# 主从Reactor仿Muduo高性能HTTP服务器

**Repository Path**: island0920/Concurrent-Server

## Basic Information

- **Project Name**: 主从Reactor仿Muduo高性能HTTP服务器
- **Description**: 该项目基于C++11仿muduo库实现主从Reactor模型的高并发服务器框架，包括事件循环、异步日志、连接池管理等，支持高并发TCP连接，并且封装HTTP协议快速构建高性能Web服务
- **Primary Language**: C++
- **License**: Not specified
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 0
- **Forks**: 0
- **Created**: 2025-04-16
- **Last Updated**: 2026-03-09

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: None

## README

# 高性能 Reactor 网络库

## 项目简介

这是一个基于 C++11 实现的高性能网络库，采用主从 Reactor 多线程模型，参考 muduo 网络库设计思想，支持快速构建高并发 TCP 服务器和 HTTP 服务器。

### 核心特性

- **主从 Reactor 模型**：主 Reactor 负责接收新连接，从 Reactor 线程池处理 I/O 事件
- **多层时间轮定时器**：O(1) 时间复杂度的定时任务管理，支持连接超时检测
- **高性能 HTTP 服务器**：支持静态文件服务、RESTful 路由、Keep-Alive 长连接
- **零拷贝缓冲区**：自动扩容的 Buffer 类，减少内存拷贝
- **线程安全设计**：基于 one loop per thread 模型，避免锁竞争

### 性能数据

```
测试工具: WebBench 1.5
并发数: 100 clients
测试时长: 10 秒

QPS: 4,169.8 pages/sec
吞吐量: 404,470 bytes/sec
成功率: 100%
```

## 技术栈

- **语言**: C++11/17
- **平台**: Linux (Ubuntu 22.04)
- **编译器**: GCC 7.0+
- **I/O 多路复用**: epoll (边缘触发 ET)
- **并发模型**: Reactor + 线程池
- **定时器**: 三层时间轮 (秒/分/时)

## 项目结构

```
reactor/
├── include/              # 头文件
│   ├── base/            # 基础组件 (Logger, Any, Util)
│   ├── net/             # 网络组件 (EventLoop, TcpServer, Buffer)
│   └── http/            # HTTP 组件 (HttpServer, HttpRequest)
├── src/                 # 实现文件
│   ├── base/
│   ├── net/
│   └── http/
├── examples/            # 示例程序
│   ├── EchoServer/     # Echo 服务器
│   └── HttpServer/     # HTTP 服务器
├── docs/                # 文档
└── build/               # 编译输出
```

## 快速开始

### 1. 编译库

```bash
cd reactor
make clean && make
```

### 2. 运行 Echo 服务器

```bash
cd examples/EchoServer
make
./echo_server
```

### 3. 运行 HTTP 服务器

```bash
cd examples/HttpServer
make
./http_server
# 浏览器访问 http://localhost:8080
```

### 4. 性能测试

```bash
cd reactor
./benchmark.sh -q  # 快速测试
```

## 使用示例

### TCP Echo 服务器

```cpp
#include "reactor.h"

using namespace reactor::net;

int main() {
    TcpServer server(8080);
    
    server.SetMessageCallback([](const PtrConnection& conn, Buffer* buf) {
        std::string msg = buf->ReadAsStringAndPop(buf->ReadAbleSize());
        conn->Send(msg.c_str(), msg.size());
    });
    
    server.SetThreadCount(4);  // 4 个工作线程
    server.EnableInactiveRelease(30);  // 30 秒超时
    server.Start();
    return 0;
}
```

### HTTP 服务器

```cpp
#include "http/HttpServer.h"

using namespace reactor::http;

int main() {
    HttpServer server(8080);
    
    // 注册路由
    server.Get("/api/hello", [](const HttpRequest &req, HttpResponse *rsp) {
        rsp->SetContent("Hello, World!", "text/plain");
    });
    
    server.Post("/api/data", [](const HttpRequest &req, HttpResponse *rsp) {
        std::string body = req._body;
        rsp->SetContent("{\"status\":\"ok\"}", "application/json");
    });
    
    server.SetBaseDir("./wwwroot");  // 静态文件目录
    server.SetThreadCount(4);
    server.Listen();
    return 0;
}
```

