高性能 Socket 組件 HP-Socket v3.2.1-RC4 發布

dumiyue 10年前發布 | 18K 次閱讀 HP-Socket JessMA TCP/UDP Socket C/C++

HP-Socket

  HP-Socket 是一套通用的高性能 TCP/UDP Socket 組件,包含服務端組件、客戶端組件和 Agent 組件,廣泛適用于各種不同應用場景的 TCP/UDP 通信系統,提供 C/C++、C#、Delphi、E、Java 等編程語言開發接口。HP-Socket 對通信層實現完全封裝,上層應用不必關注通信層的任何細節;HP-Socket 提供基于事件通知模型的 API 接口,能非常簡單高效地整合到新舊應用程序中。為了讓使用者能方便快速地學習和使用 HP-Socket,迅速掌握組件的設計思想和使用方法,特此精心制作了大量 Demo 示例,包括 PUSH 模型示例、PULL模型示例和性能測試示例等。HP-Socket 目前運行在 Windows 平臺,將來會實現跨平臺支持。

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通用性

  • 通信組件的唯一職責就是接受和發送字節流,絕對不能參與上層協議解析等工作;
  • 與上層使用者解耦、互不依賴,組件與使用者通過操作接口和監聽器接口進行交互,組件實現操作接口為上層提供操作方法;使用者實現監聽器接口把自己注冊為組件的 Listener,接收組件通知。因此,任何使用者只要實現了監聽器接口都可以使用組件;另一方面,甚至可以自己重新寫一個實現方式完全不同的組件實現給使用者調用,只要該組件遵從組件的操作接口,這也是 DIP 設計原則的體現。

可用性

  可用性對所有通用組件都是至關重要的,如果太難用還不如自己重頭寫一個來得方便。因此,組件的操作接口和監聽器接口設計得盡量簡單易用(通俗來說就是“傻瓜化”),這兩個接口的主要方法均不超過 5 個。另外,組件完全封裝了所有的底層 Socket 通信,上層應用看不到任何通信細節,不必也不能干預任何通信操作,Socket 連接被抽象為 Connection ID,該參數作為連接標識提供給上層應用識別不同的連接。

高性能

  作為底層的通用組件,性能問題是必須考慮的,絕對不能成為系統的瓶頸。而另一方面,從實際出發,根據客戶端組件與服務端組件的性能要求采用不同的 Socket 模型。組件在設計上充分考慮了性能、現實使用情景、可用性和實現復雜性等因素,確保滿足性能要求的同時又不會寫得太復雜。做出以下兩點設計決策:

  • 客戶端:在單獨線程中實現 Socket 通信交互,這樣可以避免與主線程或其他線程相互干擾;I/O 模型選擇 Event Select 通信模型。每個組件對象管理一個 Socket 連接。
  • 服務端:采用高效的 IOCP 通信模型;利用緩存池技術,在通信的過程中,通常需要頻繁的申請和釋放內存緩沖區,建立了動態緩存池, 只有當緩存池中沒有可用對象時才創建新對象,而當緩存對象過多時則會壓縮緩存池;另外,組件的動態內存通過私有堆(Private Heap)機制分配,避免與 new / malloc 競爭同時又減少內存空洞。
  • Agent:對于代理服務器或中轉服務器等應用場景,服務器自身也作為客戶端向其它服務器發起大規模連接,一個 Agent 組件對象管理多個 Socket 連接,與服務端采用相同的技術架構,可以用作代理服務器或中轉服務器的客戶端部件。

伸縮性

  可以根據實際的使用環境要求設置組件的各項性能參數(如:工作線程的數量、各種緩存池的大小、收發緩沖區的大小、Socket 監聽隊列的大小、Accep 派發的數目以及心跳檢查的間隔等)。

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*** v3.2.1 更新 ***

 > 增加 TcpAgent / TcpPullAgent 通信組件:

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  1. 對于代理服務器或中轉服務器等應用場景,服務器自身也作為客戶端向其它服務器發起大規模連接
  2. TcpClient / TcpPullClient 基于 Event Select 通信模型,每個組件對象管理一個 Socket,并開啟一個線程,不適合上述應用場景
  3. TcpAgent / TcpPullAgent 基于 IOCP 通信模型,一個組件對象管理多個 Socket,適合用作代理服務器或中轉服務器的客戶端通信組件
  4. TcpAgent / TcpPullAgent 的使用方式依然簡單,提供以下接口方法:
    /* 1) 通知接口方法 */
    OnPrepareConnect(CONNID dwConnID, SOCKET socket)
    OnConnect(CONNID dwConnID)
    OnSend(CONNID dwConnID, const BYTE* pData, int iLength)
    OnReceive(CONNID dwConnID, const BYTE* pData, int iLength)  //(Push 模型)
    OnReceive(CONNID dwConnID, int iLength)                     //(Pull 模型)
    OnClose(CONNID dwConnID)
    OnError(CONNID dwConnID, EnSocketOperation enOperation, int iErrorCode)
    OnAgentShutdown()
    
