《Linux多執行緒服務端編程》是電子工業出版社2013年出版的圖書，作者是陳碩。
基本介紹
- 作者：陳碩
- ISBN：9787121192821
- 頁數：610
- 定價：89.00元
- 出版社：電子工業出版社
- 出版時間：2013-1-15
- 裝幀：平裝
- 副標題：使用muduo C++網路庫
內容介紹,作者介紹,作品目錄,
內容介紹
本書主要講述採用現代C++ 在x86-64 Linux 上編寫多執行緒TCP 網路服務程式的
主流常規技術，重點講解一種適應性較強的多執行緒伺服器的編程模型，即one loop
per thread。這是在Linux 下以native 語言編寫用戶態高性能網路程式最成熟的模
式，掌握之後可順利地開發各類常見的服務端網路應用程式。本書以muduo 網路庫
為例，講解這種編程模型的使用方法及注意事項。
本書的宗旨是貴精不貴多。掌握兩種基本的同步原語就可以滿足各種多執行緒同步
的功能需求，還能寫出更易用的同步設施。掌握一種進程間通信方式和一種多執行緒網
絡編程模型就足以應對日常開發任務，編寫運行於公司區域網路環境的分散式服務系統。
作者介紹
陳碩，北京師範大學碩士，擅長C++ 多執行緒網路編程和實時分散式系統架構。
曾在摩根史坦利IT 部門工作5 年，從事實時外匯交易系統開發。現在在美國加州矽
谷某網際網路大公司工作，從事大規模分散式系統的可靠性工程。編寫了開源C++ 網
絡庫muduo，參與翻譯了《代碼大全（第2 版）》和《C++ 編程規範（繁體版）》，整
理了《C++ Primer （第4 版）（評註版）》，並曾多次在各地技術大會演講。
作品目錄
第1 部分C++ 多執行緒系統編程1
第1章 執行緒安全的對象生命期管理3
1.1 當析構函式遇到多執行緒. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.1 執行緒安全的定義. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.1.2 MutexLock 與MutexLockGuard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.1.3 一個執行緒安全的Counter 示例. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2 對象的創建很簡單. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.3 銷毀太難. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.3.1 mutex 不是辦法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.3.2 作為數據成員的mutex 不能保護析構. . . . . . . . . . . . . . . 8
1.4 執行緒安全的Observer 有多難. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.5 原始指針有何不妥. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.6 神器shared_ptr/weak_ptr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.7 插曲：系統地避免各種指針錯誤. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.8 套用到Observer 上. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.9 再論shared_ptr 的執行緒安全. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.10 shared_ptr 技術與陷阱. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.11 對象池. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.11.1 enable_shared_from_this . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.11.2 弱回調. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.12 替代方案. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.13 心得與小結. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.14 Observer 之謬. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
第2章 執行緒同步精要31
2.1 互斥器（mutex） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.1.1 只使用非遞歸的mutex . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.1.2 死鎖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.2 條件變數（condition variable） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.3 不要用讀寫鎖和信號量. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.4 封裝MutexLock、MutexLockGuard、Condition . . . . . . . . . . . . . . 44
2.5 執行緒安全的Singleton 實現. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.6 sleep(3) 不是同步原語. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.7 歸納與總結. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.8 借shared_ptr 實現copy-on-write . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
第3章 多執行緒伺服器的適用場合與常用編程模型59
3.1 進程與執行緒. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.2 單執行緒伺服器的常用編程模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.3 多執行緒伺服器的常用編程模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.3.1 one loop per thread . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.3.2 執行緒池. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.3.3 推薦模式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.4 進程間通信只用TCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.5 多執行緒伺服器的適用場合. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.5.1 必須用單執行緒的場合. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.5.2 單執行緒程式的優缺點. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
3.5.3 適用多執行緒程式的場景. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.6 “多執行緒伺服器的適用場合”例釋與答疑. . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
第4章 C++ 多執行緒系統編程精要83
4.1 基本執行緒原語的選用. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
4.2 C/C++ 系統庫的執行緒安全性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
4.3 Linux 上的執行緒標識. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
4.4 執行緒的創建與銷毀的守則. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
4.4.1 pthread_cancel 與C++ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
4.4.2 exit(3) 在C++ 中不是執行緒安全的. . . . . . . . . . . . . . . . . 94
4.5 善用__thread 關鍵字. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
4.6 多執行緒與IO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
4.7 用RAII 包裝檔案描述符. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
4.8 RAII 與fork() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
4.9 多執行緒與fork() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
4.10 多執行緒與signal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
4.11 Linux 新增系統調用的啟示. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
第5章 高效的多執行緒日誌107
5.1 功能需求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
5.2 性能需求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
5.3 多執行緒異步日誌. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
5.4 其他方案. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
第2部分 muduo 網路庫123
第6章 muduo 網路庫簡介125
6.1 由來. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
