从源码角度透视QTcpServer：解构QTcpServer的底层原理与技术细节

深入了解QTcpServer的底层原理和技术细节

一、背景
二、QTcpServer的基本原理
- 2.1、TCP协议简介
- 2.2、QTcpServer的概念
三、QTcpServer源码解析
- 3.1、QTcpServer的构造函数
- 3.2、调用listen函数启动tcpserver
- 3.3、QSocketNotifier的实现
总结

一、背景

QTcpServer是Qt网络模块中的一个网络通信类，用于创建TCP服务器，允许应用程序监听并处理传入的TCP连接请求。QTcpServer的作用：

QTcpServer提供了一个简单而强大的方式来实现服务器端的网络通信，轻松地创建TCP服务器应用程序。
QTcpServer能够处理多个客户端同时连接，通过多线程或事件循环等机制实现并发处理，提高服务器端的性能和效率。
QTcpServer封装了TCP协议的复杂细节，提供了更高级别的接口，简化了网络编程的复杂性。
通过QTcpServer可以构建稳定可靠的网络服务，如实时通讯、远程监控、数据传输等涉及网络通信的应用场景。

示例：使用QTcpServer实现一个基本的TCP服务器。

// main.cpp
#include <QCoreApplication>
#include "mytcpserver.h"

int main(int argc, char *argv[]) {
    QCoreApplication a(argc, argv);

    MyTcpServer server;
    server.startServer();

    return a.exec();
}

// mytcpserver.h
#ifndef MYTCPSERVER_H
#define MYTCPSERVER_H

#include <QTcpServer>
#include <QTcpSocket>
#include <QDebug>

class MyTcpServer : public QTcpServer {
    Q_OBJECT

public:
    MyTcpServer(QObject *parent = nullptr);
    void startServer();

protected:
    void incomingConnection(qintptr socketDescriptor) override;

private slots:
    void onNewConnection();
    void onReadyRead();
    void onDisconnected();

private:
    QTcpSocket *clientSocket;
};

#endif // MYTCPSERVER_H

// mytcpserver.cpp
#include "mytcpserver.h"

MyTcpServer::MyTcpServer(QObject *parent) : QTcpServer(parent), clientSocket(nullptr) {
    connect(this, &MyTcpServer::newConnection, this, &MyTcpServer::onNewConnection);
}

void MyTcpServer::startServer() {
    if (!this->listen(QHostAddress::Any, 1234)) {
        qDebug() << "Server could not start!";
    } else {
        qDebug() << "Server started!";
    }
}

void MyTcpServer::incomingConnection(qintptr socketDescriptor) {
    clientSocket = new QTcpSocket(this);
    if (!clientSocket->setSocketDescriptor(socketDescriptor)) {
        qDebug() << "Error in setting socket descriptor";
        return;
    }

    connect(clientSocket, &QTcpSocket::readyRead, this, &MyTcpServer::onReadyRead);
    connect(clientSocket, &QTcpSocket::disconnected, this, &MyTcpServer::onDisconnected);

    qDebug() << "Client connected";
}

void MyTcpServer::onNewConnection() {
    qDebug() << "New connection available";
}

void MyTcpServer::onReadyRead() {
    QByteArray data = clientSocket->readAll();
    qDebug() << "Data received: " << data;
}

void MyTcpServer::onDisconnected() {
    qDebug() << "Client disconnected";
}

使用Qt的构建工具qmake和make（或者使用Qt Creator集成开发环境）编译。在项目文件夹中创建一个.pro文件（例如：mytcpserver.pro），内容如下：

QT       += core network

CONFIG   += c++11

TARGET = mytcpserver
CONFIG += console
CONFIG -= app_bundle

TEMPLATE = app

SOURCES += main.cpp \
    mytcpserver.cpp

HEADERS += mytcpserver.h

执行编译命令：

qmake mytcpserver.pro
make

可以看到，使用QTcpServer很容易就实现了一个TCP服务器，而且它使用异步事件的方式处理TCP客户端的连接，那么它是如何实现的异步机制呢？想了解QT的socket是基于什么模型来实现的，博主同样非常的感兴趣，所以看了QT关于TcpServer实现的相关源码，现在将所了解的内容记录下来。

二、QTcpServer的基本原理

2.1、TCP协议简介

TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是因特网协议套件中的一部分，它位于传输层，提供可靠的、面向连接的数据传输服务。

