand_Push(std::string str) {                                            

      std::cout << "pushing: " << boost::this_thread::get_id() << std::endl;       
      m_queue.Push(str);                                                           
      if (!is_writing) {                                                           
        write();                                                                   
        std::cout << "going to write" << std::endl;                                
      }                                                                            
      std::cout << "Already writing" << std::endl;                                 
    }                                                                              

    void write() {                                                                 
      std::cout << "writing" << std::endl;                                         
      is_writing = true;                                                           
      std::string str = m_queue.front();                                           
      boost::asio::async_write(m_socket,                                           
                               boost::asio::buffer(str.c_str(), str.size()),       
                               boost::bind(&structure::User::sent, this)           
                               );                                                  
    }                                                                              

    void sent() {                                                                  
      std::cout << "sent" << std::endl;                                            
      m_queue.pop();                                                               
      if (!m_queue.empty()) {                                                      
        write();                                                                   
        return;                                                                    
      }                                                                            
      else                                                                         
        is_writing = false;                                                        
      std::cout << "done sent" << std::endl;                                       
    }                                          

  private:                                     
    ssl_socket          m_socket;              
    boost::asio::strand m_strand;              
    std::queue<std::string>     m_queue;       
    bool                        is_writing;    
  };                                           
}                                              

#endif

Answer 1

この問題を回避する簡単な方法はありますか？

はい、クライアントごとに発信キューを維持します。 _async_write_完了ハンドラーのキューサイズを調べ、ゼロ以外の場合は、別の_async_write_操作を開始します。こちらがサンプルです

_#include <boost/asio.hpp>
#include <boost/bind.hpp>

#include <deque>
#include <iostream>
#include <string>

class Connection
{
public:
    Connection(
            boost::asio::io_service& io_service
            ) :
        _io_service( io_service ),
        _strand( _io_service ),
        _socket( _io_service ),
        _outbox()
    {

    }

    void write( 
            const std::string& message
            )
    {
        _strand.post(
                boost::bind(
                    &Connection::writeImpl,
                    this,
                    message
                    )
                );
    }

private:
    void writeImpl(
            const std::string& message
            )
    {
        _outbox.Push_back( message );
        if ( _outbox.size() > 1 ) {
            // outstanding async_write
            return;
        }

        this->write();
    }

    void write()
    {
        const std::string& message = _outbox[0];
        boost::asio::async_write(
                _socket,
                boost::asio::buffer( message.c_str(), message.size() ),
                _strand.wrap(
                    boost::bind(
                        &Connection::writeHandler,
                        this,
                        boost::asio::placeholders::error,
                        boost::asio::placeholders::bytes_transferred
                        )
                    )
                );
    }

    void writeHandler(
            const boost::system::error_code& error,
            const size_t bytesTransferred
            )
    {
        _outbox.pop_front();

        if ( error ) {
            std::cerr << "could not write: " << boost::system::system_error(error).what() << std::endl;
            return;
        }

        if ( !_outbox.empty() ) {
            // more messages to send
            this->write();
        }
    }


private:
    typedef std::deque<std::string> Outbox;

private:
    boost::asio::io_service& _io_service;
    boost::asio::io_service::strand _strand;
    boost::asio::ip::tcp::socket _socket;
    Outbox _outbox;
};

int
main()
{
    boost::asio::io_service io_service;
    Connection foo( io_service );
}
_

いくつかの重要なポイント

• _boost::asio::io_service::strand_は_Connection::_outbox_へのアクセスを保護します
• ハンドラは公開されているため、Connection::write()からディスパッチされます

すべてのメソッドがパブリックであるため、質問の例で同様のプラクティスを使用しているかどうかは私には明らかではありませんでした。

Answer 2

サムの素晴らしい答えを改善しようとしています。改善点は次のとおりです。

• async_writeは、完了する前にバッファからすべての1バイトを送信しようと試みます。つまり、すべての入力データを提供する必要があります書き込み操作を行わない場合、TCPパケットが従来よりも小さいため、フレーミングオーバーヘッドが増加する可能性があります。

• asio::streambufは非常に便利ですが、ゼロコピーではありません。以下の例はzero-copyアプローチを示しています：入力データチャンクをそのままの場所に保持し、スキャッター/ギャザーオーバーロードを使用しますasync_writeこれは、一連の入力バッファ（実際の入力データへの単なるポインタ）を取り込みます。

