Boost::asio io_service 實作分析

io_servie 實作了一個任務隊列，這裡的任務就是void(void)的函數。Io_servie最常用的兩個接口是post和run，post向任務隊列中投遞任務，run是執行隊列中的任務，直到全部執行完畢，并且run可以被N個線程調用。Io_service是完全線程安全的隊列。

提供的接口有run、run_one、poll、poll_one、stop、reset、dispatch、post，最常用的是run、post、stop

l  Io_servie是接口類，為實作跨平台，采用了政策模式，所有接口均有impl_type實作。根據平台不同impl_type分為

n  win_iocp_io_service Win版本的實作，這裡主要分析Linux版本。

n  task_io_service 非win平台下的實作，其代碼結構為：

u  detail/task_io_service_fwd.hpp 簡單聲明task_io_service名稱

u  detail/task_io_service.hpp 聲明task_io_service的方法和屬性

u  detail/impl/task_io_service.ipp 具體實作檔案

u  隊列中的任務類型為opertioan，原型其實是typedef task_io_service_operation operation，其實作檔案在detail/task_io_service_operation.hpp中，當隊列中的任務被執行時，就是task_io_service_operation:: complete被調用的時候。

Post向隊列中投遞任務，然後激活空閑線程執行任務。其實作流程如下：

l  Post接收handler作為參數，實際上是個仿函數，通過此仿函數構造出completion_handler對象，completion_handler繼承自operation。然後調用post_immediate_completion。

l  post_immediate_completion首先将outstanding_work_增加，然後調用post_deferred_completion。

l  post_deferred_completion首先加鎖将任務入列，然後調用wake_one_thread_and_unlock

l  wake_one_thread_and_unlock嘗試喚醒目前空閑的線程，其實作中特别之處在于，若沒有空閑線程，但是有線程在執行task->run，即阻塞在epoll_wait上，那麼先中斷epoll_wait執行任務隊列完成後再執行epoll_wait。

l  first_idle_thread_維護了所有目前空閑線程，實際上使用了Leader/Follower模式，每次喚醒時隻喚醒空閑線程的第一個。

         Run方法執行隊列中的所有任務，直到任務執行完畢。

l  run方法首先構造一個idle_thread_info，和first_idle_thread_類型相同，即通過first_idle_thread_将所有線程串聯起來，它這個串聯不是立即串聯的，當該線程無任務可做是加入到first_idle_thread_的首部，有任務執行時，從first_idle_thread_中斷開。這很正常，因為first_idle_thread_維護的是目前空閑線程。

l  加鎖，循環執行do_one方法，直到do_one傳回false

l  do_one每次執行一個任務。首先檢查隊列是否為空，若空将此線程追加到first_idle_thread_的首部，然後阻塞在條件變量上，直到被喚醒。

l  當被喚醒或是首次執行，若stopped_為true（即此時stop方法被調用了），傳回0

l  隊列非空，pop出一個任務，檢查隊列無任務那麼簡單的解鎖，若仍有，調用wake_one_thread_and_unlock嘗試喚醒其他空閑線程執行。然後執行該任務，傳回1.

l  實際上在執行隊列任務時有一個特别的判斷if (o == &task_operation_)，那麼将會執行task_->run，task_變量類型為reactor，在linux平台實作為epoll_reactor，實作代碼檔案為detail/impl/epoll_reactor.ipp，run方法實際上執行的是epoll_wait，run阻塞在epoll_wait上等待事件到來，并且處理完事件後将需要回調的函數push到io_servie的任務隊列中，雖然epoll_wait是阻塞的，但是它提供了interrupt函數，該interrupt是如何實作的呢，它向epoll_wait添加一個檔案描述符，該檔案描述符中有8個位元組可讀，這個檔案描述符是專用于中斷epoll_wait的，他被封裝到select_interrupter中，select_interrupter實際上實作是eventfd_select_interrupter，在構造的時候通過pipe系統調用建立兩個檔案描述符，然後預先通過write_fd寫8個位元組，這8個位元組一直保留。在添加到epoll_wait中采用EPOLLET水準觸發，這樣，隻要select_interrupter的讀檔案描述符添加到epoll_wait中，立即中斷epoll_wait。很是巧妙。！！！實際上就是因為有了這個reactor，它才叫io_servie，否則就是一個純的任務隊列了。

l  Run方法的原則是：

n  有任務立即執行任務，盡量使所有的線程一起執行任務

n  若沒有任務，阻塞在epoll_wait上等待io事件

n  若有新任務到來，并且沒有空閑線程，那麼先中斷epoll_wait,先執行任務

n  若隊列中有任務，并且也需要epoll_wait監聽事件，那麼非阻塞調用epoll_wait（timeout字段設定為0），待任務執行完畢在阻塞在epoll_wait上。

n  幾乎對線程的使用上達到了極緻。

n  從這個函數中可以知道，在使用ASIO時，io_servie應該盡量多，這樣可以使其epoll_wait占用的時間片最多，這樣可以最大限度的響應IO事件，降低響應時延。但是每個io_servie::run占用一個線程，是以io_servie最佳應該和CPU的核數相同。

l  加鎖，調用stop_all_threads

l  設定stopped_變量為true，周遊所有的空閑線程，依次喚醒

l  task_interrupted_設定為true，調用task_的interrupt方法

l  task_的類型為reactor，在run方法中已經做了分析