上一篇介紹線程架構(gòu)，現(xiàn)在介紹網(wǎng)絡(luò)底層是怎么在這個架構(gòu)上工作的
首先網(wǎng)絡(luò)io在windows下我們選擇select,linux情況下我們使用epoll,這篇文章主要是使用epoll

首先聊聊內(nèi)存對齊

內(nèi)存對齊

#pragma pack(push)
#pragma pack(4)
struct PacketHead {
    unsigned short MsgId;
};
#pragma pack(pop)

這段代碼的含義是：自定義的協(xié)議頭,并且這個PacketHead的結(jié)構(gòu)體是4字節(jié)對齊，服務(wù)端和客戶端都遵從這個協(xié)議頭的結(jié)構(gòu)。
在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中，連續(xù)發(fā)送5條10KB的消息，在邏輯上認(rèn)為它是一條一條發(fā)送的，但在真實的網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中卻不是嚴(yán)格按照一條一條數(shù)據(jù)到達(dá)接收端的，可能一次收到5KB，也可能一次就收到15KB，這就是網(wǎng)絡(luò)編程中常說的粘包問題。那么我們?nèi)绾闻袛嗍盏搅艘粋€完整協(xié)議呢？為了解決這個問題，需要在邏輯層手動為它加上一個協(xié)議頭，這個協(xié)議頭的定義是自由的，但最重要的一個數(shù)據(jù)是size，表示本協(xié)議的大小。
我們規(guī)定這個協(xié)議的格式遵循：
2字節(jié)（unsigned short） + 4字節(jié)（PacketHead） +body
其中開始的2字節(jié)是代表本協(xié)議的大?。ㄖ劣诒緟f(xié)議的大小包括不包括自己 看設(shè)計者怎么考慮了，兩種都行，我們選擇包含自己）。
收到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的時候，首先緩沖區(qū)中年將已收到的數(shù)據(jù)大小與一個協(xié)議頭的大小（2字節(jié)）相比較，如果小于一個協(xié)議頭，就不處理，等到大于等于一個協(xié)議頭的時候，再把協(xié)議頭讀出來，然后取到協(xié)議的size，如果緩沖區(qū)的size還沒大于等于這個size就說明數(shù)據(jù)還沒接受完，等到數(shù)據(jù)大于等于這個size了，就說明一個完整的協(xié)議發(fā)送完畢了，如果這個數(shù)據(jù)解析完了還剩下數(shù)據(jù) ，那么剩下的數(shù)據(jù)就是下一個協(xié)議頭，然后依舊按照之前的邏輯反復(fù)操作就行。

image.png

這篇文章講pragma的 不懂的可以看看 https://www.cnblogs.com/yangguang-it/p/7392726.html

協(xié)議體

在早期的游戲編程中，協(xié)議內(nèi)容一般是由程序員自定義一個結(jié)構(gòu)類型。以登錄為例，它的結(jié)構(gòu)類型的定義可能如下：

struct AccountCheck{
    unsigned short Version;
    char Account[128];
    char Password[128];
};

結(jié)構(gòu)類型定義完成之后，在代碼中實現(xiàn)序列化，并轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制串。這個結(jié)構(gòu)類型一旦定義，客戶端和服務(wù)端就必須使用相同的格式。當(dāng)數(shù)據(jù)從客戶端到達(dá)服務(wù)端時，以同樣的規(guī)則反序列化，生成一個結(jié)構(gòu)體（Struct）。
自定義結(jié)構(gòu)類型有一定的優(yōu)勢，執(zhí)行效率相對來說比較高，序列化與反序列化都是清晰可見的。但自定義結(jié)構(gòu)類型有一個致命的缺點，當(dāng)客戶端和服務(wù)端協(xié)議結(jié)構(gòu)不一致時，容易引起異?；蛘咤礄C(jī)，必須解決這類兼容問題。特別是對于在線游戲，有人對協(xié)議進(jìn)行分析試探的時候，傳來的協(xié)議可能是錯誤的。我們必須有一個根本的認(rèn)識，從網(wǎng)絡(luò)傳來的協(xié)議任何時候都是不可靠的，它有可能是一個偽客戶端。
另一方面，在上面自定義的結(jié)構(gòu)類型的結(jié)構(gòu)體中加了一個Version字段，隨著游戲上線的時間增長，我們要修改原來的協(xié)議變得十分煩瑣。因為既要考慮到舊的結(jié)構(gòu)體，又要處理新的結(jié)構(gòu)體。常用的辦法就是增加Version字段，同一個協(xié)議的每一個不同的版本都需要處理。
現(xiàn)在不需要這么復(fù)雜的步驟了，有了一個可替代方案，就是Google提供的Protocol Buffer開源項目，簡稱Protobuf。Protobuf是跨平臺的，并提供多種語言版本，也就是說，服務(wù)端和客戶端的編程語言可以不一致，數(shù)據(jù)卻可以通用。序列化和反序列化功能Protobuf都已經(jīng)完成了，不需要我們過多關(guān)心，這樣可以把編碼的重心放在游戲邏輯上。