6.2 安裝. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
6.3 目錄結構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
6.3.1 代碼結構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
6.3.2 例子. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
6.3.3 執行緒模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
6.4 使用教程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
6.4.1 TCP 網路編程本質論. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
6.4.2 echo 服務的實現. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
6.4.3 七步實現finger 服務. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
6.5 性能評測. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
6.5.1 muduo 與Boost.Asio、libevent2 的吞吐量對比. . . . . . . . . . 145
6.5.2 擊鼓傳花：對比muduo 與libevent2 的事件處理效率. . . . . . 148
6.5.3 muduo 與Nginx 的吞吐量對比. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
6.5.4 muduo 與ZeroMQ 的延遲對比. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
6.6 詳解muduo 多執行緒模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
6.6.1 數獨求解伺服器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
6.6.2 常見的並發網路服務程式設計方案. . . . . . . . . . . . . . . . . 160
第7章 muduo 編程示例177
7.1 五個簡單TCP 示例. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
7.2 檔案傳輸. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
7.3 Boost.Asio 的聊天伺服器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
7.3.1 TCP 分包. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
7.3.2 訊息格式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
7.3.3 編解碼器LengthHeaderCodec . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
7.3.4 服務端的實現. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
7.3.5 客戶端的實現. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
7.4 muduo Buffer 類的設計與使用. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
7.4.1 muduo 的IO 模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
7.4.2 為什麼non-blocking 網路編程中套用層buffer 是必需的. . . . 205
7.4.3 Buffer 的功能需求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
7.4.4 Buffer 的數據結構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
7.4.5 Buffer 的操作. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
7.4.6 其他設計方案. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
7.4.7 性能是不是問題. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
7.5 一種自動反射訊息類型的Google Protobuf 網路傳輸方案. . . . . . . . 220
7.5.1 網路編程中使用Protobuf 的兩個先決條件. . . . . . . . . . . . . 220
7.5.2 根據type name 反射自動創建Message 對象. . . . . . . . . . . . 221
7.5.3 Protobuf 傳輸格式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
7.6 在muduo 中實現Protobuf 編解碼器與訊息分發器. . . . . . . . . . . . 228
7.6.1 什麼是編解碼器（codec） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
7.6.2 實現ProtobufCodec . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
7.6.3 訊息分發器（dispatcher）有什麼用. . . . . . . . . . . . . . . . 232
7.6.4 ProtobufCodec 與ProtobufDispatcher 的綜合運用. . . . . . . 233
7.6.5 ProtobufDispatcher 的兩種實現. . . . . . . . . . . . . . . . . . 234
7.6.6 ProtobufCodec 和ProtobufDispatcher 有何意義. . . . . . . . . 236
7.7 限制伺服器的最大並發連線數. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
7.7.1 為什麼要限制並發連線數. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
7.7.2 在muduo 中限制並發連線數. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
7.8 定時器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
7.8.1 程式中的時間. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
7.8.2 Linux 時間函式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
7.8.3 muduo 的定時器接口. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
7.8.4 Boost.Asio Timer 示例. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
7.8.5 Java Netty 示例. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
7.9 測量兩台機器的網路延遲和時間差. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
7.10 用timing wheel 踢掉空閒連線. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
7.10.1 timing wheel 原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
7.10.2 代碼實現與改進. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
7.11 簡單的訊息廣播服務. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
7.12 “串並轉換”連線伺服器及其自動化測試. . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
7.13 socks4a 代理伺服器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
7.13.1 TCP 中繼器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
7.13.2 socks4a 代理伺服器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
7.13.3 N : 1 與1 : N 連線轉發. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
7.14 短址服務. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
7.15 與其他庫集成. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
7.15.1 UDNS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
7.15.2 c-ares DNS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
7.15.3 curl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
7.15.4 更多. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
第8章 muduo 網路庫設計與實現277
8.0 什麼都不做的EventLoop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
8.1 Reactor 的關鍵結構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
8.1.1 Channel class . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
8.1.2 Poller class . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
8.1.3 EventLoop 的改動. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287
