C++服務器開發(fā)精髓

第1章 C++必知必會.. 1
1.1 C++ RAII慣用法... 1
1.1.1 版本1：最初的寫法... 1
1.1.2 版本2：使用goto語句... 3
1.1.3 版本3：使用do...while(0)循環(huán)... 5
1.1.4 版本4：使用RAII慣用法... 7
1.1.5 小結(jié)... 12
1.2 pimpl慣用法... 12
1.3 C++ 11/14/17新增的實用特性... 17
1.4 統(tǒng)一的類成員初始化語法與std::initializer_list. 19 1.5 C++ 17注解標簽（attributes）... 24
1.5.1 C++ 98/03的enumeration和C++ 11的enumerator 25
1.5.2 C++ 17的注解標簽... 25
1.6 final、override關鍵字和=default、=delete語法... 28
1.7 auto關鍵字的用法... 34
1.8 Range-based循環(huán)語法... 35
1.8.1 自定義對象如何支持Range-based循環(huán)語法... 37
1.8.2 for-each循環(huán)的實現(xiàn)原理... 38
1.9 C++ 17結(jié)構(gòu)化綁定... 39
1.10 stl容器新增的實用方法... 43
1.10.1 原位構(gòu)造與容器的emplace系列函數(shù)... 43
1.10.2 std::map的try_emplace方法與insert_or_assign方法... 44
1.11 stl 中的智能指針類詳解... 52

第2章 C++后端開發(fā)必備的工具和調(diào)試知識.. 71
2.1 SSH工具與FTP工具... 71
2.1.1 Xshell 71
2.1.2 FTP. 75
2.2 makefile與CMake. 76
2.3 使用Visual Studio管理和閱讀開源項目代碼... 83
2.4 gdb調(diào)試... 87
2.4.1 被調(diào)試的程序需要帶調(diào)試信息... 87
2.4.2 啟動gdb調(diào)試的方法... 89
2.5 gdb常用命令詳解——利用gdb調(diào)試Redis. 94
2.6 使用gdb調(diào)試多線程程序... 126
2.6.1 調(diào)試多線程程序的方法... 126
2.6.2 在調(diào)試時控制線程切換... 128
2.7 使用gdb調(diào)試多進程程序——以調(diào)試Nginx為例... 137
2.8 gdb實用調(diào)試技巧... 143
2.8.1 將print輸出的字符串或字符數(shù)組完整顯示... 144
2.8.2 讓被gdb調(diào)試的程序接收信號... 144
2.8.3 函數(shù)明明存在，添加斷點時卻無效... 145
2.8.4 調(diào)試中的斷點... 146
2.8.5 自定義gdb調(diào)試命令... 147
2.9 gdb tui——gdb圖形化界面... 148
2.9.1 開啟gdb TUI模式... 149
2.9.2 gdb TUI模式下的4個窗口... 149
2.9.3 解決tui窗口不自動更新內(nèi)容的問題... 150
2.9.4 窗口焦點切換... 150
2.10 gdb的升級版——cgdb. 151
2.11 使用VisualGDB調(diào)試... 154
2.11.1 使用VisualGDB調(diào)試已經(jīng)運行的程序... 155
2.11.2 使用VisualGDB從頭調(diào)試程序... 156

第3章 多線程編程與資源同步.. 159
3.1 線程的基本概念及常見問題... 159
3.1.1 主線程退出，支線程也將退出嗎... 159
3.1.2 某個線程崩潰，會導致進程退出嗎... 160
3.2 線程的基本操作... 160
3.3 慣用法：將C++類對象實例指針作為線程函數(shù)的參數(shù)... 178
3.4 整型變量的原子操作... 184
3.4.1 為什么給整型變量賦值不是原子操作... 185
3.4.2 Windows平臺上對整型變量的原子操作... 186
3.4.3 C++ 11對整型變量原子操作的支持... 187
3.5 Linux線程同步對象... 190
3.5.1 Linux互斥體... 190
3.5.2 Linux信號量... 198
3.5.3 Linux條件變量... 202
3.5.4 Linux讀寫鎖... 208
3.6 Windows線程同步對象... 217
3.6.1 WaitForSingleObject與WaitForMultipleObjects函數(shù)... 217
3.6.2 Windows臨界區(qū)對象... 219
3.6.3 Windows Event對象... 224
3.6.4 Windows Mutex對象... 229
3.6.5 Windows Semaphore對象... 231
3.6.6 Windows讀寫鎖... 235
3.6.7 Windows條件變量... 238
3.6.8 在多進程之間共享線程同步對象... 243
3.7 C++ 11/14/17線程同步對象... 244
3.7.1 std::mutex系列... 244
3.7.2 std::shared_mutex. 248
3.7.3 std::condition_variable. 253
3.8 如何確保創(chuàng)建的線程一定能運行... 256
3.9 多線程使用鎖經(jīng)驗總結(jié)... 258
3.10 線程局部存儲... 262
3.10.1 Windows的線程局部存儲... 262
3.10.2 Linux的線程局部存儲... 264
3.10.3 C++ 11 的 thread_local 關鍵字... 267
3.11 C庫的非線程安全函數(shù)... 268
3.12 線程池與隊列系統(tǒng)的設計... 270
3.12.1 線程池的設計原理... 270
3.12.2 環(huán)形隊列... 275
3.12.3 消息中間件... 275
3.13 纖程（Fiber）與協(xié)程（Routine）... 277