Packet具體實現(xiàn)

class Packet : public Buffer {
public:
    //Packet();
    Packet(const int msgId, SOCKET socket);
    ~Packet();

    template<class ProtoClass>
    ProtoClass ParseToProto()
    {
        ProtoClass proto;
        proto.ParsePartialFromArray(GetBuffer(), GetDataLength());
        return proto;
    }

    template<class ProtoClass>
    void SerializeToBuffer(ProtoClass& protoClase)
    {
        auto total = protoClase.ByteSizeLong();
        while (GetEmptySize() < total)
        {
            ReAllocBuffer();
        }

        protoClase.SerializePartialToArray(GetBuffer(), total);
        FillData(total);
    }

    void Dispose() override;
    void CleanBuffer();

    char* GetBuffer() const;
    unsigned short GetDataLength() const;
    int GetMsgId() const;
    void FillData(unsigned int size);
    void ReAllocBuffer();
    SOCKET GetSocket() const;

private:
    int _msgId;
    SOCKET _socket;
};

先聊成員：
1._msgId: protobuf對應(yīng)的msgId
2._socket:packet主要是接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，那么必定是某個connect函數(shù)返回的socket。這個socket成員就與之對應(yīng)

在講成員函數(shù)之前，先看看這個類繼承于Buffer對象，大概理解就是一個緩沖區(qū)。至于緩沖區(qū)干了什么，我們再看Buffer類是啥：

Buffer類

class Buffer :public IDisposable
{
public:
    virtual unsigned int GetEmptySize();
    void ReAllocBuffer(unsigned int dataLength);
    unsigned int GetEndIndex() const
    {
        return _endIndex;
    }

    unsigned int GetBeginIndex() const
    {
        return _beginIndex;
    }

    unsigned int GetTotalSize() const
    {
        return _bufferSize;
    }

protected:
    char* _buffer{ nullptr };
    unsigned int _beginIndex{ 0 }; // 
    unsigned int _endIndex{ 0 };

    unsigned int _bufferSize{ 0 }; // 
};

看關(guān)鍵成員：char* _buffer;
原來這個緩沖區(qū)就是一個char字符數(shù)組
并且有一個開始index，和結(jié)束index，同時還有一個已經(jīng)存儲數(shù)據(jù)的大小記錄字段_bufferSize;再仔細(xì)看，原來這個是個環(huán)形的緩沖區(qū)，為什么是環(huán)形，后面仔細(xì)說明。

再看關(guān)鍵函數(shù)ReAllocBuffer

void Buffer::ReAllocBuffer(const unsigned int dataLength)
{
    if (_bufferSize >= MAX_SIZE) {
        std::cout << "Buffer::Realloc except!! " << std::endl;
    }

    char* tempBuffer = new char[_bufferSize + ADDITIONAL_SIZE];
    unsigned int _newEndIndex;
    if (_beginIndex < _endIndex)
    {
        ::memcpy(tempBuffer, _buffer + _beginIndex, _endIndex - _beginIndex);
        _newEndIndex = _endIndex - _beginIndex;
    }
    else
    {
        if (_beginIndex == _endIndex && dataLength <= 0)
        {
            _newEndIndex = 0;
        }
        else 
        {
            ::memcpy(tempBuffer, _buffer + _beginIndex, _bufferSize - _beginIndex);
            _newEndIndex = _bufferSize - _beginIndex;

            if (_endIndex > 0)
            {
                ::memcpy(tempBuffer + _newEndIndex, _buffer, _endIndex);
                _newEndIndex += _endIndex;
            }
        }
    }

    _bufferSize += ADDITIONAL_SIZE;

    delete[] _buffer;
    _buffer = tempBuffer;

    _beginIndex = 0;
    _endIndex = _newEndIndex;