8.2 TimerQueue 定時器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290
8.2.1 TimerQueue class . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290
8.2.2 EventLoop 的改動. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
8.3 EventLoop::runInLoop() 函式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
8.3.1 提高TimerQueue 的執行緒安全性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
8.3.2 EventLoopThread class . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
8.4 實現TCP 網路庫. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
8.5 TcpServer 接受新連線. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303
8.5.1 TcpServer class . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304
8.5.2 TcpConnection class . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
8.6 TcpConnection 下線. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308
8.7 Buffer 讀取數據. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313
8.7.1 TcpConnection 使用Buffer 作為輸入緩衝. . . . . . . . . . . . . 314
8.7.2 Buffer::readFd() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315
8.8 TcpConnection 傳送數據. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
8.9 完善TcpConnection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320
8.9.1 SIGPIPE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321
8.9.2 TCP No Delay 和TCP keepalive . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321
8.9.3 WriteCompleteCallback 和HighWaterMarkCallback . . . . . . . 322
8.10 多執行緒TcpServer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324
8.11 Connector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
8.12 TcpClient . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332
8.13 epoll . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333
8.14 測試程式一覽. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336
第3部分 工程實踐經驗談337
第9章 分散式系統工程實踐339
9.1 我們在技術浪潮中的位置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
9.1.1 分散式系統的本質困難. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343
9.1.2 分散式系統是個險惡的問題. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344
9.2 分散式系統的可靠性淺說. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349
9.2.1 分散式系統的軟體不要求7 24 可靠. . . . . . . . . . . . . . . . 352
9.2.2 “能隨時重啟進程”作為程式設計目標. . . . . . . . . . . . . . . 354
9.3 分散式系統中心跳協定的設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356
9.4 分散式系統中的進程標識. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360
9.4.1 錯誤做法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361
9.4.2 正確做法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362
9.4.3 TCP 協定的啟示. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363
9.5 構建易於維護的分散式程式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364
9.6 為系統演化做準備. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367
9.6.1 可擴展的訊息格式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368
9.6.2 反面教材：ICE 的訊息打包格式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369
9.7 分散式程式的自動化回歸測試. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370
9.7.1 單元測試的能與不能. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370
9.7.2 分散式系統測試的要點. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373
9.7.3 分散式系統的抽象觀點. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374
9.7.4 一種自動化的回歸測試方案. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375
9.7.5 其他用處. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379
9.8 分散式系統部署、監控與進程管理的幾重境界. . . . . . . . . . . . . . . 380
9.8.1 境界1：全手工操作. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382
9.8.2 境界2：使用零散的自動化腳本和第三方組件. . . . . . . . . . . 383
9.8.3 境界3：自製機群管理系統，集中化配置. . . . . . . . . . . . . 386
9.8.4 境界4：機群管理與naming service 結合. . . . . . . . . . . . . 389
第10章 C++ 編譯連結模型精要391
10.1 C 語言的編譯模型及其成因. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394
10.1.1 為什麼C 語言需要預處理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395
10.1.2 C 語言的編譯模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398
10.2 C++ 的編譯模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399
10.2.1 單遍編譯. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399
10.2.2 前向聲明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402
10.3 C++ 連結（linking） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404
10.3.1 函式重載. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406
10.3.2 inline 函式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407
10.3.3 模板. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409
10.3.4 虛函式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414
10.4 工程項目中頭檔案的使用規則. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415
10.4.1 頭檔案的害處. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416
10.4.2 頭檔案的使用規則. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417
10.5 工程項目中庫檔案的組織原則. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418
10.5.1 動態庫是有害的. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423
10.5.2 靜態庫也好不到哪兒去. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424
10.5.3 源碼編譯是王道. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428
第11章 反思C++ 面向對象與虛函式429
11.1 樸實的C++ 設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 429
11.2 程式庫的二進制兼容性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431