第4章 網(wǎng)絡編程重難點解析.. 282
4.1 學習網(wǎng)絡編程時應該掌握的socket函數(shù)... 282
4.1.1 在Linux上查看socket函數(shù)的幫助信息... 283
4.1.2 在Windows上查看socket函數(shù)的幫助信息... 285
4.2 TCP網(wǎng)絡通信的基本流程... 286
4.3 設計跨平臺網(wǎng)絡通信庫時的一些socket函數(shù)用法... 290
4.3.1 socket數(shù)據(jù)類型... 290
4.3.2 在Windows上調(diào)用socket函數(shù)... 290
4.3.3 關閉socket函數(shù)... 291
4.3.4 獲取socket函數(shù)的錯誤碼... 291
4.3.5 套接字函數(shù)的返回值... 293
4.3.6 select函數(shù)第1個參數(shù)的問題... 293
4.3.7 錯誤碼WSAEWOULDBLOCK和EWOULDBLOCK.. 294
4.4 bind函數(shù)重難點分析... 294
4.4.1 對bind函數(shù)如何選擇綁定地址... 294
4.4.2 bind函數(shù)的端口號問題... 295
4.5 select函數(shù)的用法和原理... 302
4.5.1 Linux上的select函數(shù)... 302
4.5.2 Windows上的select函數(shù)... 317
4.6 socket的阻塞模式和非阻塞模式... 318
4.6.1 如何將socket設置為非阻塞模式... 318
4.6.2 send和recv函數(shù)在阻塞和非阻塞模式下的表現(xiàn)... 320
4.6.3 非阻塞模式下send和recv函數(shù)的返回值總結(jié)... 331
4.6.4 阻塞與非阻塞socket的各自適用場景... 333
4.7 發(fā)送0字節(jié)數(shù)據(jù)的效果... 333
4.8 connect函數(shù)在阻塞和非阻塞模式下的行為... 339
4.9 連接時順便接收第1組數(shù)據(jù)... 343
4.10 如何獲取當前socket對應的接收緩沖區(qū)中的可讀數(shù)據(jù)量... 346
4.11 Linux EINTR錯誤碼... 351
4.12 Linux SIGPIPE信號... 352
4.13 Linux poll 函數(shù)的用法... 353
4.14 Linux epoll模型... 361
4.14.1 基本用法... 361
4.14.2 epoll_wait與poll函數(shù)的區(qū)別... 363
4.14.3 LT 模式和ET 模式... 363
4.14.4 EPOLLONESHOT 選項... 380
4.15 高效的readv和writev函數(shù)... 386
4.16 主機字節(jié)序和網(wǎng)絡字節(jié)序... 387
4.16.1 主機字節(jié)序... 387
4.16.2 網(wǎng)絡字節(jié)序... 388
4.16.3 操作系統(tǒng)提供的字節(jié)轉(zhuǎn)換函數(shù)匯總... 389
4.17 域名解析API介紹... 390

第5章 網(wǎng)絡通信故障排查常用命令.. 397
5.1 ifconfig命令... 397
5.2 ping命令... 401
5.3 telnet命令... 402
5.4 netstat命令... 407
5.5 lsof命令... 409
5.6 nc命令... 412
5.7 curl命令... 415
5.8 tcpdump命令... 416

第6章 網(wǎng)絡通信協(xié)議設計.. 422
6.1 理解TCP. 422
6.2 如何解決粘包問題... 423
6.3 解包與處理... 425
6.4 從struct到TLV.. 430
6.4.1 協(xié)議的演化... 430
6.4.2 協(xié)議的分類... 434
6.4.3 協(xié)議設計工具... 434
6.5 整型數(shù)值的壓縮... 435
6.6 設計通信協(xié)議時的注意事項... 437
6.6.1 字節(jié)對齊... 437
6.6.2 顯式地指定整型字段的長度... 438
6.6.3 涉及浮點數(shù)時要考慮精度問題... 438
6.6.4 大小端問題... 438
6.6.5 協(xié)議與自動升級功能
6.7 包分片... 439
6.8 XML與JSON格式的協(xié)議... 444
6.9 一個自定義協(xié)議示例... 445
6.10 理解HTTP. 460
6.10.1 HTTP格式介紹... 460
6.10.2 GET與POST方法... 461
6.10.3 HTTP chunk編碼... 465
6.10.4 HTTP客戶端的編碼實現(xiàn)... 466
6.10.5 HTTP服務端的實現(xiàn)... 466
6.10.6 HTTP與長連接... 471
6.10.7 libcurl 471
6.10.8 Restful接口與Java Spring MVC.. 477
6.11 SMTP、POP3與郵件客戶端... 478
6.12 WebSocket協(xié)議... 499
6.12.1 WebSocket協(xié)議的握手過程... 500
6.12.2 WebSocket協(xié)議的格式... 503
6.12.3 WebSocket協(xié)議的壓縮格式... 506
6.12.4 WebSocket協(xié)議裝包與解包示例... 508
6.12.5 解析握手協(xié)議... 512

