利用libev进行高效的事件驱动编程

在编程过程中，需要经常处理各种各样的事件（比如网络连接的建立和关闭、文件的读写等等）。这时候，我们需要设计一套高效的事件驱动机制。而在其中，libev便是一种非常优秀的选择，本文将从多个方面介绍如何使用libev进行事件驱动编程。

一、libev的基本概念

首先要介绍的是libev的基本概念。这些概念将会贯穿整篇文章。

1. event loop（事件循环）

事件循环是libev的核心，它可以同时处理多个事件，比如读写操作、定时器等等。事件循环执行的过程就是一个无限循环，将不断地接受事件，调用相应的回调函数进行处理。事件循环使用epoll系统调用进行监听。

#include <ev.h>

int main()
{
    struct ev_loop *loop = ev_default_loop(0);
    ev_loop(loop, 0);
    return 0;
}

2. watcher（观察者）

事件循环中的观察者是libev的另一个核心概念，它代表着不同类型的事件。观察者有几种类型：

• IO观察者：通过该观察者可以等待文件描述符上的输入和输出事件。
• 定时器观察者：通过该观察者可以创建和管理定时器。
• 信号观察者：通过该观察者可以监听系统信号。
• 子进程观察者：通过该观察者可以监听子进程的退出事件。

观察者需要指定事件循环以及回调函数，当事件触发时，回调函数将被调用。

void cb(struct ev_loop *loop, ev_io *w, int revents)
{
    // 调用回调函数
}

int main()
{
    struct ev_loop *loop = ev_default_loop(0);
    ev_io watcher;
    ev_io_init(&watcher, cb, STDIN_FILENO, EV_READ);
    ev_io_start(loop, &watcher);
    ev_loop(loop, 0);
    return 0;
}

二、使用IO观察者实现网络编程

1. 监听socket的事件循环

使用IO观察者实现网络编程时，需要在事件循环中监听socket的读写事件。当有连接进来时，回调函数将会被调用。

void on_connect(struct ev_loop *loop, ev_io *watcher, int revents)
{
    if (EV_ERROR & revents) {
        perror("got invalid event");
        return;
    }
    ...

    // 新建一个IO观察者，并注册事件
    struct ev_io *client_watcher = (struct ev_io*) malloc(sizeof(struct ev_io));
    ev_io_init(client_watcher, on_read, client_sock_fd, EV_READ);
    ev_io_start(loop, client_watcher);
}

int main()
{
    ...
    // 创建socket，并监听
    int server_sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    ...
    ev_io_init(&server_watcher, on_connect, server_sock_fd, EV_READ);
    ev_io_start(loop, &server_watcher);
    ...
}

2. 处理客户端读写事件

在IO观察者的回调函数中，需要处理客户端的读写事件。当收到数据时，回调函数将会被调用。

void on_read(struct ev_loop *loop, ev_io *watcher, int revents)
{
    if (EV_ERROR & revents) {
        perror("got invalid event");
        return;
    }
    ...
    // 读数据
    ssize_t read_size = read(watcher->fd, buffer, BUF_SIZE);
    ...
    // 写数据
    ssize_t sent_size = send(watcher->fd, data, size, 0);
    ...
}

三、使用定时器观察者进行任务调度

1. 创建定时器观察者

使用定时器观察者可以管理定时器，即在一定时间后触发某个事件。创建定时器观察者时需要指定回调函数。

void on_timeout(struct ev_loop *loop, ev_timer *watcher, int revents)
{
    ...
}

int main()
{
    ...
    // 新建定时器观察者
    ev_timer timeout_watcher;
    ev_timer_init(&timeout_watcher, on_timeout, 2.0, 0.0);
    ev_timer_start(loop, &timeout_watcher);
    ...
}

2. 取消定时器

如果需要取消定时器，可以使用ev_timer_stop函数。

ev_timer_stop(loop, &timeout_watcher);

四、使用信号观察者监听系统信号

1. 创建信号观察者

使用信号观察者可以监听系统信号，当信号被触发时回调函数将被调用。

void on_signal(struct ev_loop *loop, ev_signal *watcher, int revents)
{
    if (watcher->signum == SIGINT) {
        // Ctrl+C
        ...
        // 停止事件循环
        ev_break(loop, EVBREAK_ALL);
    } else if (watcher->signum == SIGTERM) {
        // kill命令
        ...
    }
}

int main()
{
    ...
    // 新建信号观察者
    ev_signal signal_watcher;
    ev_signal_init(&signal_watcher, on_signal, SIGINT);
    ev_signal_start(loop, &signal_watcher);
    ...
}

2. 停止事件循环

使用ev_break函数可以停止事件循环。

ev_break(loop, EVBREAK_ALL);

五、使用子进程观察者实现异步任务

1. 创建子进程观察者

使用子进程观察者可以监听子进程的退出事件，并在子进程退出后调用回调函数。

void on_child_exit(struct ev_loop *loop, ev_child *watcher, int revents)
{
    ...
}

int main()
{
    ...
    // 创建一个子进程
    pid_t pid = fork();
    ...
    // 新建子进程观察者
    ev_child child_watcher;
    ev_child_init(&child_watcher, on_child_exit, pid, 0);
    ev_child_start(loop, &child_watcher);
    ...
}

2. 启动异步任务

可以使用fork函数启动一个异步任务。

pid_t pid = fork();
if (pid == 0) {
    // 子进程，执行异步任务
    ...
    exit(0);
}

六、总结

到这里，我们已经介绍了如何使用libev进行事件驱动编程，包括使用IO观察者实现网络编程、使用定时器观察者进行任务调度、使用信号观察者监听系统信号以及使用子进程观察者实现异步任务。通过这些示例，读者可以更好地理解libev的基本概念以及如何使用它进行事件驱动编程。