[Boost基础]并发编程——asio网络库——定时器deadline_timer

asio库基于操作系统提供的异步机制，采用前摄器设计模式(Proactor)实现了可移植的异步(或者同步)IO操作，而且并不要求使用多线程和锁定，有些的避免了多线程编程带来的诸多有害副作用(如条件竞争、死锁等)。
目前asio主要关注网络通信方面，使用大量的类和函数封装了socket API，提供了一个现代C++风格的网络编程接口，支持TCP,ICMP,UDP等网络通信协议。但asio的异步操作并不局限于网络编程，他还支持串口读写，定时器，SSL等功能，而且asio是一个很好的富有弹性的框架，可以扩展到其他有异步操作需要的领域。

asio概述

asio库基于前摄模式(Proactor)封装了操作系统的select,poll/epoll,kqueue,overlapped I/O等机制，实现了异步IO模型。他的核心类是io_service,相当于前摄模式中的Proactor角色，asio的任何操作都需要有io_service的参与。
在同步模式下，程序发起一个IO操作，向io_service提交请求，io_service把操作转给操作系统，同步的等待。当IO操作完成时，操作系统通知io_service，然后io_service在把结果发回给程序，完成整个同步流程。这个处理流程与多线程join()等待方式很相似。
在异步模式下，程序除了要发起的IO操作，还要定义一个用于回调的完成处理函数。io_service同样把IO操作转交给操作系统执行，但它不同步等待，而是立即返回。调用io_service的run()成员函数可以等待异步操作完成，当异步操作完成时io_service从操作系统获取执行结果，调用完成处理函数。
asio不直接使用操作系统提供的线程，而且定义了一个自己的线程概念：strand,它保证在多线程的环境中代码可以正确的执行，而无需使用互斥量。io_serviec::strand::wrap()函数可以包装在一个函数在strand中执行。
IO操作会经常使用到缓冲区，asio库专门用两个类mutable_buffer和const_buffer来封装这个概念，他们可以被安全的应用在异步的读写操作中，使用自由函数buffer()能够包装常用的C++容器类型，如数组、arrary、vector、string等，用read()，write()函数来读取缓冲区。
asio是一个相当复杂的库，本书只涉及其中的基本概念，还有许多异步IO相关的概念，在此不一一介绍。

定时器

定时器是asio库里最简单的一个IO模型示范，提供等待时间终止的功能，通过它我们可以快速熟悉asio的基本使用方法。

#include <iostream>
#include <conio.h>
using namespace std;
#include <boost/asio.hpp>
#include <boost/date_time/posix_time/posix_time.hpp>
#include <boost/function.hpp>
#include <boost/bind.hpp>
using namespace boost;
using namespace boost::asio;
//同步定时器
void test1()
{
    io_service ios;//所有的asio程序必须要有一个io_service对象
    deadline_timer t(ios,boost::posix_time::seconds(2));//两秒钟后定时器终止
    cout<<t.expires_at()<<endl;//查看终止的决定时间
    t.wait();//调用wait()同步等待
    cout<<"hello asio"<<endl;
//可以把它与thread库的sleep()函数对比研究一下，两种虽然都是等待，但内部机制完全不同：thread库的sleep()使用了互斥量和条件变量，在线程中等待，而asio则是调用了操作系统的异步机制，如select，epool等完成。
//同步定时器的用法很简单，但它演示了asio程序的基本结构和流程：一个asio程序首先要定义一个io_service对象，它是前摄器模式中最重的proactor角色，然后我们声明一个IO操作(这里是定时器),并把它挂接在io_service上，再然后就可以执行后续的 同步或异步操作。
}
//异步定时器:代码大致与同步定时器相同，增加了回调函数，并使用io_service_run()和定时器的async_wait()
//首先我们要定义回调函数，asio库要求回调函数只能有一个参数，而且这个参数必须是const asio::error_code&类型

