libevent源码深度剖析
张亮
1 前言
Libevent是一个轻量级的开源高性能网络库，使用者众多，研究者更甚，相关文章也不少。写这一系列文章的用意在于，一则分享心得；二则对libevent代码和设计思想做系统的、更深层次的分析，写出来，也可供后来者参考。
附带一句：Libevent是用c语言编写的（MS大牛们都偏爱c语言哪），而且几乎是无处不函数指针，学习其源代码也需要相当的c语言基础。
Libevent简介
上来当然要先夸奖啦，Libevent 有几个显著的亮点：
事件驱动（event-driven），高性能;
轻量级，专注于网络，不如ACE那么臃肿庞大；
源代码相当精炼、易读；
跨平台，支持Windows、Linux、*BSD和Mac Os；
支持多种I/O多路复用技术， epoll、poll、dev/poll、select和kqueue等；
支持I/O，定时器和信号等事件；
注册事件优先级；
Libevent已经被广泛的应用，作为底层的网络库；比如memcached、Vomit、Nylon、Netchat等等。
Libevent当前的最新稳定版是1.4.13；这也是本文参照的版本。
学习的好处
学习libevent有助于提升程序设计功力，除了网络程序设计方面外，Libevent的代码里有很多有用的设计技巧和基础数据结构，比如信息隐藏、函数指针、c语言的多态支持、链表和堆等等，都有助于提升自身的程序功力。
程序设计不止要了解框架，很多细节之处恰恰也是事关整个系统成败的关键。只对libevent本身的框架大概了解，那或许仅仅是一知半解，不深入代码分析，就难以了解其设计的精巧之处，也就难以为自己所用。
事实上Libevent本身就是一个典型的Reactor模型，理解Reactor模式是理解libevent的基石；因此下一节将介绍典型的事件驱动设计模式——Reactor模式。
参考资料：
Libevent: /~provos/libevent/
Reactor模式
前面讲到，整个libevent本身就是一个Reactor，因此本节将专门对Reactor模式进行必要的介绍，并列出libevnet中的几个重要组件和Reactor的对应关系，在后面的章节中可能还会提到本节介绍的基本概念。
1 Reactor的事件处理机制
首先来回想一下普通函数调用的机制：程序调用某函数?函数执行，程序等待?函数将结果和控制权返回给程序?程序继续处理。
Reactor释义“反应堆”，是一种事件驱动机制。和普通函数调用的不同之处在于：应用程序不是主动的调用某个API完成处理，而是恰恰相反，Reactor逆置了事件处理流程，应用程序需要提供相应的接口并注册到Reactor上，如果相应的时间发生，Reactor将主动调用应用程序注册的接口，这些接口又称为“回调函数”。使用Libevent也是想Libevent框架注册相应的事件和回调函数；当这些时间发声时，Libevent会调用这些回调函数处理相应的事件（I/O读写、定时和信号）。
    用“好莱坞原则”来形容Reactor再合适不过了：不要打电话给我们，我们会打电话通知你。
    举个例子：你去应聘某xx公司，面试结束后。
“普通函数调用机制”公司HR比较懒，不会记你的，那怎么办呢，你只能面试完后自己打电话去问结果；有没有被录取啊，还是被据了；
“Reactor”公司HR就记下了你的，结果出来后会主动打电话通知你：有没有被录取
啊，还是被据了；你不用自己打电话去问结果，事实上也不能，你没有HR的留。
2 Reactor模式的优点
Reactor模式是编写高性能网络服务器的必备技术之一，它具有如下的优点：
    1）响应快，不必为单个同步时间所阻塞，虽然Reactor本身依然是同步的；
    2）编程相对简单，可以最大程度的避免复杂的多线程及同步问题，并且避免了多线程/进程的切换开销；
    3）可扩展性，可以方便的通过增加Reactor实例个数来充分利用CPU资源；
    4）可复用性，reactor框架本身与具体事件处理逻辑无关，具有很高的复用性；
3 Reactor模式框架
    使用Reactor模型，必备的几个组件：事件源、Reactor框架、多路复用机制和事件处理程序，先来看看Reactor模型的整体框架，接下来再对每个组件做逐一说明。
 
1） 事件源
Linux上是文件描述符，Windows上就是Socket或者Handle了，这里统一称为“句柄集”；程序在指定的句柄上注册关心的事件，比如I/O事件。
2） event demultiplexer——事件多路分发机制
由操作系统提供的I/O多路复用机制，比如select和epoll。
    程序首先将其关心的句柄（事件源）及其事件注册到event demultiplexer上；
当有事件到达时，event demultiplexer会发出通知“在已经注册的句柄集中，一个或多个句柄的事件已经就绪”；
    程序收到通知后，就可以在非阻塞的情况下对事件进行处理了。
对应到libevent中，依然是select、poll、epoll等，但是libevent使用结构体eventop进行了封装，以统一的接口来支持这些I/O多路复用机制，达到了对外隐藏底层系统机制的目的。
3） Reactor——反应器
    Reactor，是事件管理的接口，内部使用event demultiplexer注册、注销事件；并运行事件循环，当有事件进入“就绪”状态时，调用注册事件的回调函数处理事件。
对应到libevent中，就是event_base结构体。
一个典型的Reactor声明方式
view plaincopy to clipboardprint?
class Reactor 
{ 
public: 
    int register_handler(Event_Handler *pHandler, int event); 
    int remove_handler(Event_Handler *pHandler, int event); 
    void handle_events(timeval *ptv); 
    // ... 
reactor线程模型 java}; 
class Reactor
{
public:
    int register_handler(Event_Handler *pHandler, int event);
    int remove_handler(Event_Handler *pHandler, int event);
    void handle_events(timeval *ptv);
    // ...
};
4） Event Handler——事件处理程序
    事件处理程序提供了一组接口，每个接口对应了一种类型的事件，供Reactor在相应的事件发生时调用，执行相应的事件处理。通常它会绑定一个有效的句柄。
对应到libevent中，就是event结构体。
下面是两种典型的Event Handler类声明方式，二者互有优缺点。
view plaincopy to clipboardprint?
class Event_Handler 
{ 
public: 
    virtual void handle_read() = 0; 
    virtual void handle_write() = 0; 
    virtual void handle_timeout() = 0; 
    virtual void handle_close() = 0; 
    virtual HANDLE get_handle() = 0; 
    // ... 
}; 
class Event_Handler 
{ 
public: 
    // events maybe read/write/timeout/close .etc 
    virtual void handle_events(int events) = 0; 
    virtual HANDLE get_handle() = 0; 
    // ... 
}; 
class Event_Handler
{
public:
    virtual void handle_read() = 0;
    virtual void handle_write() = 0;
    virtual void handle_timeout() = 0;
    virtual void handle_close() = 0;
    virtual HANDLE get_handle() = 0;
    // ...
};
class Event_Handler
{
public:
    // events maybe read/write/timeout/close .etc
    virtual void handle_events(int events) = 0;
    virtual HANDLE get_handle() = 0;
    // ...
};
4 Reactor事件处理流程
前面说过Reactor将事件流“逆置”了，那么使用Reactor模式后，事件控制流是什么样子呢？
可以参见下面的序列图。
 

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