11.2.1 什麼是二進制兼容性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432
11.2.2 有哪些情況會破壞庫的ABI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433
11.2.3 哪些做法多半是安全的. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435
11.2.4 反面教材：COM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435
11.2.5 解決辦法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436
11.3 避免使用虛函式作為庫的接口. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436
11.3.1 C++ 程式庫的作者的生存環境. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437
11.3.2 虛函式作為庫的接口的兩大用途. . . . . . . . . . . . . . . . . . 438
11.3.3 虛函式作為接口的弊端. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439
11.3.4 假如Linux 系統調用以COM 接口方式實現. . . . . . . . . . . . 442
11.3.5 Java 是如何應對的. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443
11.4 動態庫接口的推薦做法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443
11.5 以boost::function 和boost::bind 取代虛函式. . . . . . . . . . . . . 447
11.5.1 基本用途. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450
11.5.2 對程式庫的影響. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451
11.5.3 對面向對象程式設計的影響. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453
11.6 iostream 的用途與局限. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457
11.6.1 stdio 格式化輸入輸出的缺點. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457
11.6.2 iostream 的設計初衷. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461
11.6.3 iostream 與標準庫其他組件的互動. . . . . . . . . . . . . . . . . 463
11.6.4 iostream 在使用方面的缺點. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464
11.6.5 iostream 在設計方面的缺點. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 468
11.6.6 一個300 行的memory buffer output stream . . . . . . . . . . . 476
11.6.7 現實的C++ 程式如何做檔案IO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 480
11.7 值語義與數據抽象. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482
11.7.1 什麼是值語義. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482
11.7.2 值語義與生命期. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483
11.7.3 值語義與標準庫. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 488
11.7.4 值語義與C++ 語言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 488
11.7.5 什麼是數據抽象. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 490
11.7.6 數據抽象所需的語言設施. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493
11.7.7 數據抽象的例子. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 495
第12章 C++ 經驗談501
12.1 用異或來交換變數是錯誤的. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 501
12.1.1 編譯器會分別生成什麼代碼. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 503
12.1.2 為什麼短的代碼不一定快. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 505
12.2 不要重載全局::operator new() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 507
12.2.1 記憶體管理的基本要求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 507
12.2.2 重載::operator new() 的理由. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 508
12.2.3 ::operator new() 的兩種重載方式. . . . . . . . . . . . . . . . . 508
12.2.4 現實的開發環境. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 509
12.2.5 重載::operator new() 的困境. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 510
12.2.6 解決辦法：替換malloc() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 512
12.2.7 為單獨的class 重載::operator new() 有問題嗎. . . . . . . . . 513
12.2.8 有必要自行定製記憶體分配器嗎. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 513
12.3 帶符號整數的除法與餘數. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 514
12.3.1 語言標準怎么說. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 515
12.3.2 C/C++ 編譯器的表現. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 516
12.3.3 其他語言的規定. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 516
12.3.4 腳本語言解釋器代碼. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 517
12.3.5 硬體實現. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 521
12.4 在單元測試中mock 系統調用. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 522
12.4.1 系統函式的依賴注入. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 522
12.4.2 連結期墊片（link seam） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524
12.5 慎用匿名namespace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 526
12.5.1 C 語言的static 關鍵字的兩種用法. . . . . . . . . . . . . . . . . 526
12.5.2 C++ 語言的static 關鍵字的四種用法. . . . . . . . . . . . . . . . 526
12.5.3 匿名namespace 的不利之處. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 527
12.5.4 替代辦法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529
12.6 採用有利於版本管理的代碼格式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529
12.6.1 對diff 友好的代碼格式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 530
12.6.2 對grep 友好的代碼風格. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 537
12.6.3 一切為了效率. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 538
12.7 再探std::string . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 539
12.7.1 直接拷貝（eager copy） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 540
12.7.2 寫時複製（copy-on-write） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 542
12.7.3 短字元串最佳化（SSO） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543
12.8 用STL algorithm 輕鬆解決幾道算法面試題. . . . . . . . . . . . . . . . 546
12.8.1 用next_permutation() 生成排列與組合. . . . . . . . . . . . . . 546