第7章 單個服務的基本結(jié)構(gòu).. 515
7.1 網(wǎng)絡通信組件的效率問題... 515
7.1.1 高效網(wǎng)絡通信框架的設計原則... 515
7.1.2 連接的被動關閉與主動關閉... 519
7.1.3 長連接和短連接... 519
7.2 原始的服務器結(jié)構(gòu)... 520
7.3 一個連接對應一個線程模型... 522
7.4 Reactor模式... 523
7.5 one thread one loop思想... 524
7.5.1 one thread one loop程序的基本結(jié)構(gòu)... 524
7.5.2 線程的分工... 525
7.5.3 喚醒機制的實現(xiàn)... 527
7.5.4 handle_other_things方法的實現(xiàn)邏輯... 532
7.5.5 帶定時器的程序結(jié)構(gòu)... 533
7.5.6 one thread one loop的效率保障... 534
7.6 收發(fā)數(shù)據(jù)的正確做法... 534
7.6.1 如何收取數(shù)據(jù)... 534
7.6.2 如何發(fā)送數(shù)據(jù)... 535
7.6.3 不要多個線程同時利用一個socket收（發(fā)）數(shù)據(jù)... 538
7.7 發(fā)送、接收緩沖區(qū)的設計要點... 538
7.7.1 為什么需要發(fā)送緩沖區(qū)和接收緩沖區(qū)... 539
7.7.2 如何設計發(fā)送緩沖區(qū)和接收緩沖區(qū)... 539
7.7.3 服務端發(fā)送數(shù)據(jù)時對端一直不接收的問題... 543
7.8 網(wǎng)絡庫的分層設計... 544
7.8.1 網(wǎng)絡庫設計中的各個層... 544
7.8.2 將Session進一步分層... 550
7.8.3 連接信息與EventLoop/Thread的對應關系... 551
7.9 后端服務中的定時器設計... 551
7.9.1 最簡單的定時器... 551
7.9.2 定時器設計的基本思路... 552
7.9.3 定時器邏輯的性能優(yōu)化... 561
7.9.4 對時間的緩存... 564
7.10 處理業(yè)務數(shù)據(jù)時是否一定要單獨開線程... 565
7.11 非侵入式結(jié)構(gòu)與侵入式結(jié)構(gòu)... 570
7.11.1 非侵入式結(jié)構(gòu)... 570
7.11.2 侵入式結(jié)構(gòu)... 571
7.12 帶有網(wǎng)絡通信模塊的服務器的經(jīng)典結(jié)構(gòu)... 578
7.12.1 為何要將listenfd設置成非阻塞模式... 578
7.12.2 基于one thread one loop結(jié)構(gòu)的經(jīng)典服務器結(jié)構(gòu)... 584
7.12.3 服務器的性能瓶頸... 586

第8章 Redis網(wǎng)絡通信模塊源碼分析.. 587
8.1 調(diào)試Redis環(huán)境與準備... 587
8.1.1 Redis源碼編譯與啟動... 587
8.1.2 通信示例與術語約定... 589
8.2 探究redis-server端的網(wǎng)絡通信模塊... 589
8.3 探究redis-cli端的網(wǎng)絡通信模型... 663
8.4 Redis的通信協(xié)議格式... 673
8.4.1 請求命令格式... 673
8.4.2 應答命令格式... 674
8.4.3 多命令和流水線... 677
8.4.4 特殊的redis-cli與內(nèi)聯(lián)命令... 677
8.4.5 Redis對協(xié)議數(shù)據(jù)的解析邏輯... 678

第9章 服務器開發(fā)中的常用模塊設計.. 681
9.1 斷線自動重連的應用場景和邏輯設計... 681
9.2 ?；顧C制與心跳包... 683
9.2.1 TCP keepalive選項... 683
9.2.2 應用層的心跳包機制設計... 684
9.2.3 有代理的心跳包機制設計... 689
9.2.4 帶業(yè)務數(shù)據(jù)的心跳包... 690
9.2.5 心跳包與流量... 690
9.2.6 心跳包與調(diào)試... 691
9.2.7 心跳包與日志... 691
9.3 日志模塊的設計... 692
9.4 錯誤碼系統(tǒng)的設計... 730
9.4.1 錯誤碼的作用... 730
9.4.2 錯誤碼系統(tǒng)設計實踐... 731
9.5 監(jiān)控端口... 733