TCP协议的特点：

面向连接：在进行数据传输之前，TCP在通信双方之间建立连接，之后才会开始数据的传输。连接建立包括三步握手，以确保通信的正常进行。
可靠性：TCP协议通过序号、确认和重传等机制来确保数据的可靠传输。如果一个数据包未能正确传输，TCP会进行重传以保证数据的完整性。
流控制：TCP协议通过滑动窗口机制来进行流控制，确保发送方和接收方之间的数据传输速率相匹配，避免数据包的过载和丢失。
拥塞控制：TCP通过拥塞窗口和拥塞避免等机制来控制网络拥塞，避免过多的数据流量导致的网络拥堵，从而保证网络的稳定性和可靠性。
面向字节流：TCP是面向字节流的协议，它不会将数据分割成固定大小的数据包，而是按照应用程序传送的字节流来进行数据传输。

TCP协议提供了一种高可靠性的数据传输方式，适用于要求数据传输可靠性和顺序性的应用场景，如文件传输、电子邮件发送等。但是，与UDP相比，TCP在数据传输过程中有较高的开销。

2.2、QTcpServer的概念

QTcpServer是Qt框架中用于实现TCP服务器的类。它提供了一种简单而高效的方式，用于监听传入的TCP连接请求，从而可以与客户端建立连接并实现数据交换。

QTcpServer的主要作用：

QTcpServer可以通过调用listen()方法，在指定的IP地址和端口上开始监听传入的连接请求。
监听到连接请求后通过nextPendingConnection()方法接受这些请求，获得一个QTcpSocket对象，用于与客户端进行数据交换。
通过重写incomingConnection()方法，在建立新连接时执行自定义的处理操作。
QTcpServer可以管理多个TCP连接，并在需要的时候进行数据交换或断开连接。
通过信号和槽机制，QTcpServer可以处理连接建立、断开、数据到达等事件，实现灵活的连接管理和数据处理。

QTcpSocket同样是Qt框架中用于实现TCP网络通信的重要类。QTcpServer与QTcpSocket的关系：

QTcpServer是用于实现TCP服务器的类，它负责监听传入的TCP连接请求，并与客户端建立连接；QTcpSocket则是用于实现TCP客户端的类，它负责与服务器建立连接并进行数据交换。
当QTcpServer监听到传入的连接请求时，它会返回一个QTcpSocket对象，该对象用于与客户端进行数据交换。这个QTcpSocket对象是表示与客户端建立的连接的句柄，通过它可以实现数据的发送和接收。
QTcpServer可以管理多个QTcpSocket连接，接受多个客户端的连接请求，每个连接都有一个对应的QTcpSocket对象。
QTcpSocket对象在与服务器建立连接后，可以向服务器发送数据，也可以接收来自服务器的数据。服务器端的QTcpServer则可以接受来自客户端的数据，并向客户端发送数据。

三、QTcpServer源码解析

Qt源码下载：

git clone https://code.qt.io/qt/qt5.git                     # cloning the repo
cd qt5
git checkout 5.14.2                                         # checking out the specific release or branch
perl init-repository

3.1、QTcpServer的构造函数

先从QTcpServer的构造函数来看，下面是QTcpServer的构造函数原型：

QTcpServer::QTcpServer(QObject *parent)
    : QObject(*new QTcpServerPrivate, parent)
{
    Q_D(QTcpServer);
#if defined(QTCPSERVER_DEBUG)
    qDebug("QTcpServer::QTcpServer(%p)", parent);
#endif
    d->socketType = QAbstractSocket::TcpSocket;
}

首先创建了一个QTcpServerPrivate的参数类。在QT源码中，每个类都有一个参数类，类名就是原类名加上Private。这个类主要放着QTcpServer类会用到的一些成员对象，而QTcpServer类里面只会定义方法，不会有成员对象。QTcpServerPrivate类的定义：

// qtcpserver_p.h
class Q_NETWORK_EXPORT QTcpServerPrivate : public QObjectPrivate,
                                           public QAbstractSocketEngineReceiver
{
    Q_DECLARE_PUBLIC(QTcpServer)
public:
    QTcpServerPrivate();
    ~QTcpServerPrivate();

    QList<QTcpSocket *> pendingConnections;

    quint16 port;
    QHostAddress address;

    QAbstractSocket::SocketType socketType;
    QAbstractSocket::SocketState state;
    QAbstractSocketEngine *socketEngine;