12.8.2 用unique() 去除連續重複空白. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 548
12.8.3 用{make,push,pop}_heap() 實現多路歸併. . . . . . . . . . . . 549
12.8.4 用partition() 實現“重排數組，讓奇數位於偶數前面” . . . . 553
12.8.5 用lower_bound() 查找IP 地址所屬的城市. . . . . . . . . . . . . 554
第4 部分附錄559
附錄A 談一談網路編程學習經驗561
附錄B 從《C++ Primer（第4 版）》入手學習C++ 579
附錄C 關於Boost 的看法591
附錄D 關於TCP 並發連線的幾個思考題與試驗593
參考文獻599
第1章 執行緒安全的對象生命期管理3
1.1 當析構函式遇到多執行緒. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.1 執行緒安全的定義. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.1.2 MutexLock 與MutexLockGuard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.1.3 一個執行緒安全的Counter 示例. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2 對象的創建很簡單. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.3 銷毀太難. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.3.1 mutex 不是辦法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.3.2 作為數據成員的mutex 不能保護析構. . . . . . . . . . . . . . . 8
1.4 執行緒安全的Observer 有多難. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.5 原始指針有何不妥. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.6 神器shared_ptr/weak_ptr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.7 插曲：系統地避免各種指針錯誤. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.8 套用到Observer 上. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.9 再論shared_ptr 的執行緒安全. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.10 shared_ptr 技術與陷阱. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.11 對象池. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.11.1 enable_shared_from_this . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.11.2 弱回調. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.12 替代方案. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.13 心得與小結. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.14 Observer 之謬. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
第2章 執行緒同步精要31
2.1 互斥器（mutex） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.1.1 只使用非遞歸的mutex . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.1.2 死鎖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.2 條件變數（condition variable） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.3 不要用讀寫鎖和信號量. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.4 封裝MutexLock、MutexLockGuard、Condition . . . . . . . . . . . . . . 44
2.5 執行緒安全的Singleton 實現. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.6 sleep(3) 不是同步原語. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.7 歸納與總結. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.8 借shared_ptr 實現copy-on-write . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
第3章 多執行緒伺服器的適用場合與常用編程模型59
3.1 進程與執行緒. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.2 單執行緒伺服器的常用編程模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.3 多執行緒伺服器的常用編程模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.3.1 one loop per thread . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.3.2 執行緒池. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.3.3 推薦模式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.4 進程間通信只用TCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.5 多執行緒伺服器的適用場合. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.5.1 必須用單執行緒的場合. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.5.2 單執行緒程式的優缺點. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
3.5.3 適用多執行緒程式的場景. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.6 “多執行緒伺服器的適用場合”例釋與答疑. . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
第4章 C++ 多執行緒系統編程精要83
4.1 基本執行緒原語的選用. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
4.2 C/C++ 系統庫的執行緒安全性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
4.3 Linux 上的執行緒標識. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
4.4 執行緒的創建與銷毀的守則. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
4.4.1 pthread_cancel 與C++ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
4.4.2 exit(3) 在C++ 中不是執行緒安全的. . . . . . . . . . . . . . . . . 94
4.5 善用__thread 關鍵字. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
4.6 多執行緒與IO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
4.7 用RAII 包裝檔案描述符. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
4.8 RAII 與fork() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
4.9 多執行緒與fork() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
4.10 多執行緒與signal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
4.11 Linux 新增系統調用的啟示. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
第5章 高效的多執行緒日誌107
5.1 功能需求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
5.2 性能需求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
5.3 多執行緒異步日誌. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
5.4 其他方案. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
第2部分 muduo 網路庫123
第6章 muduo 網路庫簡介125
6.1 由來. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
6.2 安裝. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
6.3 目錄結構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
6.3.1 代碼結構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
6.3.2 例子. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
6.3.3 執行緒模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
6.4 使用教程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
