如何使用 boost::asio 实现嵌套协议？

Question

我正在尝试编写一个通过协议 B 处理协议 A 的服务器。

协议A是HTTP或RTSP，协议B是简单的二进制包序列：

[packet length][...encrypted packet data...]

所以我想使用这样的东西：

boost::asio::async_read_until(socket, inputBuffer, "\r\n\r\n", read_handler);

但是，不要使用socket，而是使用一些连接到协议 B 处理程序的伪套接字。

我有一些想法：

1. 忘记async_read、async_read_until等，为A和B写两个状态机。

2. 混合方法：async_read_* 用于协议 B，状态机用于 A。

3. 制作内部代理服务器。

我不喜欢 (1) 和 (2) 因为

• 很难将 A 与 B 解耦（我希望能够禁用协议 B）。

• 丑。

(3) 看起来很丑 :-)

所以问题是：我该如何实现呢？

Answer 1

我过去曾做过类似您的回答 (2) 的事情 - 使用 async_read 调用首先读取标题，然后使用另一个 async_read 读取长度并将剩余的内容转发到手写状态机。但是我不一定会向您推荐 - 您因此可能会获得协议 B 的零拷贝 IO，但是当您知道后面总是有数据时，执行读取 4-8 字节标头的 IO 调用是非常浪费的。问题是你对 2 层的网络抽象会有所不同 - 所以你提到的解耦问题确实存在。

使用固定长度的缓冲区，仅调用 async_read 然后使用 2 个嵌套状态机处理数据（就像您在答案 (1) 中基本上提出的那样）效果很好。您的每个状态机将简单地推送一些新接收到的数据（直接来自套接字或来自较低状态机）并处理它。这意味着A不会在这里耦合到B，因为如果输入/输出数据格式匹配，您可以直接从asio将数据推送到A状态机。

与此类似的是在 Netty 和 Facebook Wangle 库中使用的模式，在这些库中，您的处理程序从管道中的较低处理程序获取数据，根据该输入执行其操作并将其解码的数据输出到下一个处理程序。这些处理程序可以是状态机，但根据协议的复杂性不一定必须是。您可以从中获得一些灵感，例如查看一些 Wangle 文档：https://github.com/facebook/wangle/blob/master/tutorial.md

如果您不想将数据从一个协议处理程序推送到另一个协议处理程序，而是主动读取它（很可能以异步方式），您还可以自己设计一些接口（例如实现 async_read(... ) 方法或 PacketReader，它允许读取完整的消息而不是字节），通过您的代码（和 ByteReader 也通过 asio）实现它们并在更高级别使用它们。因此，您正在从数据处理的推式方法转向拉式方法，这有一些优点和缺点。

Answer 2

我不会讨论 boost::asio，因为这看起来更像是一种设计模式而不是网络模式。 我会使用State Pattern。这样您就可以随时更改协议。

class net_protocol {
protected:
    socket sock;

public:
    net_protocol(socket _sock) : sock(_sock) {}

    virtual net_protocol* read(Result& r) = 0;
};

class http_protocol : public net_protocol {
public:
    http_protocol(socket _sock) : net_protocol(_sock) {}

    net_protocol* read(Result& r) {
        boost::asio::async_read_until(socket, inputBuffer, "\r\n\r\n", read_handler);
        // set result, or have read_handler set it
        return this;
    }
};

class binary_protocol : public net_protocol {
public:
    binary_protocol(socket _sock) : net_protocol(_sock) {}

    net_protocol* read(Result& r) {
        // read 4 bytes as int size and then size bytes in a buffer. using boost::asio::async_read
        // set result, or have read_handler set it

        // change strategy example
        //if (change_strategy)
        //  return new http_strategy(sock);

        return this;
    }
};

你会用

初始化起始协议

std::unique_ptr<net_protocol> proto(new http_protocol(sock));

那么你会读到：

//Result result;
proto.reset(proto->read(result));

编辑：if() 返回新策略实际上是一个状态机

如果您担心那些异步读取，因此无法确定哪些返回策略，请让策略类在其 read_handler 中调用通知方法

class caller {
    std::unique_ptr<net_protocol> protocol;
    boost::mutex io_mutex;

public:
    void notify_new_strategy(const net_protocol* p) { 
        boost::unique_lock<boost::mutex> scoped_lock(mutex);
        protocol.reset(p);
    }

    void notify_new_result(const Result r) { ... }
};

如果您不需要即时更改使用的协议，则不需要 State，因此 read() 将返回 Result（或者，如果异步，则为 void 并调用 caller::notify_new_result(const Result)）。您仍然可以使用相同的方法（2 个具体类和一个虚拟类），它可能非常接近 Strategy Pattern