【C/C++】用 epoll 写一个 Reactor：连接对象、回调和状态机-育师

【C/C++】用 epoll 写一个 Reactor：连接对象、回调和状态机

1. Reactor 解决了什么问题

裸epoll版本里，主循环通常会写成这样：

if(events[i].data.fd==sockfd){accept(...);}else{recv(...);send(...);}

这种写法适合演示 API，但业务一复杂，主循环会越来越臃肿。比如 HTTP 要分“响应头”和“响应体”；WebSocket 要分“握手阶段”和“帧数据阶段”；长响应还要处理一次send()没写完的情况。

Reactor 模式的核心思路是：主循环只负责等事件和分发事件，真正的业务处理放到回调函数里。

本项目的reactor.c已经体现了这个结构：

epoll_wait()等待事件。
监听 fd 触发accept_cb()。
客户端 fd 读事件触发recv_cb()。
客户端 fd 写事件触发send_cb()。
每个连接的数据缓冲、写偏移、状态都放在connections[fd]里。

2. connection：把连接上下文集中管理

server.h里的struct connection是整个 Reactor 的核心数据结构：

#defineBUFFER_SIZE1024typedefint(*callback_t)(intfd);structconnection{intfd;charrbuffer[BUFFER_SIZE];intrlength;charwbuffer[BUFFER_SIZE];intwlength;intwoffset;callback_tsend_callback;union{callback_trecv_callback;callback_taccept_callback;}rcallback;FILE*fp;longfile_size;longfile_offset;charpayload[BUFFER_SIZE];intpayload_length;intstate;};

这里有几个字段很关键：

rbuffer/rlength：保存本次读到的数据。
wbuffer/wlength/woffset：保存待发送数据和当前发送偏移。
recv_callback/send_callback：把事件和处理函数绑定起来。
state：给 HTTP 或 WebSocket 这种分阶段协议使用。
fp/file_offset/file_size：用于 HTTP 大文件响应分块发送。

项目里直接用connections[fd]作为连接表，这样通过 fd 可以 O(1) 找到连接上下文。

3. 事件注册：epoll_ctl 封装成 set_event

reactor.c把epoll_ctl()封装成了set_event()：

intset_event(intfd,uint32_tevents,intopt){structepoll_eventev;ev.events=events;ev.data.fd=fd;if(epoll_ctl(epoll_fd,opt,fd,&ev)<0){perror("epoll_ctl");close(fd);return-1;}return0;}

这样添加、修改、删除事件都可以复用同一个函数：

set_event(client_fd,EPOLLIN,EPOLL_CTL_ADD);set_event(fd,EPOLLOUT,EPOLL_CTL_MOD);set_event(fd,EPOLLIN,EPOLL_CTL_DEL);

在 Reactor 中，事件不是一次性写死的。比如读到请求后，业务生成了响应数据，就应该把连接从“监听可读”切换到“监听可写”。

4. event_register：绑定 fd、事件和回调

新连接建立后，项目通过event_register()初始化连接上下文：

intevent_register(intfd,uint32_tevents,callback_trecv_callback,callback_tsend_callback){if(set_event(fd,events,EPOLL_CTL_ADD)<0){return-1;}connections[fd].fd=fd;connections[fd].rcallback.recv_callback=recv_cb;connections[fd].send_callback=send_cb;memset(connections[fd].rbuffer,0,BUFFER_SIZE);connections[fd].rlength=0;memset(connections[fd].wbuffer,0,BUFFER_SIZE);connections[fd].wlength=0;connections[fd].woffset=0;connections[fd].fp=NULL;connections[fd].file_offset=0;connections[fd].file_size=0;connections[fd].payload_length=0;connections[fd].state=0;if(events&EPOLLIN){connections[fd].rcallback.recv_callback=recv_callback;}if(events&EPOLLOUT){connections[fd].send_callback=send_callback;}return0;}

这段代码做了三件事：

把 fd 加入 epoll。
初始化连接的读写缓存和状态。
绑定读写回调函数。

5. 主循环只做事件分发

Reactor 的主循环不再直接写业务逻辑，而是判断 fd 类型和事件类型，然后调用对应回调：

while(1){intn=epoll_wait(epoll_fd,events,MAX_EVENTS,-1);if(n<0){perror("epoll_wait");break;}for(inti=0;i<n;i++){intfd=events[i].data.fd;if(find_server_fd(fd)!=-1){connections[fd].rcallback.accept_callback(fd);}else{if(events[i].events&EPOLLIN){connections[fd].rcallback.recv_callback(fd);}if(events[i].events&EPOLLOUT){connections[fd].send_callback(fd);}}}}

这种结构的好处是清晰：事件循环是事件循环，协议处理是协议处理，两者不混在一起。

6. recv_cb 和 send_cb：读写事件如何切换

读事件回调把数据读入rbuffer，然后交给业务函数处理。当前项目里接入的是 WebSocket：

intrecv_cb(intfd){ssize_tbytes_read=recv(fd,connections[fd].rbuffer,BUFFER_SIZE,0);if(bytes_read<=0){set_event(fd,EPOLLIN,EPOLL_CTL_DEL);close(fd);return-1;}connections[fd].rlength=bytes_read;websocket_request(&connections[fd]);set_event(fd,EPOLLOUT,EPOLL_CTL_MOD);return0;}

当业务处理后需要响应客户端，就把事件改成EPOLLOUT。写事件回调负责把wbuffer中的数据写出去：

ssize_tbytes_sent=send(fd,connections[fd].wbuffer+connections[fd].woffset,connections[fd].wlength-connections[fd].woffset,MSG_NOSIGNAL);connections[fd].woffset+=bytes_sent;if(connections[fd].woffset>=connections[fd].wlength){connections[fd].woffset=0;connections[fd].wlength=0;}

这里的woffset很重要。真实网络里一次send()不一定能把所有数据写完，必须记录已经写了多少。

7. 状态机示例：HTTP 图片响应

webserver.c展示了另一个典型业务：HTTP 返回一张c1000k.jpg。它把响应拆成两个阶段：

if(conn->state==0){conn->fp=fopen("c1000k.jpg","r");fseek(conn->fp,0,SEEK_END);conn->file_size=ftell(conn->fp);fseek(conn->fp,0,SEEK_SET);conn->file_offset=0;intn=sprintf(conn->wbuffer,"HTTP/1.1 200 OK\r\n""Content-Type: image/jpeg\r\n""Content-Length: %ld\r\n\r\n",conn->file_size);conn->wlength=n;conn->state=1;}elseif(conn->state==1){intn=fread(conn->wbuffer,1,BUFFER_SIZE,conn->fp);conn->wlength=n;conn->file_offset+=n;}

state == 0时准备响应头，state == 1时分块读取图片内容。这个例子说明 Reactor 不是只能处理简单 echo，它能自然承载“多次读写才能完成”的协议。

8. 编译运行

当前reactor.c中接入的是 WebSocket 业务：

gcc reactor.c websocket.c-owebsocket-lssl-lcrypto./websocket

服务端默认监听 8080：

Server is listening on port 8080

如果你要把 HTTP 业务也接进 Reactor，可以把recv_cb()/send_cb()中的业务函数从websocket_request()/websocket_response()替换或抽象成可配置回调，再链接webserver.c。

9. 小结

Reactor 的核心不是某个 API，而是一种代码组织方式：

epoll负责发现事件。
Reactor 主循环负责分发事件。
callback 负责处理事件。
connection保存每个连接的上下文。
state负责表达协议阶段。

学习链接: https://github.com/0voice

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