    QAbstractSocket::SocketError serverSocketError;
    QString serverSocketErrorString;

    int maxConnections;

#ifndef QT_NO_NETWORKPROXY
    QNetworkProxy proxy;
    QNetworkProxy resolveProxy(const QHostAddress &address, quint16 port);
#endif

    virtual void configureCreatedSocket();

    // from QAbstractSocketEngineReceiver
    void readNotification() override;
    void closeNotification() override { readNotification(); }
    void writeNotification() override {}
    void exceptionNotification() override {}
    void connectionNotification() override {}
#ifndef QT_NO_NETWORKPROXY
    void proxyAuthenticationRequired(const QNetworkProxy &, QAuthenticator *) override {}
#endif

};

然后QTcpServer构造函数内部实现就很简单了。Q_D(QTcpServer)宏实际上就是取到QTcpServerPrivate对象的指针赋给变量d:

#define Q_D(Class) Class##Private * const d = d_func()
#define Q_Q(Class) Class * const q = q_func()

d->socketType = QAbstractSocket::TcpSocket把套接字类型设置为Tcp。

至此，QTcpServer构造函数的工作结束。

3.2、调用listen函数启动tcpserver

一旦调用listen函数，tcpserver就开始运行了。接下来，连接、接收数据和发送数据的完成都可以通过信号来接收。那么，QT具体是如何实现等待连接和等待接收数据的呢？而且对于不同的平台又是如何实现的呢？我们来分析一下listen函数究竟都做了些什么工作。

（1）首先判断是否已是监听状态，是的话就直接返回。

Q_D(QTcpServer);
if (d->state == QAbstractSocket::ListeningState) {
    qWarning("QTcpServer::listen() called when already listening");
    return false;
}

（2）接着设置协议类型，IP地址、端口号。

    QAbstractSocket::NetworkLayerProtocol proto = address.protocol();
    QHostAddress addr = address;

#ifdef QT_NO_NETWORKPROXY
    static const QNetworkProxy &proxy = *(QNetworkProxy *)0;
#else
    QNetworkProxy proxy = d->resolveProxy(addr, port);
#endif

（3）然后创建了一个socketEngine对象，它的类型是QAbstractSocketEngine。QAbstractSocketEngine定义了很多与原始套接字机制相似的函数，比如bind、listen、accept等方法，还实现了waitForRead、writeDatagram、read等函数。所以当我们调用QSocket的读写方法时，实际上是由QAbstractSocketEngine类来实现的。不过，QAbstractSocketEngine本身是一个抽象类，不能直接实例化。在listen函数中，我们调用了QAbstractSocketEngine类的静态函数createSocketEngine来创建对象。

delete d->socketEngine;
d->socketEngine = QAbstractSocketEngine::createSocketEngine(d->socketType, proxy, this);
if (!d->socketEngine) {
    d->serverSocketError = QAbstractSocket::UnsupportedSocketOperationError;
    d->serverSocketErrorString = tr("Operation on socket is not supported");
    return false;
}

重点看一下createSocketEngine具体是怎么实现的：

QAbstractSocketEngine *QAbstractSocketEngine::createSocketEngine(qintptr socketDescripter, QObject *parent)
{
    QMutexLocker locker(&socketHandlers()->mutex);
    for (int i = 0; i < socketHandlers()->size(); i++) {
        if (QAbstractSocketEngine *ret = socketHandlers()->at(i)->createSocketEngine(socketDescripter, parent))
            return ret;
    }
    return new QNativeSocketEngine(parent);
}

在类似递归的所有条件判断之后，最终返回一个QNativeSocketEngine对象。QNativeSocketEngine继承了QAbstractSocketEngine类，并实现了QAbstractSocketEngine的所有功能。在这个类的具体代码中可以看到一些做平台判断的代码，以及与平台相关的套接字函数。QNativeSocketEngine的实现并不只是一个文件，它包括qnativesocketengine_unix.cpp、qnativesocketengine_win.cpp和qnativesocketengine_winrt.cpp。因此，当在Windows平台编译程序时，编译器会包含qnativesocketengine_win.cpp文件，在Linux下编译时会包含qnativesocketengine_unix.cpp文件。QT通过一个抽象类和不同平台的子类来实现跨平台的套接字机制。

