利用libev進行高效的事件驅動編程

在編程過程中，需要經常處理各種各樣的事件（比如網絡連接的建立和關閉、文件的讀寫等等）。這時候，我們需要設計一套高效的事件驅動機制。而在其中，libev便是一種非常優秀的選擇，本文將從多個方面介紹如何使用libev進行事件驅動編程。

一、libev的基本概念

首先要介紹的是libev的基本概念。這些概念將會貫穿整篇文章。

1. event loop（事件循環）

事件循環是libev的核心，它可以同時處理多個事件，比如讀寫操作、定時器等等。事件循環執行的過程就是一個無限循環，將不斷地接受事件，調用相應的回調函數進行處理。事件循環使用epoll系統調用進行監聽。

#include <ev.h>

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

2. watcher（觀察者）

事件循環中的觀察者是libev的另一個核心概念，它代表着不同類型的事件。觀察者有幾種類型：

• IO觀察者：通過該觀察者可以等待文件描述符上的輸入和輸出事件。
• 定時器觀察者：通過該觀察者可以創建和管理定時器。
• 信號觀察者：通過該觀察者可以監聽系統信號。
• 子進程觀察者：通過該觀察者可以監聽子進程的退出事件。

觀察者需要指定事件循環以及回調函數，當事件觸發時，回調函數將被調用。

void cb(struct ev_loop *loop, ev_io *w, int revents)
{
    // 調用回調函數
}

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觀察者實現網絡編程

1. 監聽socket的事件循環

使用IO觀察者實現網絡編程時，需要在事件循環中監聽socket的讀寫事件。當有連接進來時，回調函數將會被調用。

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

    // 新建一個IO觀察者，並註冊事件
    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()
{
    ...
    // 創建socket，並監聽
    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. 處理客戶端讀寫事件

在IO觀察者的回調函數中，需要處理客戶端的讀寫事件。當收到數據時，回調函數將會被調用。

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

三、使用定時器觀察者進行任務調度

1. 創建定時器觀察者

使用定時器觀察者可以管理定時器，即在一定時間後觸發某個事件。創建定時器觀察者時需要指定回調函數。

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

int main()
{
    ...
    // 新建定時器觀察者
    ev_timer timeout_watcher;
    ev_timer_init(&timeout_watcher, on_timeout, 2.0, 0.0);
    ev_timer_start(loop, &timeout_watcher);
    ...
}

2. 取消定時器

如果需要取消定時器，可以使用ev_timer_stop函數。

ev_timer_stop(loop, &timeout_watcher);

四、使用信號觀察者監聽系統信號

1. 創建信號觀察者

使用信號觀察者可以監聽系統信號，當信號被觸發時回調函數將被調用。

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

int main()
{
    ...
    // 新建信號觀察者
    ev_signal signal_watcher;
    ev_signal_init(&signal_watcher, on_signal, SIGINT);
    ev_signal_start(loop, &signal_watcher);
    ...
}

2. 停止事件循環

使用ev_break函數可以停止事件循環。

ev_break(loop, EVBREAK_ALL);

五、使用子進程觀察者實現異步任務

1. 創建子進程觀察者

使用子進程觀察者可以監聽子進程的退出事件，並在子進程退出後調用回調函數。

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

int main()
{
    ...
    // 創建一個子進程
    pid_t pid = fork();
    ...
    // 新建子進程觀察者
    ev_child child_watcher;
    ev_child_init(&child_watcher, on_child_exit, pid, 0);
    ev_child_start(loop, &child_watcher);
    ...
}

2. 啟動異步任務

可以使用fork函數啟動一個異步任務。

pid_t pid = fork();
if (pid == 0) {
    // 子進程，執行異步任務
    ...
    exit(0);
}

六、總結

到這裡，我們已經介紹了如何使用libev進行事件驅動編程，包括使用IO觀察者實現網絡編程、使用定時器觀察者進行任務調度、使用信號觀察者監聽系統信號以及使用子進程觀察者實現異步任務。通過這些示例，讀者可以更好地理解libev的基本概念以及如何使用它進行事件驅動編程。