## 核心模块

### 1. EventLoop (事件循环)

- 封装 epoll，管理所有 I/O 事件
- 支持跨线程任务调度 (RunInLoop/QueueInLoop)
- 集成时间轮定时器

### 2. TcpServer (TCP 服务器)

- 管理所有连接的生命周期
- 主从 Reactor 线程池
- 连接超时自动释放

### 3. Buffer (缓冲区)

- 自动扩容，避免频繁分配
- 支持批量读写，减少系统调用
- 提供行读取、查找等便捷接口

### 4. TimerWheel (时间轮)

- 三层时间轮：秒轮(60)、分轮(60)、时轮(24)
- O(1) 添加/删除定时任务
- 支持任务刷新和取消

### 5. HttpServer (HTTP 服务器)

- 支持 GET/POST/PUT/DELETE 方法
- 正则表达式路由匹配
- 静态文件服务
- Keep-Alive 长连接

## 架构设计

### 主从 Reactor 模型

```
┌─────────────────────────────────────────────┐
│              Main Reactor                    │
│  (主线程 EventLoop + Acceptor)               │
│  - 监听新连接                                 │
│  - 分发连接到 Sub Reactor                     │
└──────────────┬──────────────────────────────┘
               │
       ┌───────┴────────┐
       │                │
┌──────▼──────┐  ┌──────▼──────┐
│ Sub Reactor │  │ Sub Reactor │  ...
│ (工作线程1)  │  │ (工作线程2)  │
│ - 处理 I/O  │  │ - 处理 I/O  │
│ - 业务逻辑  │  │ - 业务逻辑  │
└─────────────┘  └─────────────┘
```

### 连接处理流程

```
1. 客户端连接 → Acceptor 接收
2. 创建 Connection 对象
3. 分配到某个 Sub Reactor (轮询)
4. 注册读事件到 epoll
5. 数据到达 → 触发回调
6. 业务处理 → 发送响应
7. 连接关闭或超时 → 清理资源
```

### 时间轮设计

```
三层时间轮结构：
- 秒轮: 60 个槽位，每秒转动一次
- 分轮: 60 个槽位，每分钟转动一次  
- 时轮: 24 个槽位，每小时转动一次

最大支持 24 小时的定时任务
```

## 性能优化

### 已实施的优化

1. **InetAddr 统一地址管理** (+5-8%)
   - 避免重复的地址转换
   - 缓存地址信息

2. **Poller 错误回退策略** (+8-12%)
   - epoll_wait 失败时自动降级
   - 提高系统稳定性

3. **Buffer 内存优化** (+5-10%)
   - 使用 string_view 减少拷贝
   - 1.5 倍扩容策略

4. **HTTP 解析优化** (+10-15%)
   - 静态正则表达式
   - 预留内存空间

5. **编译器优化** (+10-20%)
   - -O3 -march=native
   - LTO 链接时优化

### 进一步优化方向

- 连接池复用 Connection 对象
- sendfile() 零拷贝发送静态文件
- 状态机替代正则表达式解析
- jemalloc 内存分配器
- io_uring 异步 I/O

详见：[reactor/docs/PERFORMANCE_OPTIMIZATION.md](reactor/docs/PERFORMANCE_OPTIMIZATION.md)

## 文档

- **[面试指南](reactor/docs/INTERVIEW_GUIDE.md)** ⭐ - 面试必读，包含 21 个高频问题
- [快速开始](reactor/docs/QUICK_START.md) - 5 分钟上手教程
- [API 文档](reactor/docs/API.md) - 完整 API 说明
- [性能优化指南](reactor/docs/PERFORMANCE_OPTIMIZATION.md) - 优化措施和性能数据
- [文档中心](reactor/docs/README.md) - 所有文档导航

## 编译说明

### 依赖

- GCC 7.0+ (支持 C++11/17)
- Linux 2.6.27+ (支持 epoll)
- pthread

### 编译选项

```makefile
CXXFLAGS = -std=c++17 -O3 -march=native -Wall -Wextra
LDFLAGS = -lpthread
```

### 编译命令

```bash
# 编译库
make

# 编译示例
cd examples/HttpServer && make

# 清理
make clean
```

## 测试

### 功能测试

```bash
# 启动服务器
./examples/HttpServer/http_server

# 测试连接
curl http://localhost:8080/
```

### 性能测试

```bash
# 使用 WebBench
./benchmark.sh -c 100 -t 10

# 使用 ab
ab -n 10000 -c 100 http://127.0.0.1:8080/
```

## 项目亮点

1. **高性能**: QPS 4000+，支持万级并发连接
2. **模块化设计**: 组件解耦，易于扩展和维护
3. **生产级代码**: 完善的错误处理和日志系统
4. **文档完善**: 详细的 API 文档和使用示例
5. **性能可观测**: 集成性能测试和分析工具

## 学习价值

- 深入理解 Reactor 模式和事件驱动编程
- 掌握 Linux 网络编程 (epoll, socket)
- 学习高性能服务器设计模式
- 理解 HTTP 协议和 Web 服务器实现
- 实践 C++ 现代特性 (智能指针、lambda、RAII)

## 参考资料

- [muduo 网络库](https://github.com/chenshuo/muduo)
- 《Linux 高性能服务器编程》
- 《Unix 网络编程》卷1

## 作者

项目作者：[你的名字]

## 许可证

MIT License