（4）继续回到TcpServer的listen函数，创建了一个socketEngine对象后开始调用bind、listen等函数来完成最终的socket设置。

#ifndef QT_NO_BEARERMANAGEMENT
    //copy network session down to the socket engine (if it has been set)
    d->socketEngine->setProperty("_q_networksession", property("_q_networksession"));
#endif
    if (!d->socketEngine->initialize(d->socketType, proto)) {
        d->serverSocketError = d->socketEngine->error();
        d->serverSocketErrorString = d->socketEngine->errorString();
        return false;
    }
    proto = d->socketEngine->protocol();
    if (addr.protocol() == QAbstractSocket::AnyIPProtocol && proto == QAbstractSocket::IPv4Protocol)
        addr = QHostAddress::AnyIPv4;

    d->configureCreatedSocket();

    if (!d->socketEngine->bind(addr, port)) {
        d->serverSocketError = d->socketEngine->error();
        d->serverSocketErrorString = d->socketEngine->errorString();
        return false;
    }

    if (!d->socketEngine->listen()) {
        d->serverSocketError = d->socketEngine->error();
        d->serverSocketErrorString = d->socketEngine->errorString();
        return false;
    }

（5）接着开始设置信号接收，setReceiver传入TcpServerPrivate对象，从函数名可以看出是设置一个接收信息的对象，所以当套接字有新信息时，就会回调TcpServerPrivate对象的相关函数来实现消息通知。设置完消息接收对象以后，调用setReadNotificationEnabled(true)来启动消息监听。

d->socketEngine->setReceiver(d);
d->socketEngine->setReadNotificationEnabled(true);

setReadNotificationEnabled函数的实现如下：

void QNativeSocketEngine::setReadNotificationEnabled(bool enable)
{
    Q_D(QNativeSocketEngine);
    if (d->readNotifier) {
        d->readNotifier->setEnabled(enable);
    } else if (enable && d->threadData->hasEventDispatcher()) {
        d->readNotifier = new QReadNotifier(d->socketDescriptor, this);
        d->readNotifier->setEnabled(true);
    }
}

这个函数是创建了一个QReadNotifier对象，QReadNotifier的定义如下：

class QReadNotifier : public QSocketNotifier
{
public:
    QReadNotifier(qintptr fd, QNativeSocketEngine *parent)
        : QSocketNotifier(fd, QSocketNotifier::Read, parent)
    { engine = parent; }

protected:
    bool event(QEvent *) override;

    QNativeSocketEngine *engine;
};

bool QReadNotifier::event(QEvent *e)
{
    if (e->type() == QEvent::SockAct) {
        engine->readNotification();
        return true;
    } else if (e->type() == QEvent::SockClose) {
        engine->closeNotification();
        return true;
    }
    return QSocketNotifier::event(e);
}

QReadNotifier其实就是继承了QSocketNotifier。QSocketNotifier是一个消息处理类，主要用来监听文件描述符的活动。也就是说，当文件描述符状态发生变化时，就会触发相应的信息。它可以监听三种状态：Read（读）、Write（写）、Exception（异常）。而我们这里用到的QReadNotifier主要是监听Read事件，也就是说当套接字句柄有可读消息时（连接信息也是可读信息的一种），就会调用event函数。在event函数中，我们回调了engine->readNotification()函数。readNotification函数的实现如下：

void QTcpServerPrivate::readNotification()
{
    Q_Q(QTcpServer);
    for (;;) {
        if (pendingConnections.count() >= maxConnections) {
#if defined (QTCPSERVER_DEBUG)
            qDebug("QTcpServerPrivate::_q_processIncomingConnection() too many connections");
#endif
            if (socketEngine->isReadNotificationEnabled())
                socketEngine->setReadNotificationEnabled(false);
            return;
        }

        int descriptor = socketEngine->accept();
        if (descriptor == -1) {
            if (socketEngine->error() != QAbstractSocket::TemporaryError) {
                q->pauseAccepting();
                serverSocketError = socketEngine->error();
                serverSocketErrorString = socketEngine->errorString();
                emit q->acceptError(serverSocketError);
            }
            break;
        }
#if defined (QTCPSERVER_DEBUG)
        qDebug("QTcpServerPrivate::_q_processIncomingConnection() accepted socket %i", descriptor);
#endif
        q->incomingConnection(descriptor);

        QPointer<QTcpServer> that = q;
        emit q->newConnection();
        if (!that || !q->isListening())
            return;
    }
}

