一种libuv实现websockets服务的解决方案

方法是libuv用多事件循环来驱动。说起来容易，做起来还是比下面的方法更容易：

在这里插入图片描述

上图是某位网友的方法代表子大部分网络资料。此方法对部署不友好，因为软件仓库提供的libwebsockets是不能用了。如何简化部署，利用好现有的软件仓库呢？

libwebsockets版本历史

libwebsockets曾经是无缝支持libuv的。不过，随着版本号的增大，它对libuv的支持越来越差了。首先快速回顾下libwebsockets的版本历史：

  • v0.1.0 - 2011年9月：这是libwebsockets的第一个版本，它提供了基本的WebSocket协议支持，包括创建WebSocket连接、发送和接收消息等基本功能。
  • v0.2.0 - 2012年1月：这个版本添加了对HTTP协议的支持，使得libwebsockets可以处理HTTP请求和响应。此外，还添加了对多线程的支持，使得你可以在多个线程中安全地使用libwebsockets。
  • v0.3.0 - 2012年7月：这个版本添加了对SSL/TLS加密的支持，使得你可以使用安全连接来传输WebSocket消息。此外，还添加了一些新的API和功能，比如定时器和回调函数等。
  • v0.4.0 - 2013年1月：这个版本添加了对HyBi-17协议的支持，这是WebSocket协议的一个扩展版本，提供了更多的功能和更好的性能。此外，还修复了一些已知的漏洞和错误。
  • v0.5.0 - 2014年2月：这个版本添加了对多路复用和支持，这意味着你可以同时处理多个WebSocket连接。此外，还添加了一些新的API和功能，比如获取连接信息、处理文件上传等。
  • v1.0.0 - 2015年9月：这是libwebsockets的一个重要版本，它标志着libwebsockets已经成熟并稳定。这个版本添加了对HTTP/2协议的支持，同时优化了性能和内存使用。此外，还修复了一些已知的漏洞和错误。
  • v1.1.0 - 2016年3月：这个版本主要修复了一些已知的漏洞和错误，同时添加了一些新的功能和优化，比如更好的日志记录和内存管理。
  • v2.0.0 - 2018年8月：这是一个具有里程碑意义的版本，它引入了许多新的功能和改变。其中包括更好的多线程支持、对更多协议的支持（如Raw WebSocket、HyBi-17、HTTP等），以及对更多操作系统的支持。此外，它还改进了API设计，并修复了许多已知问题。
  • v2.1.0 - 2019年4月：这个版本主要修复了一些已知的漏洞和错误，同时添加了一些新的功能和优化，比如更好的SSL/TLS支持和对更多操作系统的支持。
  • v3.0.0 - 2020年5月：这个版本标志着libwebsockets进入了一个新的阶段。它引入了更多新的功能和改变，包括更好的多线程支持、对更多协议的支持（如Raw WebSocket、HyBi-17、HTTP等），以及对更多操作系统的支持。此外，它还改进了API设计，并修复了许多已知问题。从这个版本开始，事件循环对libuv的支持逐渐边缘化。

关键问题

  1. 从v3.0.0开始，lws_uv_initloop函数不存在。
  2. lws_context_create_info.options增加LWS_SERVER_OPTION_LIBUV导致lws_service函数崩溃。

复现问题的常规操作：

  1. 编译时开启LIBUV支持：在编译libwebsockets库时，需要开启LIBUV支持并指定LIBUV的目录位置。这可以通过修改CMakeLists.txt文件来实现。具体来说，需要在CMakeLists.txt文件中添加以下行：

    option(WITH_LIBUV "Enable libuv support" ON)  
find_package(libuv REQUIRED)  
include_directories(${LIBUV_INCLUDE_DIRS})  
link_directories(${LIBUV_LIBRARY_DIRS})  
add_definitions(-DLIBUV_SUPPORT=1)

    这将启用LIBUV支持，并自动搜索和链接LIBUV库。

  2. 修改线程模型：libwebsockets默认使用自己的线程模型，但可以使用libuv的线程模型替代。这需要在初始化libwebsockets时指定使用libuv线程模型。具体来说，需要在调用lws_create_context函数时，将thread_mode参数设置为LWS_THREAD_MODE_UV。例如：

    struct lws_context_creation_info info;  
memset(&info, 0, sizeof(info));  
info.port = 8000;  
info.protocols = protocols;  
info.thread_mode = LWS_THREAD_MODE_UV; // 使用libuv线程模型  
struct lws_context *context = lws_create_context(&info);

    这将告诉libwebsockets使用libuv的线程模型进行初始化。

  3. 使用libuv的API：在使用libwebsockets时，需要使用libuv提供的API来进行读写操作和事件处理。例如，可以使用uv_read_start和uv_write_t等函数来进行读写操作，使用uv_run函数来进行事件循环。这些函数将在libuv库中提供。例如：

    uv_stream_t *stream;  
uv_buf_t buf;  
uv_read_start(stream, on_read, &buf); // 开始读取操作  
uv_write(&req, stream, buf.base, nread, on_write); // 开始写入操作  
uv_run(uv_default_loop(), UV_RUN_DEFAULT); // 运行事件循环

解决思路

每个线程一个循环。可以在同一线程中使用多个事件循环。但这通常没有意义，因为一个循环的 uv_run() 调用将阻止并停止另一个循环的运行。通过仔细组合 uv_run(loop, UV_RUN_ONCE) 你可以做一些非常有趣的事情。您可以使用多个循环在程序中创建“模态”步骤，其中第二个事件循环“暂停”第一个事件循环，直到发生某些操作（用户按 Return 键或您收到新事件或其他事件）。