6.4.1 TCP 網路編程本質論. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
6.4.2 echo 服務的實現. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
6.4.3 七步實現finger 服務. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
6.5 性能評測. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
6.5.1 muduo 與Boost.Asio、libevent2 的吞吐量對比. . . . . . . . . . 145
6.5.2 擊鼓傳花：對比muduo 與libevent2 的事件處理效率. . . . . . 148
6.5.3 muduo 與Nginx 的吞吐量對比. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
6.5.4 muduo 與ZeroMQ 的延遲對比. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
6.6 詳解muduo 多執行緒模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
6.6.1 數獨求解伺服器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
6.6.2 常見的並發網路服務程式設計方案. . . . . . . . . . . . . . . . . 160
第7章 muduo 編程示例177
7.1 五個簡單TCP 示例. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
7.2 檔案傳輸. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
7.3 Boost.Asio 的聊天伺服器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
7.3.1 TCP 分包. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
7.3.2 訊息格式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
7.3.3 編解碼器LengthHeaderCodec . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
7.3.4 服務端的實現. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
7.3.5 客戶端的實現. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
7.4 muduo Buffer 類的設計與使用. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
7.4.1 muduo 的IO 模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
7.4.2 為什麼non-blocking 網路編程中套用層buffer 是必需的. . . . 205
7.4.3 Buffer 的功能需求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
7.4.4 Buffer 的數據結構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
7.4.5 Buffer 的操作. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
7.4.6 其他設計方案. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
7.4.7 性能是不是問題. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
7.5 一種自動反射訊息類型的Google Protobuf 網路傳輸方案. . . . . . . . 220
7.5.1 網路編程中使用Protobuf 的兩個先決條件. . . . . . . . . . . . . 220
7.5.2 根據type name 反射自動創建Message 對象. . . . . . . . . . . . 221
7.5.3 Protobuf 傳輸格式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
7.6 在muduo 中實現Protobuf 編解碼器與訊息分發器. . . . . . . . . . . . 228
7.6.1 什麼是編解碼器（codec） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
7.6.2 實現ProtobufCodec . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
7.6.3 訊息分發器（dispatcher）有什麼用. . . . . . . . . . . . . . . . 232
7.6.4 ProtobufCodec 與ProtobufDispatcher 的綜合運用. . . . . . . 233
7.6.5 ProtobufDispatcher 的兩種實現. . . . . . . . . . . . . . . . . . 234
7.6.6 ProtobufCodec 和ProtobufDispatcher 有何意義. . . . . . . . . 236
7.7 限制伺服器的最大並發連線數. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
7.7.1 為什麼要限制並發連線數. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
7.7.2 在muduo 中限制並發連線數. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
7.8 定時器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
7.8.1 程式中的時間. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
7.8.2 Linux 時間函式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
7.8.3 muduo 的定時器接口. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
7.8.4 Boost.Asio Timer 示例. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
7.8.5 Java Netty 示例. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
7.9 測量兩台機器的網路延遲和時間差. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
7.10 用timing wheel 踢掉空閒連線. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
7.10.1 timing wheel 原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
7.10.2 代碼實現與改進. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
7.11 簡單的訊息廣播服務. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
7.12 “串並轉換”連線伺服器及其自動化測試. . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
7.13 socks4a 代理伺服器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
7.13.1 TCP 中繼器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
7.13.2 socks4a 代理伺服器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
7.13.3 N : 1 與1 : N 連線轉發. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
7.14 短址服務. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
7.15 與其他庫集成. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
7.15.1 UDNS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
7.15.2 c-ares DNS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
7.15.3 curl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
7.15.4 更多. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
第8章 muduo 網路庫設計與實現277
8.0 什麼都不做的EventLoop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
8.1 Reactor 的關鍵結構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
8.1.1 Channel class . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
8.1.2 Poller class . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
8.1.3 EventLoop 的改動. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287
8.2 TimerQueue 定時器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290
8.2.1 TimerQueue class . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290
8.2.2 EventLoop 的改動. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
8.3 EventLoop::runInLoop() 函式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
8.3.1 提高TimerQueue 的執行緒安全性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