在这个函数里面调用了socketEngine->accept()来获取套接字句柄，然后将其传递给q->incomingConnection(descriptor)来创建QTcpSocket对象。最后发送了emit q->newConnection()信号。如果使用过QTcpServer，那么对这个信号应该很熟悉。

因此，QT通过内部消息机制实现了套接字的异步通信。并且，对外提供的函数既支持同步机制，也支持异步机制。调用者可以选择通过信号槽机制来实现异步，也可以调用类似waitforread、waitforconnect等函数来实现同步等待。实际上，waitforread等同步函数是通过函数内部的循环来检查消息标志。当标志为可读或者函数超时时则返回。

3.3、QSocketNotifier的实现

在前面提到了使用QSocketNotifier，可以在套接字有可读或可写信号时调用event函数来实现异步通知。但是，QSocketNotifier又是如何知道套接字什么时候发生变化的呢？QSocketNotifier的实现和QT的消息处理机制是密切相关的。要完全讲清楚这一点，就必须涉及到QT的消息机制。

这里只把比较关键的代码抽取出来分析一下。首先，不同平台的消息处理机制都是不一样的，所以QSocketNotifier在不同平台下的实现也是不一样的。我们主要看一下Linux平台下是如何实现的。

（1）QSocketNotifier类的声明和定义，用于通知状况以支持异步 IO（输入/输出）操作。

class QSocketNotifierPrivate;
class Q_CORE_EXPORT QSocketNotifier : public QObject
{
    Q_OBJECT
    Q_DECLARE_PRIVATE(QSocketNotifier)

public:
    enum Type { Read, Write, Exception };

    QSocketNotifier(qintptr socket, Type, QObject *parent = nullptr);
    ~QSocketNotifier();

    qintptr socket() const;
    Type type() const;

    bool isEnabled() const;

public Q_SLOTS:
    void setEnabled(bool);

Q_SIGNALS:
    void activated(int socket, QPrivateSignal);

protected:
    bool event(QEvent *) override;

private:
    Q_DISABLE_COPY(QSocketNotifier)
};

QSocketNotifier类同时声明了一个嵌套类QSocketNotifierPrivate，这个类用来实现QSocketNotifier的私有方法和属性。QSocketNotifier类继承自QObject类，并且使用了Q_OBJECT宏来支持信号和槽机制以及元对象特性。

QSocketNotifier类还提供了一些函数，用于获取套接字句柄、设置套接字的类型（可读、可写、异常）、获取状态等。可以通过setEnable(bool)槽函数来设置通知器的状态（开启或关闭）。通过activated(int socket, QPrivateSignal)信号来通知有关套接字状态的改变。采用了Q_DISABLE_COPY宏来禁止类的复制构造函数和赋值运算符的使用。

（2）SocketNotifier构造函数：

QSocketNotifier::QSocketNotifier(qintptr socket, Type type, QObject *parent)
    : QObject(*new QSocketNotifierPrivate, parent)
{
    Q_D(QSocketNotifier);
    d->sockfd = socket;
    d->sntype = type;
    d->snenabled = true;

    if (socket < 0)
        qWarning("QSocketNotifier: Invalid socket specified");
    else if (!d->threadData->hasEventDispatcher())
        qWarning("QSocketNotifier: Can only be used with threads started with QThread");
    else
        d->threadData->eventDispatcher.loadRelaxed()->registerSocketNotifier(this);
}

QSocketNotifier的构造函数需要传入一个套接字句柄以及要监听的类型，比如读、写或错误。然后在构造函数里调用了QSocketNotifierPrivate的registerSocketNotifier函数，将自己注册进去。这样当有消息触发时，就能调用这个对象的event函数了。

（3）registerSocketNotifier函数：

/*****************************************************************************
 QEventDispatcher implementations for UNIX
 *****************************************************************************/

void QEventDispatcherUNIX::registerSocketNotifier(QSocketNotifier *notifier)
{
    Q_ASSERT(notifier);
    int sockfd = notifier->socket();
    QSocketNotifier::Type type = notifier->type();
#ifndef QT_NO_DEBUG
    if (notifier->thread() != thread() || thread() != QThread::currentThread()) {
        qWarning("QSocketNotifier: socket notifiers cannot be enabled from another thread");
        return;
    }
#endif

