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（比如網路連接的建立和關閉、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，它代表著不同類型的事件。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觀察者實現網路編程

1. 監聽socket的事件循環

使用IO觀察者實現網路編程時，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非同步任務

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. 啟動非同步任務

可以使用fork函數啟動一個非同步任務。

pid_t pid = fork();
if (pid == 0) {
    // 子進程，執行非同步任務
    ...
    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觀察者實現網路編程、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非同步任務。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。