    /* 2) 主要操作方法 */
    Start(LPCTSTR pszBindAddress = nullptr, BOOL bAsyncConnect = TRUE)
    Stop()
    Connect(LPCTSTR pszRemoteAddress, USHORT usPort, CONNID* pdwConnID = nullptr)
    Send(CONNID dwConnID, const BYTE* pBuffer, int iLength)
    Disconnect(CONNID dwConnID, BOOL bForce = TRUE)
    Fetch(CONNID dwConnID, BYTE* pData, int iLength)    //(Pull 模型)
  5. 增加 TcpAgent / TcpPullAgent 使用示例:Agent-PFM / Agent-Pull / Agent-4C


> 增加 HPSocket for Java SDK:

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  1. 提供 Java 開發包:hpsocket-3.2.1.jar(通過 JNA 實現,目前只支持 Windows 平臺)
  2. 運行環境:JDK 1.6+,JVM 運行在 server 模式("java -server",在 client 模式下性能受影響)
  3. MBCS 和 Unicode 版本分布位于包 org.jessma.hpsocket.mbcs 和 org.jessma.hpsocket.unicode
  4. HPSocket for Java SDK 提供以下通信組件:
    1) TcpServer:TCP 通信服務端組件,支持 PUSH/PULL 模型
    2) TcpClient:TCP 通信客戶端組件,支持 PUSH/PULL 模型
    3) TcpAgent :TCP 通信 Agent 組件,支持 PUSH/PULL 模型
    4) UdpServer:UDP 通信服務端組件,支持 PUSH 模型
    5) UdpClient:UDP 通信客戶端組件,支持 PUSH 模型
  5. HPSocket4J 的使用方法(以 TcpAgent 為例):
    /* 0: 應用程序加入 hpsocket-3.2.1.jar 和 jna-4.1.0.jar */
    
    /* 1: 創建通信組件對象 */
    TcpAgent agent = TcpAgent.create(Mode.PUSH);
    
    /* 2: 設置回調函數對象 */
    // (可選)
    agent.setCallBackOnPrepareConnect(new OnPrepareConnectImpl());
    // (可選)
    agent.setCallBackOnConnect(new OnConnectImpl());
    // (必須)PUSH 模型需要設置 OnReceive 回調函數對象
    agent.setCallBackOnReceive(new OnReceiveImpl());
    // (必須)PULL 模型需要設置 OnPullReceive 回調函數對象
    // agent.setCallBackOnPullReceive(new OnPullReceiveImpl());
    // (可選)
    agent.setCallBackOnSend(new OnSendImpl());
    // (必須)
    agent.setCallBackOnClose(new OnCloseImpl());
    // (必須)
    agent.setCallBackOnError(new OnErrorImpl());
    // (可選)
    agent.setCallBackOnAgentShutdown(new OnAgentShutdownImpl());
    
    /* 3:啟動通信組件 */
    agent.start("127.0.0.1", false);
    
    /* 4:連接服務器 */
    agent.connect("localhost", (short)5555, pdwConnID);
    
    /* 5:處理通信數據 */
    // 響應 OnReceive / OnPullReceive 事件接收數據
    // 使用 agent.send(dwConnID, data, data.length) 發送數據
    
    /* 6:關閉通信組件 */
    agent.stop();
    
    /* 7:銷毀通信組件 */
    TcpAgent.destroy(agent);
  6. 增加示例工程 TestEcho-4J,展示 HPSocket4J 的使用方法(包括 PULL 模型示例和性能測試示例)


> 優化數據發送策略:

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  1. Client 組件采用 PACK 發送模式,盡量把多個發送操作的數據組合在一起發送
  2. Server 和 Agent 組件提供以下三種數據發送策略
    1)PACK - 打包模式(默認):盡量把多個發送操作的數據組合在一起,增加傳輸效率
    2)SAFE - 安全模式       :盡量把多個發送操作的數據組合在一起,控制傳輸速度,避免緩沖區溢出
    3)DIRECT - 直接模式     :對每一個發送操作都直接投遞,適用于負載不高但要求實時性較高的場合

> 其它更新:

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  1. IServer 的 GetClientAddress() 方法改名為 GetRemoteAddress()
  2. IClient 的 Send() 方法刪除 “CONNID dwConnID” 參數
  3. IClient/IServer/IAgent 的 Send() 方法增加發送數據緩沖區指針偏移量參數 “int iOffset”
  4. 增加 EnSendPolicy 枚舉類型,IServer/IAgent 增加發送模式設置方法 SetSendPolicy()
  5. EnServerError / EnClientError 枚舉類型合并為 EnSocketError
  6. EnSocketError / EnHandleResult / EnFetchResult 枚舉類型從原所在類中移到外部
  7. IClient/IServer/IAgent 增加方法:BOOL GetPendingDataLength(),獲取連接中未發出數據的長度
  8. HPSocket4C.dll 增加方法 SendPart(),支持指定緩沖區指針偏移量
  9. 增加 HPSocket for C# SDK(由 int 2e 提供)
  10. 公共代碼包 vc-common-src 更新為 v2.3.4(參考:vc-common-src v2.3.4 的 Change Log)
  11. 修復 Bug:CTcpServer 重復啟動、停止引起內存泄漏
  12. 修復 Bug:CUdpServer 長時間運行容易造成程序崩潰

> 升級說明:

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  1. HP-Socket v3.2.1 在功能上兼容 HP-Socket v3.1.3 及以前版本
  2. 接口有變化,需要根據提示修改程序代碼;注意:現有程序不能直接替換 v3.1.3 的 DLL
  3. EnServerError / EnClientError 枚舉類型合并為 EnSocketError,注意一些枚舉值發生了變化

*** v3.1.3 更新 ***

 > 增加其它語言 Demo:

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  1. C#
  2. Delphi
  3. E 語言

> Bug Fix:

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  1. 修復 IP 地址判斷錯誤 Bug
     
    1) 客戶端連接服務器時,如果服務器 IP 地址滿位(12個數字:‘AAA.BBB.CCC.DDD’),IP 地址解析錯誤
    2) 影響組件:所有 TCP/UDP 客戶端組件
    3) 影響版本:v3.1.2 及之前所有版本
     
  2. 修復域名或主機名的 IP 地址解析錯誤 Bug
     
    1) 客戶端組件通過域名或主機名連接服務器時,可能會解析到錯誤的 IP 地址
    2) 影響組件:所有 TCP/UDP 客戶端組件
    3) 影響版本:v3.1.2 及之前所有版本

*** v3.1.2 更新 ***

 > 修改 Server 組件的 OnClose() / OnError() 事件的觸發規則:

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  1. 以前版本的 TCP/UDP Server 組件中,當關閉一個連接時可能會同時觸發一個 OnClose() 事件和若干個 OnError() 事件
  2. 由于存在上述可能性,所以應用程序需要對 OnClose() / OnError() 的處理事件代碼段進行同步
  3. 從 v3.1.2 開始,當多個 OnClose() / OnError() 事件同時發生時,組件只會向應用程序通知第一個事件,后續事件則忽略
  4. 因此,應用程序在處理 OnClose() / OnError() 事件時不必處理同步,減少了出錯的可能和編寫同步及檢測代碼的負擔
  5. 示例代碼

    /* 示例代碼一:*/
    /*----------------------------------------------------------------------------*/
    ISocketListener::EnHandleResult CServerDlg::OnClose(CONNID dwConnID)
    {
        // 以前版本:有可能存在并發的 OnClose()/OnError(),要把代碼放在臨界區中并檢測返回值
    
        CCriSecLock locallock(m_csPkgInfo); // <-- 臨界區
    
        PVOID pInfo = nullptr;
        // <-- 檢測返回值
        if(m_Server->GetConnectionExtra(dwConnID, &pInfo) && pInfo != nullptr)
        {
            m_Server->SetConnectionExtra(dwConnID, nullptr);
            delete pInfo;
        }
    }
    
    /* 示例代碼二:*/
    /*----------------------------------------------------------------------------*/
    ISocketListener::EnHandleResult CServerDlg::OnClose(CONNID dwConnID)
    {
        // v3.1.2 版本:只會接收到一個 OnClose()/OnError() 事件,能安全地移除臨界區代碼和檢測代碼
    
        PVOID pInfo = nullptr;
        m_Server->GetConnectionExtra(dwConnID, &pInfo);
        ASSERT(pInfo != nullptr);
    
        delete pInfo;
    }

*** v3.1.1 更新 ***

 > 增加導出純 C 函數的動態鏈接庫 HPSocket4C.dll:

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  1. 增加代碼文件 HPSocket4C.h 和 HPSocket4C.cpp,用于創建 HPSocket4C.dll
  2. 導出純 C 函數,讓其它語言(如:C/C#/Delphi 等)能方便地使用 HPSocket
  3. HPSocket4C.dll 使用方法
    方法一:
    ------------------------------------------------------------------------------
    (0) (C/C++ 程序)包含 HPSocket4C.h 頭文件
    (1) 調用 ::Create_HP_XxxListener() 函數創建監聽器對象
    (2) 調用 ::Create_HP_Xxx(pListener) 函數創建 HPSocket 對象
    (3) 調用 ::HP_Set_FN_Xxx_OnYyy(pListener, ...) 函數設置監聽器的回調函數
    (4) 調用相關導出函數操作 HPSocket 對象
    (5) ...... ......
    (6) 調用 ::Destroy_HP_Xxx(pSocket) 函數銷毀 HPSocket 對象
    (7) 調用 ::Destroy_HP_XxxListener(pListener) 函數銷毀監聽器對象
    
    方法二:
    ------------------------------------------------------------------------------
    (1) 應用程序把需要用到的導出函數封裝到特定語言的包裝類中
    (2) 通過包裝類封裝后,以面向對象的方式使用 HPSocket
  4. 動態鏈接庫發行版本
    (1) x86/HPSocket4C.dll     - (32位/MBCS/Release)
    (2) x86/HPSocket4C_D.dll    - (32位/MBCS/DeBug)
    (3) x86/HPSocket4C_U.dll    - (32位/UNICODE/Release)
    (4) x86/HPSocket4C_UD.dll   - (32位/UNICODE/DeBug)
    (5) x64/HPSocket4C.dll      - (64位/MBCS/Release)
    (6) x64/HPSocket4C_D.dll    - (64位/MBCS/DeBug)
    (7) x64/HPSocket4C_U.dll    - (64位/UNICODE/Release)
    (8) x64/HPSocket4C_UD.dll   - (64位/UNICODE/DeBug)

> 全面啟用 Buffer Pool 緩存機制:

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  1. Common/Src 增加代碼文件 bufferpool.h 和 bufferpool.cpp,實現 Buffer Pool 緩存機制
  2. 通過 Buffer Pool 緩存機制提升內存使用效率,減少動態內存分配和釋放操作,避免內存空洞
  3. ICTcpClient 用 CItemPool 和 TItemList 實現發送緩沖區
  4. CUdpClient 用 CItemPool 和 TItemList 實現發送緩沖區
  5. CTcpPullClient 用 CItemPool 和 TItemList 實現發送緩沖區和 PULL 緩沖區
  6. CTcpPullServer 用 CBufferPool 和 TBuffer 實現 PULL 緩沖區

*** v3.0.2 更新 ***

 > 把 HP-Socket 編譯為動態鏈接庫:

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  1. 應用程序可以通過導入源代碼或動態鏈接庫方式使用 HP-Socket
  2. 動態鏈接庫使用方法
    方法一:
    ------------------------------------------------------------------------------
    (0) 應用程序包含 SocketInterface.h 和 HPSocket.h 頭文件
    (1) 調用 HP_Create_Xxx() 函數創建 HPSocket 對象
    (2) 使用完畢后調用 HP_Destroy_Xxx() 函數銷毀 HPSocket 對象
    
    方法二:
    ------------------------------------------------------------------------------
    (0) 應用程序包含 SocketInterface.h 和 HPSocket.h 頭文件
    (1) 創建 CXxxWrapper 包裝器,通過包裝器智能指針使用 HPSocket 對象
  3. 動態鏈接庫發行版本
    (1) x86/HPSocket.dll      - (32位/MBCS/Release)
    (2) x86/HPSocket_D.dll    - (32位/MBCS/DeBug)
    (3) x86/HPSocket_U.dll    - (32位/UNICODE/Release)
    (4) x86/HPSocket_UD.dll   - (32位/UNICODE/DeBug)
    (5) x64/HPSocket.dll      - (64位/MBCS/Release)
    (6) x64/HPSocket_D.dll    - (64位/MBCS/DeBug)
    (7) x64/HPSocket_U.dll    - (64位/UNICODE/Release)
    (8) x64/HPSocket_UD.dll   - (64位/UNICODE/DeBug)

*** v3.0.1 更新 ***

 > 新增 UDP 通信組件:

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  1. 新增兩個 UDP 通信組件:CUdpServer 為服務端組件,CUdpClient 為客戶端組件
  2. 服務端組件 CUdpServer 采用 IOCP 通信模型
  3. 客戶端組件 CUdpClient 采用 Event Select 通信模型
  4. UDP 通信組件的接口與原 TCP 通信組件一致,簡單實用
  5. UDP 通信組件內置通信線路自動監測機制
  6. 新增 UDP 通信組件示例工程 TestEcho-UDP

> 代碼重構與優化:

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  1. 規范所有接口、類以及代碼文件的命名
  2. 重構和優化了大量組件代碼
  3. 服務端組件加入讀寫鎖機制,有效平衡處理性能與安全性
  4. 服務端組件的 Socket 對象緩存列表設置了鎖定時間,提高訪問的安全性

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