    Q_D(QEventDispatcherUNIX);
    QSocketNotifierSetUNIX &sn_set = d->socketNotifiers[sockfd];

    if (sn_set.notifiers[type] && sn_set.notifiers[type] != notifier)
        qWarning("%s: Multiple socket notifiers for same socket %d and type %s",
                 Q_FUNC_INFO, sockfd, socketType(type));

    sn_set.notifiers[type] = notifier;
}

在这个函数里面主要是将对象和套接字句柄sockfd作为映射放入socketNotifiers里面。

QHash<int, QSocketNotifierSetUNIX> socketNotifiers;

（4）processEvents函数处理所有消息，Linux平台的实现如下：

bool QEventDispatcherUNIX::processEvents(QEventLoop::ProcessEventsFlags flags)
{
    Q_D(QEventDispatcherUNIX);
    d->interrupt.storeRelaxed(0);

    // we are awake, broadcast it
    emit awake();
    QCoreApplicationPrivate::sendPostedEvents(0, 0, d->threadData);

    const bool include_timers = (flags & QEventLoop::X11ExcludeTimers) == 0;
    const bool include_notifiers = (flags & QEventLoop::ExcludeSocketNotifiers) == 0;
    const bool wait_for_events = flags & QEventLoop::WaitForMoreEvents;

    const bool canWait = (d->threadData->canWaitLocked()
                          && !d->interrupt.loadRelaxed()
                          && wait_for_events);

    if (canWait)
        emit aboutToBlock();

    if (d->interrupt.loadRelaxed())
        return false;

    timespec *tm = nullptr;
    timespec wait_tm = { 0, 0 };

    if (!canWait || (include_timers && d->timerList.timerWait(wait_tm)))
        tm = &wait_tm;

    d->pollfds.clear();
    d->pollfds.reserve(1 + (include_notifiers ? d->socketNotifiers.size() : 0));

    if (include_notifiers)
        for (auto it = d->socketNotifiers.cbegin(); it != d->socketNotifiers.cend(); ++it)
            d->pollfds.append(qt_make_pollfd(it.key(), it.value().events()));

    // This must be last, as it's popped off the end below
    d->pollfds.append(d->threadPipe.prepare());

    int nevents = 0;

    switch (qt_safe_poll(d->pollfds.data(), d->pollfds.size(), tm)) {
    case -1:
        perror("qt_safe_poll");
        break;
    case 0:
        break;
    default:
        nevents += d->threadPipe.check(d->pollfds.takeLast());
        if (include_notifiers)
            nevents += d->activateSocketNotifiers();
        break;
    }

    if (include_timers)
        nevents += d->activateTimers();

    // return true if we handled events, false otherwise
    return (nevents > 0);
}

可以看到一个处理套接字相关的函数qt_safe_poll。看看它的内部实现：

int qt_safe_poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, const struct timespec *timeout_ts)
{
    if (!timeout_ts) {
        // no timeout -> block forever
        int ret;
        EINTR_LOOP(ret, qt_ppoll(fds, nfds, nullptr));
        return ret;
    }

    timespec start = qt_gettime();
    timespec timeout = *timeout_ts;

    // loop and recalculate the timeout as needed
    forever {
        const int ret = qt_ppoll(fds, nfds, &timeout);
        if (ret != -1 || errno != EINTR)
            return ret;

        // recalculate the timeout
        if (!time_update(&timeout, start, *timeout_ts)) {
            // timeout during update
            // or clock reset, fake timeout error
            return 0;
        }
    }
}

qt_safe_poll调用了qt_ppoll，qt_ppoll的定义如下：

static inline int qt_ppoll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, const struct timespec *timeout_ts)
{
#if QT_CONFIG(poll_ppoll) || QT_CONFIG(poll_pollts)
    return ::ppoll(fds, nfds, timeout_ts, nullptr);
#elif QT_CONFIG(poll_poll)
    return ::poll(fds, nfds, timespecToMillisecs(timeout_ts));
#elif QT_CONFIG(poll_select)
    return qt_poll(fds, nfds, timeout_ts);
#else
    // configure.json reports an error when everything is not available
#endif
}