8.3.2 EventLoopThread class . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
8.4 實現TCP 網路庫. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
8.5 TcpServer 接受新連線. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303
8.5.1 TcpServer class . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304
8.5.2 TcpConnection class . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
8.6 TcpConnection 下線. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308
8.7 Buffer 讀取數據. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313
8.7.1 TcpConnection 使用Buffer 作為輸入緩衝. . . . . . . . . . . . . 314
8.7.2 Buffer::readFd() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315
8.8 TcpConnection 傳送數據. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
8.9 完善TcpConnection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320
8.9.1 SIGPIPE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321
8.9.2 TCP No Delay 和TCP keepalive . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321
8.9.3 WriteCompleteCallback 和HighWaterMarkCallback . . . . . . . 322
8.10 多執行緒TcpServer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324
8.11 Connector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
8.12 TcpClient . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332
8.13 epoll . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333
8.14 測試程式一覽. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336
第3部分 工程實踐經驗談337
第9章 分散式系統工程實踐339
9.1 我們在技術浪潮中的位置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
9.1.1 分散式系統的本質困難. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343
9.1.2 分散式系統是個險惡的問題. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344
9.2 分散式系統的可靠性淺說. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349
9.2.1 分散式系統的軟體不要求7 24 可靠. . . . . . . . . . . . . . . . 352
9.2.2 “能隨時重啟進程”作為程式設計目標. . . . . . . . . . . . . . . 354
9.3 分散式系統中心跳協定的設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356
9.4 分散式系統中的進程標識. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360
9.4.1 錯誤做法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361
9.4.2 正確做法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362
9.4.3 TCP 協定的啟示. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363
9.5 構建易於維護的分散式程式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364
9.6 為系統演化做準備. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367
9.6.1 可擴展的訊息格式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368
9.6.2 反面教材：ICE 的訊息打包格式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369
9.7 分散式程式的自動化回歸測試. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370
9.7.1 單元測試的能與不能. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370
9.7.2 分散式系統測試的要點. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373
9.7.3 分散式系統的抽象觀點. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374
9.7.4 一種自動化的回歸測試方案. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375
9.7.5 其他用處. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379
9.8 分散式系統部署、監控與進程管理的幾重境界. . . . . . . . . . . . . . . 380
9.8.1 境界1：全手工操作. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382
9.8.2 境界2：使用零散的自動化腳本和第三方組件. . . . . . . . . . . 383
9.8.3 境界3：自製機群管理系統，集中化配置. . . . . . . . . . . . . 386
9.8.4 境界4：機群管理與naming service 結合. . . . . . . . . . . . . 389
第10章 C++ 編譯連結模型精要391
10.1 C 語言的編譯模型及其成因. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394
10.1.1 為什麼C 語言需要預處理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395
10.1.2 C 語言的編譯模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398
10.2 C++ 的編譯模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399
10.2.1 單遍編譯. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399
10.2.2 前向聲明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402
10.3 C++ 連結（linking） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404
10.3.1 函式重載. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406
10.3.2 inline 函式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407
10.3.3 模板. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409
10.3.4 虛函式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414
10.4 工程項目中頭檔案的使用規則. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415
10.4.1 頭檔案的害處. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416
10.4.2 頭檔案的使用規則. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417
10.5 工程項目中庫檔案的組織原則. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418
10.5.1 動態庫是有害的. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423
10.5.2 靜態庫也好不到哪兒去. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424
10.5.3 源碼編譯是王道. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428
第11章 反思C++ 面向對象與虛函式429
11.1 樸實的C++ 設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 429
11.2 程式庫的二進制兼容性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431
11.2.1 什麼是二進制兼容性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432
11.2.2 有哪些情況會破壞庫的ABI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433
11.2.3 哪些做法多半是安全的. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435
11.2.4 反面教材：COM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435
11.2.5 解決辦法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436
