boost::io_service解讀

io_servie 實作了一個任務佇列，這裡的任務就是void(void)的函數。 Io_servie最常用的兩個介面是post和run，post向任務佇列中投遞任務，run是執行佇列中的任務，直到全部執行完畢，並且run可以被N個執行緒呼叫。 Io_service是完全線程安全的佇列。

boost::io_service解讀

asio是boost提供的一個c 非同步程式設計模型庫，其核心類別io_service,在多執行緒程式設計裡面提供了任務佇列和任務分發功能，在socket 、io程式設計裡主要作為一個事件磁碟機(完成連接埠、select、poll、epoll等)。

佇列模型

每個io_service都一個公有任務佇列，和多個私有任務佇列，公有佇列由各個執行緒共用，私有佇列則是每個執行緒獨享一個。

io_service的任務執行流程大致如下：

1. #呼叫run方法，進入主loop;

2. 判斷公有佇列是否為空，不為空則取出任務並執行，當任務數大於1時同時喚醒其他空閒執行緒；

3. 任務執行結束，把各個執行緒的私有隊伍裡面的任務移動到公有任務佇列裡面；

4. 觸發reactor，linux下面一般是epoll，當有事件時，把對應的事件的任務放到私有隊列裡。

5. 當佇列為空時，把目前執行緒加到空閒執行緒佇列裡面，同時進入wait狀態，等待其他執行緒的喚醒（task_operation）。

6. 當使用者呼叫post時，任務是直接投遞到公有佇列op_queue裡面。

執行緒池模型

常用的執行緒池模型有兩種：

一種是多個執行緒共用一個任務佇列，使用者把任務投遞到該任務佇列中，其他執行緒競爭從該佇列中取得任務執行。結合boost::thread，在多個執行緒裡面呼叫run方法，即可實作該執行緒池：

using namespace boost;
using namespace boost::asio;
io_service ios;
int thread_num = 10;
thread *t[thread_num] = {0};
// 创建线程池
for(int i = 0; i < thread_num; ++i)
{
    t[i] = new thread(bind(&io_service::run, &ios));
}

// 向任务队列中投递任务，该任务将随机由一个调用run方法的线程执行
ios.post(func);

// 等待线程退出
for(int i = 0; i < thread_num; ++i)
{
    t[i]->join();
}

很容易看出來，這種執行緒池的瓶頸在於一個任務佇列，多個執行緒競爭取任務，在大並發的程式裡面容易導致效能下降。

另一種是每個執行緒各自維護一個任務佇列，使用者可以選擇隨機或輪訓地投遞任務到其中一個任務佇列裡面，該任務佇列中的任務只由其所在的執行緒才能消費。這種執行緒池在boost的example裡面也有對應的實作(io_service_pool)，基本方法是建立多個io_service對象，每個對應一個thread，程式碼如下：

 

using namespace boost;
using namespace boost::asio;
int thread_num = 10;
io_service ios[thread_num];
thread *t[thread_num] = {0};
// 创建线程池
for(int i = 0; i < thread_num; ++i)
{
    t[i] = new thread(bind(&io_service::run, &ios[i]));
}

// 轮训投递任务
for(int i = 0; i < thread_num; ++i)
{
    ios[i].post(func);
}   

// 等待线程退出
for(int i = 0; i < thread_num; ++i)
{
    t[i]->join();
}

以下是基於linux環境作的類別圖，因為在windows上，有些類別有不同的定義。

io_service定義了主要的接口，在linux下的實作是task_io_service。

task_io_service主要定義了三個東西：

1. 一個reactor，reactor就是完成連接埠、select、poll、epoll之類的事件磁碟機；

2. 一個公共的任務佇列op_queue，用來存放使用者post的任務，和reactor傳回的任務；

3. 執行緒相關變數。 io_service本身不會建立任何線程，但它會保存一些線程呼叫訊息，例如線程私有隊列等。

此外，task_io_service也維護了一個空閒執行緒列表，在有多餘任務到來時，喚醒其中一個空閒執行緒。在常見的linux單任務佇列的線程池裡面，用一個condition變數來喚醒線程，在多核心系統裡面，一次pthread_cond_signal調用，會喚起處於wait狀態的一個或多個線程（參考https://linux.die. net/man/3/pthread_cond_signal），儘管只有一個任務，如果採用空閒線程的方法，有任務時只喚醒一個空閒線程，可以減少很多不必要喚醒。

thread_info_base類別維護了一個簡單的記憶體池，只有一塊內存，僅在連續的申請釋放記憶體情況下，可以減少記憶體開啟的開銷。

io_service::work的作用：io_service::run在任務執行完畢時會立刻返回，這並不是寫常駐服務的程式所想要的，boost給的解決方案是定義一個work變量，乍看很神奇，這個跟io_server似乎沒有任何關係的變數竟然能控制run的行為，打開源碼一看，work的實作簡單的出奇，它只是在建構函式裡呼叫io_service的worked_started()方法，使其待處理任務數（ outstanding_work_）大於0，如此，io_service::run就認為一直有任務待處理而不回傳了。

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