这里通过QT_CONFIG的标志来判断采用哪种实现。qt_poll是QT自己的函数，在早期的版本中可能都是用select模式。但是从QT5.7开始，采用了poll模式。博主使用的是QT5.14.2版本，也是采用的poll模式。选择poll模式的原因是因为select模式监听的套接字长度是用的定长数组，无法在运行时扩展。一旦套接字数量超过FD_SETSIZE就会返回错误，在Linux默认的设置中，FD_SETSIZE是1024。

qt_poll的实现如下，内部使用的是select：

int qt_poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, const struct timespec *timeout_ts)
{
    if (!fds && nfds) {
        errno = EFAULT;
        return -1;
    }

    fd_set read_fds, write_fds, except_fds;
    struct timeval tv, *ptv = 0;

    if (timeout_ts) {
        tv = timespecToTimeval(*timeout_ts);
        ptv = &tv;
    }

    int n_bad_fds = 0;

    for (nfds_t i = 0; i < nfds; i++) {
        fds[i].revents = 0;

        if (fds[i].fd < 0)
            continue;

        if (fds[i].events & QT_POLL_EVENTS_MASK)
            continue;

        if (qt_poll_is_bad_fd(fds[i].fd)) {
            // Mark bad file descriptors that have no event flags set
            // here, as we won't be passing them to select below and therefore
            // need to do the check ourselves
            fds[i].revents = POLLNVAL;
            n_bad_fds++;
        }
    }

    forever {
        const int max_fd = qt_poll_prepare(fds, nfds, &read_fds, &write_fds, &except_fds);

        if (max_fd < 0)
            return max_fd;

        if (n_bad_fds > 0) {
            tv.tv_sec = 0;
            tv.tv_usec = 0;
            ptv = &tv;
        }

        const int ret = ::select(max_fd, &read_fds, &write_fds, &except_fds, ptv);

        if (ret == 0)
            return n_bad_fds;

        if (ret > 0)
            return qt_poll_sweep(fds, nfds, &read_fds, &write_fds, &except_fds);

        if (errno != EBADF)
            return -1;

        // We have at least one bad file descriptor that we waited on, find out which and try again
        n_bad_fds += qt_poll_mark_bad_fds(fds, nfds);
    }
}

其实Linux还有更高效的IO多路复用器，叫做epoll。

（5）activateSocketNotifiers函数处理事件：

int QEventDispatcherUNIXPrivate::activateSocketNotifiers()
{
    markPendingSocketNotifiers();

    if (pendingNotifiers.isEmpty())
        return 0;

    int n_activated = 0;
    QEvent event(QEvent::SockAct);

    while (!pendingNotifiers.isEmpty()) {
        QSocketNotifier *notifier = pendingNotifiers.takeFirst();
        QCoreApplication::sendEvent(notifier, &event);
        ++n_activated;
    }

    return n_activated;
}

在processEvents函数中调用了qt_safe_poll来检查是否有套接字事件。如果有事件需要处理，就会调用activateSocketNotifiers函数，而在这个函数中会通过QCoreApplication::sendEvent(notifier, &event)将消息反馈给QSocketNotifier。

通过这个过程，可以了解到Qt在Linux下使用select或者poll来实现输入输出复用的具体流程。但是具体采用哪种方式取决于使用的Qt版本。

总结

针对Qt 5.14.2的QTcpServer源码分析，QTcpServer的异步事件默认采用的poll模式（通过QT_CONFIG的标志来判断采用哪种实现，在早期的版本中可能都是用select模式。但是从QT5.7开始，采用了poll模式），poll模式解决了select模式监听的套接字长度是定长数组的问题，但是对事件的响应还是通过轮询的方式。

QTcpServer的调用函数栈：

QTcpServer是QT网络模块中用于实现TCP服务器的类，其底层原理和技术细节包括：

基于操作系统的套接字（socket）：QTcpServer利用操作系统提供的套接字接口来实现TCP通信，包括创建、绑定、监听和接受连接等操作。
事件循环机制：QTcpServer通常结合QT框架的事件循环机制使用，通过在事件循环中监听新连接事件，实现异步处理客户端的连接请求。
信号与槽机制：QTcpServer通过信号与槽机制实现对新连接的处理，当有新连接时触发相应的信号，可以连接到相应的槽函数进行处理。
多线程支持：QTcpServer可以在多线程环境下使用，通过QThread或QtConcurrent等机制，在新的线程中处理连接，并确保线程安全。
处理并发连接：QTcpServer能够处理并发的客户端连接，可以通过多路复用技术（如select或poll）来实现高效的并发处理。在Linux下可能采用select或者poll来实现输入输出复用。
处理网络错误：QTcpServer能够处理网络错误和异常情况，通过QAbstractSocket提供的错误处理机制，能够及时响应并处理网络异常，保证服务器的稳定性和可靠性。

在这里插入图片描述