11.3 避免使用虛函式作為庫的接口. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436
11.3.1 C++ 程式庫的作者的生存環境. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437
11.3.2 虛函式作為庫的接口的兩大用途. . . . . . . . . . . . . . . . . . 438
11.3.3 虛函式作為接口的弊端. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439
11.3.4 假如Linux 系統調用以COM 接口方式實現. . . . . . . . . . . . 442
11.3.5 Java 是如何應對的. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443
11.4 動態庫接口的推薦做法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443
11.5 以boost::function 和boost::bind 取代虛函式. . . . . . . . . . . . . 447
11.5.1 基本用途. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450
11.5.2 對程式庫的影響. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451
11.5.3 對面向對象程式設計的影響. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453
11.6 iostream 的用途與局限. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457
11.6.1 stdio 格式化輸入輸出的缺點. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457
11.6.2 iostream 的設計初衷. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461
11.6.3 iostream 與標準庫其他組件的互動. . . . . . . . . . . . . . . . . 463
11.6.4 iostream 在使用方面的缺點. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464
11.6.5 iostream 在設計方面的缺點. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 468
11.6.6 一個300 行的memory buffer output stream . . . . . . . . . . . 476
11.6.7 現實的C++ 程式如何做檔案IO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 480
11.7 值語義與數據抽象. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482
11.7.1 什麼是值語義. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482
11.7.2 值語義與生命期. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483
11.7.3 值語義與標準庫. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 488
11.7.4 值語義與C++ 語言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 488
11.7.5 什麼是數據抽象. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 490
11.7.6 數據抽象所需的語言設施. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493
11.7.7 數據抽象的例子. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 495
第12章 C++ 經驗談501
12.1 用異或來交換變數是錯誤的. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 501
12.1.1 編譯器會分別生成什麼代碼. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 503
12.1.2 為什麼短的代碼不一定快. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 505
12.2 不要重載全局::operator new() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 507
12.2.1 記憶體管理的基本要求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 507
12.2.2 重載::operator new() 的理由. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 508
12.2.3 ::operator new() 的兩種重載方式. . . . . . . . . . . . . . . . . 508
12.2.4 現實的開發環境. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 509
12.2.5 重載::operator new() 的困境. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 510
12.2.6 解決辦法：替換malloc() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 512
12.2.7 為單獨的class 重載::operator new() 有問題嗎. . . . . . . . . 513
12.2.8 有必要自行定製記憶體分配器嗎. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 513
12.3 帶符號整數的除法與餘數. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 514
12.3.1 語言標準怎么說. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 515
12.3.2 C/C++ 編譯器的表現. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 516
12.3.3 其他語言的規定. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 516
12.3.4 腳本語言解釋器代碼. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 517
12.3.5 硬體實現. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 521
12.4 在單元測試中mock 系統調用. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 522
12.4.1 系統函式的依賴注入. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 522
12.4.2 連結期墊片（link seam） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524
12.5 慎用匿名namespace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 526
12.5.1 C 語言的static 關鍵字的兩種用法. . . . . . . . . . . . . . . . . 526
12.5.2 C++ 語言的static 關鍵字的四種用法. . . . . . . . . . . . . . . . 526
12.5.3 匿名namespace 的不利之處. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 527
12.5.4 替代辦法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529
12.6 採用有利於版本管理的代碼格式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529
12.6.1 對diff 友好的代碼格式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 530
12.6.2 對grep 友好的代碼風格. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 537
12.6.3 一切為了效率. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 538
12.7 再探std::string . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 539
12.7.1 直接拷貝（eager copy） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 540
12.7.2 寫時複製（copy-on-write） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 542
12.7.3 短字元串最佳化（SSO） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543
12.8 用STL algorithm 輕鬆解決幾道算法面試題. . . . . . . . . . . . . . . . 546
12.8.1 用next_permutation() 生成排列與組合. . . . . . . . . . . . . . 546
12.8.2 用unique() 去除連續重複空白. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 548
12.8.3 用{make,push,pop}_heap() 實現多路歸併. . . . . . . . . . . . 549
12.8.4 用partition() 實現“重排數組，讓奇數位於偶數前面” . . . . 553
12.8.5 用lower_bound() 查找IP 地址所屬的城市. . . . . . . . . . . . . 554
第4 部分附錄559
附錄A 談一談網路編程學習經驗561
附錄B 從《C++ Primer（第4 版）》入手學習C++ 579
附錄C 關於Boost 的看法591
附錄D 關於TCP 並發連線的幾個思考題與試驗593
參考文獻599