有一个非常具体的用例，可以使用两个事件循环作为同步机制来代替条件变量。当时 libuv 没有条件变量支持，现在我保持这种方式，以允许它与早期的节点版本一起使用。具体用例是：

  1. 主线程使用 uv_queue_work() 在工作线程中调用阻塞函数。
  2. 工作线程必须调用自定义函数。问题是自定义函数必须在主线程上运行。
  3. 工作线程必须等待该函数返回。

条件变量方法是：

  1. 工作线程不直接调用自定义函数。相反，它创建一个 uv_async_t 处理程序。此处理程序的回调调用自定义函数。
  2. 初始化条件变量。
  3. 它使用 uv_async_send() 来让主线程（事件循环运行的地方）代表它调用该函数。
  4. 等待条件变量。
  5. 回调调用自定义函数，然后向条件变量发出信号，让工作线程继续运行。

事件循环实现改为：

  1. 在工作线程中创建一个新的事件循环。
  2. 将 uv_async_t 与这个新循环关联起来。
  3. 通过原始 uv_async_t 处理程序的数据字段将此处理程序传递到主线程。
  4. uv_run() 新的事件循环，现在会阻塞，因为异步处理程序已经增加了它的 refcount 。
  5. 主线程中的回调调用自定义函数，然后使用 uv_async_send() 向新循环上的异步处理程序发出信号。
  6. 该异步处理程序的回调只是关闭处理程序本身，新循环的引用计数降至零，uv_run() 返回并且工作线程可以继续。

解决办法

下面的示例由TCP服务和websockets服务组成。TCP服务只是一个echo服务端，websockets则是静态文件服务，仅两个网页：index.html和404.html。

TCP线程

void tcp_thread_cb(void* args)
{
    uv_loop_t loop;
    uv_loop_init(&loop);
    struct sockaddr_in addr;
    uv_tcp_t server;
    int ierr = uv_tcp_init(&loop, &server);
    VOID_RETURN(ierr);
    ierr = uv_ip4_addr("0.0.0.0", IPORT, &addr);
    VOID_RETURN(ierr);
    ierr = uv_tcp_bind(&server, (const struct sockaddr*)&addr, 0);
    VOID_RETURN(ierr);
    ierr = uv_listen((uv_stream_t*)&server, 128, on_new_connection);
    VOID_RETURN(ierr);
    printf("server started.\n");
    ierr = uv_run(&loop, UV_RUN_DEFAULT);
    VOID_RETURN(ierr);
    uv_stop(&loop);
    uv_barrier_wait((uv_barrier_t*)args);
}

websockets线程

void websockets_thread_cb(void* args)
{
    static struct lws_context* context;
    static const struct lws_http_mount mounts[] = { {
            /* .mount_next */		NULL,		/* linked-list "next" */
            /* .mountpoint */		"/",		/* mountpoint URL */
            /* .origin */			".", /* serve from dir */
            /* .def */			"index.html",	/* default filename */
            /* .protocol */			NULL,
            /* .cgienv */			NULL,
            /* .extra_mimetypes */		NULL,
            /* .interpret */		NULL,
            /* .cgi_timeout */		0,
            /* .cache_max_age */		0,
            /* .auth_mask */		0,
            /* .cache_reusable */		0,
            /* .cache_revalidate */		0,
            /* .cache_intermediaries */	0,
            /* .origin_protocol */		LWSMPRO_FILE,	/* files in a dir */
            /* .mountpoint_len */		1,		/* char count */
            /* .basic_auth_login_file */	NULL,
        },{0,} };
    struct lws_context_creation_info info = { 0, };
    lws_set_log_level(LLL_USER | LLL_ERR | LLL_WARN | LLL_NOTICE, NULL);
    info.port = 20001;
    info.mounts = mounts;
    info.error_document_404 = "/404.html";
    info.options = LWS_SERVER_OPTION_HTTP_HEADERS_SECURITY_BEST_PRACTICES_ENFORCE;
    context = lws_create_context(&info);
    assert(context);
    lwsl_user("websockets started\n");
    while (1)
        lws_service(context, 0);
    lws_context_destroy(context);
    uv_barrier_wait((uv_barrier_t*)args);
}

主函数

int main(int argc, char** argv)
{
    uv_loop_t* loop = uv_default_loop();
    uv_thread_t t[2];
    uv_barrier_t b;
    uv_barrier_init(&b, 3);
    int ierr = uv_thread_create(&t[0], tcp_thread_cb, &b);
    RAISE_RETURN(ierr);
    ierr = uv_thread_create(&t[1], websockets_thread_cb, &b);
    RAISE_RETURN(ierr);
    ierr = uv_run(loop, UV_RUN_DEFAULT);
    RAISE_RETURN(ierr);
    uv_barrier_wait(&b);
    return 0;
}

通用部分

#include <uv.h>
#include <libwebsockets.h>
#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
#include <assert.h>

#define RAISE_RETURN(x) \
    if((x)) \
    { \
        fprintf(stderr, "error {%s} code %ld %s\n", __func__, (long int)(x), uv_strerror(x)); \
        printf("error {%s} code %ld %s\n", __func__, (long int)(x), uv_strerror(x)); \
        raise(x); \
        return (x); \
    }
#define VOID_RETURN(x) \
    if((x)) \
    { \
        fprintf(stderr, "error {%s} code %ld %s\n", __func__, (long int)(x), uv_strerror(x)); \
        printf("error {%s} code %ld %s\n", __func__, (long int)(x), uv_strerror(x)); \
        return; \
    }

验证

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作者：岬淢箫声
日期：2023年11月7日
版本：1.0
链接：http://caowei.blog.csdn.net

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