void myprint(boost::system::error_code ec)
{
    cout<<"hello asio"<<endl;
}
void test2()
{
    io_service ios;
    deadline_timer t(ios,boost::posix_time::seconds(3));
    t.async_wait(myprint);//异步等待，传入回调函数，立即返回
    cout<<"it show before t expired."<<endl;
    ios.run();//很重要，异步IO必须
    cout<<"runned"<<endl;//将与hello asio一起输出，说明run()是阻塞函数
    //异步等待async_wait(),它通知io_service异步的执行IO操作，并且注册了回调哈思楠，用于在IO操作完成时有事件多路分离器分派返回值(error_code)调用。
    //最后我们必须调用io_service的run()成员函数，它启动前摄器的事件处理循环，阻塞等待所有的操作完成并分派事件。如果不调用run()那么虽然被异步执行了，但没有一个等待他完成的机制，回调函数将得不到执行的机会。
}
//下面我们实现一个可以定时执行任意函数的定时器 a_timer(asyc timer)，它持有一个asio定时器对象和一个计数器，还有一个function对象用来保存回调函数
class a_timer
{
private:
    int count,cout_max; //计数器成员变量
    function<void()> f; //function对象，持有无参数无返回的可调用物
    deadline_timer t;//asio定时器
public:
    //构造函数初始化成员变量，将计数器清理，设置计数器的上限，拷贝存储回调函数，并立即启动定时器
    //之所以要"立即"启动，是因为我们必须包装在io_service.run()之前至少有一个异步操作在执行，否则io_service.run()会因为没有事件处理而立即不等待返回。
    template<typename F>a_timer(io_service& ios,int x,F func):f(func),cout_max(x),count(0),t(ios,posix_time::microsec(500))//模板类型，可接受任意可调用物
    {
        t.async_wait(bind(&a_timer::call_func,this,placeholders::error));//命名空间下asio::placeholders的一个占位符error，他的作用类似于bind库的占位符_1,_2,用于传递errror_code值。
    }

    //call_func()内部累加计数器，如果计数器未达到上限则调用function对象f，然后重新设置定时器的终止时间，再次异步等待被调用，从而达到反复执行的目的。
    void call_func(const boost::system::error_code &)
    {
        if(count >= cout_max)
        {
            return;
        }
        ++count;
        f();
        t.expires_at(t.expires_at()+posix_time::millisec(500));//设置定时器的终止时间为0.5秒之后
        t.async_wait(bind(&a_timer::call_func,this,placeholders::error));
    }
};
void print1(int index)
{
    cout<<"hello asio:"<<index<<endl;
}
void print2()
{
    cout<<"hello boost"<<endl;
}
void test3()
{
    io_service ios;
    a_timer a(ios,10,bind(print1,2));//启用第一个定时器
    a_timer at(ios,5,print2);//启用第二个定时器
    ios.run();//ios等待异步调用结束
}
//查询网络地址
/*之前关于TCP通信的所有论述我们都是使用直接的IP地址，但在实际生活中大多数时候我们不可能知道socket连接另一端的地址，而只有一个域名，这时候我们就需要使用resolver类来通过域名获得可用的IP，它可用实现与IP版本无关的网址解析。
resolver使用内部类query和iterator共同完成查询IP地址的工作：首先使用网址和服务器名创建query对象，然后由resolver()函数生产iterator对象，它代表了查询到的ip端点。之后就可以使用socket对象尝试连接，直到找到一个可用的为止。
*/
#include <boost/lexical_cast.hpp>
void resolv_connect(ip::tcp::socket &sock,const char* website ,int port)//使用此函数来封装resolver的调用过程
{
    ip::tcp::resolver rlv(sock.get_io_service());//resolver对象
    ip::tcp::resolver::query qry(website,lexical_cast<string>(port));//创建一个query对象；query只接受字符串参数

    ip::tcp::resolver::iterator iter=rlv.resolve(qry);
    ip::tcp::resolver::iterator end;//逾尾迭代器
    system::error_code ec=error::host_not_found;
    for (; ec && iter != end;++iter)
    {
        sock.close();
        sock.connect(*iter,ec);//尝试连接端点
    }
    if (ec)//只有当ec为0时，才会连接成功
    {
        cout<<"can't connect."<<endl;
        throw system::system_error(ec);
    }
    cout<<"connect success."<<endl;
}
void test4()
{
    try
    {
        io_service ios;
        ip::tcp::socket sock(ios);
        resolv_connect(sock,"www.boost.org",80);
        //其他操作
        ios.run();
    }
    catch (std::exception& e)
    {
        cout<<e.what()<<endl;
    }
}
void test(char t)
{
    std::cout<<"press key====="<<t<<std::endl;
    switch (t)
    {
    case '1':test1();break;
    case '2':test2();break;
    case '3':test3();break;
    case '4':test4();break;
    case 27:
    case 'q':exit(0);break;
    default: std::cout<<"default "<<t<<std::endl;break;
    }
}
void main()
{
    while(1)
        test(getch());
}