完全なソースコード：

#include <boost/asio.hpp>
#include <iostream>
#include <memory>
#include <mutex>
#include <string>
#include <thread>
#include <unordered_set>
#include <vector>

using namespace std::chrono_literals;
using boost::asio::ip::tcp;

class Server
{
  class Connection : public std::enable_shared_from_this<Connection>
  {
    friend class Server;
    void ProcessCommand(const std::string& cmd) {
      if (cmd == "stop") {
        server_.Stop();
        return;
      }
      if (cmd == "") {
        Close();
        return;
      }
      std::thread t([this, self = shared_from_this(), cmd] {
        for (int i = 0; i < 30; ++i) {
          Write("Hello, " + cmd + " " + std::to_string(i) + "\r\n");
        }
        server_.io_service_.post([this, self] {
          DoReadCmd();
        });
      });
      t.detach();
    }

    void DoReadCmd() {
      read_timer_.expires_from_now(server_.read_timeout_);
      read_timer_.async_wait([this](boost::system::error_code ec) {
        if (!ec) {
          std::cout << "Read timeout\n";
          Shutdown();
        }
      });
      boost::asio::async_read_until(socket_, buf_in_, '\n', [this, self = shared_from_this()](boost::system::error_code ec, std::size_t bytes_read) {
        read_timer_.cancel();
        if (!ec) {
          const char* p = boost::asio::buffer_cast<const char*>(buf_in_.data());
          std::string cmd(p, bytes_read - (bytes_read > 1 && p[bytes_read - 2] == '\r' ? 2 : 1));
          buf_in_.consume(bytes_read);
          ProcessCommand(cmd);
        }
        else {
          Close();
        }
      });
    }

    void DoWrite() {
      active_buffer_ ^= 1; // switch buffers
      for (const auto& data : buffers_[active_buffer_]) {
        buffer_seq_.Push_back(boost::asio::buffer(data));
      }
      write_timer_.expires_from_now(server_.write_timeout_);
      write_timer_.async_wait([this](boost::system::error_code ec) {
        if (!ec) {
          std::cout << "Write timeout\n";
          Shutdown();
        }
      });
      boost::asio::async_write(socket_, buffer_seq_, [this, self = shared_from_this()](const boost::system::error_code& ec, size_t bytes_transferred) {
        write_timer_.cancel();
        std::lock_guard<std::mutex> lock(buffers_mtx_);
        buffers_[active_buffer_].clear();
        buffer_seq_.clear();
        if (!ec) {
          std::cout << "Wrote " << bytes_transferred << " bytes\n";
          if (!buffers_[active_buffer_ ^ 1].empty()) // have more work
            DoWrite();
        }
        else {
          Close();
        }
      });
    }
    bool Writing() const { return !buffer_seq_.empty(); }

    Server& server_;
    boost::asio::streambuf buf_in_;
    std::mutex buffers_mtx_;
    std::vector<std::string> buffers_[2]; // a double buffer
    std::vector<boost::asio::const_buffer> buffer_seq_;
    int active_buffer_ = 0;
    bool closing_ = false;
    bool closed_ = false;
    boost::asio::deadline_timer read_timer_, write_timer_;
    tcp::socket socket_;
  public:
    Connection(Server& server) : server_(server), read_timer_(server.io_service_), write_timer_(server.io_service_), socket_(server.io_service_) {
    }

    void Start() {
      socket_.set_option(tcp::no_delay(true));
      DoReadCmd();
    }

    void Close() {
      closing_ = true;
      if (!Writing())
        Shutdown();
    }

    void Shutdown() {
      if (!closed_) {
        closing_ = closed_ = true;
        boost::system::error_code ec;
        socket_.shutdown(tcp::socket::shutdown_both, ec);
        socket_.close();
        server_.active_connections_.erase(shared_from_this());
      }
    }

    void Write(std::string&& data) {
      std::lock_guard<std::mutex> lock(buffers_mtx_);
      buffers_[active_buffer_ ^ 1].Push_back(std::move(data)); // move input data to the inactive buffer
      if (!Writing())
        DoWrite();
    }

  };

  void DoAccept() {
    if (acceptor_.is_open()) {
      auto session = std::make_shared<Connection>(*this);
      acceptor_.async_accept(session->socket_, [this, session](boost::system::error_code ec) {
        if (!ec) {
          active_connections_.insert(session);
          session->Start();
        }
        DoAccept();
      });
    }
  }

  boost::asio::io_service io_service_;
  tcp::acceptor acceptor_;
  std::unordered_set<std::shared_ptr<Connection>> active_connections_;
  const boost::posix_time::time_duration read_timeout_ = boost::posix_time::seconds(30);
  const boost::posix_time::time_duration write_timeout_ = boost::posix_time::seconds(30);

public:
  Server(int port) : acceptor_(io_service_, tcp::endpoint(tcp::v6(), port), false) { }

  void Run() {
    std::cout << "Listening on " << acceptor_.local_endpoint() << "\n";
    DoAccept();
    io_service_.run();
  }

  void Stop() {
    acceptor_.close();
    {
      std::vector<std::shared_ptr<Connection>> sessionsToClose;
      copy(active_connections_.begin(), active_connections_.end(), back_inserter(sessionsToClose));
      for (auto& s : sessionsToClose)
        s->Shutdown();
    }
    active_connections_.clear();
    io_service_.stop();
  }

};

int main() {
  try {
    Server srv(8888);
    srv.Run();
  }
  catch (const std::exception& e) {
    std::cerr << "Error: " << e.what() << "\n";
  }
}