    //std::cout << "Buffer::Realloc. _bufferSize:" << _bufferSize << std::endl;
}

這是buffer長度再分配函數(shù)。
1.首先判斷——bufferSize是否超出了最大長度MAX_SIZE（假設(shè)是1024）。
2.生成一個新的長為 _bufferSize + ADDITIONAL_SIZE（設(shè)定為10）的char類型數(shù)組
3.聲明一個新的名為：_newEndIndex變量 （先不說原因 下面會講）
4.如果beginIndex < endIndex
如圖所示

image.png

那么就將beginIndex到endIndex的數(shù)據(jù)拷貝到新的char*數(shù)組中，此時上面的newIndex就應(yīng)該是：
_newEndIndex = _endIndex - _beginIndex;

image.png

原來第三點為什么要聲明新的endIndex的原因是：因為在重新拷貝數(shù)據(jù)的時候，將內(nèi)存重新整理過了

5.如果beginIndex >= endIndex
如圖所示：

image.png

這樣就可以看出 原來這是環(huán)形的緩沖區(qū)，那么這個時候也需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的拷貝以及內(nèi)存的重新的對齊

image.png

這里的處理方式是分段進(jìn)行拷貝，先拷貝beginIndex的，再拷貝endIndex的。
最終結(jié)果和上面的一致：

image.png

剩下的步驟就不仔細(xì)說了，挺簡單的。

這樣我們就學(xué)習(xí)到了環(huán)形緩沖區(qū)的寫法，學(xué)會之后，再回到pakcet類當(dāng)中來。

packet類方法解析：

Packet::Packet(const int msgId, SOCKET socket)
{
    _socket = socket;  
    _msgId = msgId; 
    CleanBuffer();

    _bufferSize = DEFAULT_PACKET_BUFFER_SIZE;
    _beginIndex = 0;
    _endIndex = 0;
    _buffer = new char[_bufferSize];
}

這是構(gòu)造函數(shù)主要干這幾件事：注冊msgId，賦值connectSocket，初始化buffer。

再看別的函數(shù)

Packet::~Packet()
{
    CleanBuffer();
}

void Packet::Dispose()
{
    _msgId = 0;
    _beginIndex = 0;
    _endIndex = 0;
}

void Packet::CleanBuffer()
{
    if (_buffer != nullptr)
        delete[] _buffer;

    _beginIndex = 0;
    _endIndex = 0;
    _bufferSize = 0;
}

char* Packet::GetBuffer() const
{
    return _buffer;
}

unsigned short Packet::GetDataLength() const
{
    return _endIndex - _beginIndex;
}

int Packet::GetMsgId() const
{
    return _msgId;
}

void Packet::FillData(const unsigned int size)
{
    _endIndex += size;
}

void Packet::ReAllocBuffer()
{
    Buffer::ReAllocBuffer(_endIndex - _beginIndex);
}

SOCKET Packet::GetSocket() const
{
    return _socket;
}

看完會發(fā)現(xiàn)，很簡單。甚至沒有讀數(shù)據(jù)的邏輯，這是為什么呢？
那么就需要來介紹protobuf了

最關(guān)鍵的兩個模板函數(shù)：

    template<class ProtoClass>
    ProtoClass ParseToProto()
    {
        ProtoClass proto;
        proto.ParsePartialFromArray(GetBuffer(), GetDataLength());
        return proto;
    }

    template<class ProtoClass>
    void SerializeToBuffer(ProtoClass& protoClase)
    {
        auto total = protoClase.ByteSizeLong();
        while (GetEmptySize() < total)
        {
            ReAllocBuffer();
        }

        protoClase.SerializePartialToArray(GetBuffer(), total);
        FillData(total);
    }

說這兩個方法之前 就需要說到protobuff的用法了。
首先假設(shè)和客戶端需要規(guī)定一個消息，這個消息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)名叫TestMsg,里面有兩個成員 一個msg，一個index

image.png

并且這個消息的msgId為1

image.png

那么在pakcet的封裝中，MsgId就是對應(yīng)的這個msgId，如果是1 那么packet的數(shù)據(jù)就可以解析成TestMsg的格式。但是如果不解析的話，那么這條數(shù)據(jù)將會是二進(jìn)制的，怎么解析數(shù)據(jù)呢？
就用到了上面兩個模板函數(shù)
當(dāng)用戶拿到了這個MsgId為1的數(shù)據(jù) 需要將這個packet反序列化成我們需要的TestMsg結(jié)構(gòu)，只需要調(diào)用

image.png

這樣protoObj就可以獲取到 TestMsg的 id和index字段供我們使用了。

于此同時 另外一個函數(shù)是在發(fā)送方，想要發(fā)一個數(shù)據(jù)的時候，將這個數(shù)據(jù)打包成packet，并進(jìn)行序列化

image.png

這樣我們就不需要關(guān)心這個數(shù)據(jù)是怎么變成二進(jìn)制的，全靠protobuf幫助就行了。