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手写muduo网络库（二）：文件描述符fd及其事件的封装（Channel类的实现）

news 来源：原创 2025/6/12 22:43:34

一、引言

在网络编程中，事件驱动是一种常见的编程模型。Muduo 网络库作为一个高效的 C++ 网络库，采用了事件驱动的设计思想。其中，Channel类在整个架构中扮演着非常重要的角色，它负责封装文件描述符（fd）和与之关联的事件，并处理这些事件的回调。本文将详细介绍 Muduo 网络库中的Channel类。

二、Channel类的作用

Channel类是 Muduo 网络库中一个核心的组件，它的主要作用是将一个文件描述符（如 socket fd）和该文件描述符上感兴趣的事件（如读事件、写事件等）关联起来，在事件发生时上层通过set_revents方法设置发生事件类型并调用相应的回调函数。简单来说，Channel类就像是一个桥梁，连接了底层的 I/O 多路复用机制（如epoll、poll等）和上层的业务逻辑。（在后续完成poller和eventloop后会分析三者之间调用逻辑）

三、Channel类的代码结构与关键成员

3.1 头文件包含与前置声明

#pragma once#include "NonCopyable.h"
#include "Timestamp.h"#include <functional>
#include <memory>class EventLoop;

这里包含了必要的头文件，如NonCopyable.h和Timestamp.h，并使用了std::function和std::memory。同时，对EventLoop类进行了前置声明，由于在Channel的头文件中只使用了EventLoop的指针，不访问其具体实现所以不需要引用其头文件，避免了头文件的循环包含。

3.2 类的定义与继承

class Channel: NonCopyable
{
public:// ...
private:// ...
};

Channel类继承自NonCopyable，这意味着该类的对象不能被复制，防止了不必要的对象复制操作，提高了性能。

NonCopyable定义：

class NonCopyable
{
protected:NonCopyable(){}~NonCopyable(){}NonCopyable(const NonCopyable&) = delete;NonCopyable& operator=(const NonCopyable&) = delete;
};

通过删除类的拷贝构造，赋值运算符实现类及其派生类无法被复制。

3.3 回调函数类型定义

using EventCallback = std::function<void()>;
using ReadEventCallback = std::function<void(Timestamp)>;

这里定义了两种回调函数类型：EventCallback和ReadEventCallback。EventCallback是一个无参数的回调函数，而ReadEventCallback是一个带有Timestamp参数的回调函数，用于处理读事件。

3.4 构造函数与析构函数

Channel(EventLoop *loop, int fd);
~Channel() = default;

构造函数接受一个EventLoop指针（channel所属的loop）和一个文件描述符（channel管理的文件描述符）作为参数，用于初始化Channel对象。析构函数使用了default关键字，采用默认的析构行为（因为类的成员中只有loop_是裸指针，但其生命周期显然长于channel，析构时没有成员需要手动清理）。

Channel::Channel(EventLoop *loop, int fd): loop_(loop), fd_(fd), events_(0), revents_(0), index_(-1), tied_(false)
{
}

3.5 事件处理函数

void handleEvent(Timestamp receiveTime);

该函数用于处理文件描述符上发生的事件，根据revents_的值调用相应的回调函数。

void Channel::handleEvent(Timestamp receiveTime)
{if (tied_){std::shared_ptr<void> guard = tie_.lock();if (guard){handleEventWithGuard(receiveTime);}// 如果提升失败了 就不做任何处理 说明Channel的TcpConnection对象已经不存在了}else{handleEventWithGuard(receiveTime);}
}

handleEvent 方法用于处理文件描述符上发生的事件。如果 tied_ 为 true，则先尝试提升 tie_ 所指向的 std::shared_ptr 对象，如果提升成功则调用 handleEventWithGuard 方法处理事件；如果提升失败，则不做任何处理。如果 tied_ 为 false，则直接调用 handleEventWithGuard 方法处理事件。

void Channel::handleEventWithGuard(Timestamp receiveTime)
{LOG_INFO << "channel handleEvent revents: " << revents_;// 关闭if ((revents_ & EPOLLHUP) && !(revents_ & EPOLLIN)){if (closeCallback_){closeCallback_();}}// 错误if (revents_ & EPOLLERR){if (errorCallback_){errorCallback_();}}// 读if (revents_ & (EPOLLIN | EPOLLPRI)){if (readCallback_){readCallback_(receiveTime);}}// 写if (revents_ & EPOLLOUT){if (writeCallback_){writeCallback_();}}
}

handleEventWithGuard 方法根据内核返回的实际发生的事件（revents_）调用相应的回调函数。

  • 关闭事件：当 revents_ 包含 EPOLLHUP 且不包含 EPOLLIN 时，表示文件描述符被关闭，调用 closeCallback_ 回调函数。
  • 错误事件：当 revents_ 包含 EPOLLERR 时，表示文件描述符发生错误，调用 errorCallback_ 回调函数。
  • 读事件：当 revents_ 包含 EPOLLIN 或 EPOLLPRI 时，表示文件描述符有数据可读，调用 readCallback_ 回调函数。
  • 写事件：当 revents_ 包含 EPOLLOUT 时，表示文件描述符可以写数据，调用 writeCallback_ 回调函数。

3.6 回调函数设置

void setReadCallback(ReadEventCallback cb) { readCallback_ = std::move(cb); }
void setWriteCallback(EventCallback cb) { writeCallback_ = std::move(cb); }
void setCloseCallback(EventCallback cb) { closeCallback_ = std::move(cb); }
void setErrorCallback(EventCallback cb) { errorCallback_ = std::move(cb); }

这些函数用于设置不同类型事件的回调函数，分别是读事件、写事件、关闭事件和错误事件的回调函数。（由于设置回调的调用并不频繁，这里没有写成接收左右值引用传递的方法，但写了更好）

3.7 事件状态操作

void enableReading() { events_ |= kReadEvent; update(); }
void disableReading() { events_ &= ~kReadEvent; update(); }
void enableWriting() { events_ |= kWriteEvent; update(); }
void disableWriting() { events_ &= ~kWriteEvent; update(); }
void disableAll() { events_ = kNoneEvent; update(); }

这些函数用于启用或禁用文件描述符上的读事件、写事件，以及禁用所有事件。每次修改事件状态后，都会调用update()函数更新事件。

void Channel::update()
{// 通过channel所属的eventloop，调用poller的相应方法，注册fd的events事件loop_->updateChannel(this);
}

更新事件需要epoll_ctl函数执行，但其具体实现被封装到poller类中，那么需要通过channel和poller的管理者eventloop作为桥梁，所以update 方法借助其所属的 EventLoop 来调用 Poller 的相应方法来注册或更新该文件描述符上关注的事件。

3.8 其他成员函数

void tie(const std::shared_ptr<void> &);
int fd() const { return fd_; }
int events() const { return events_; }
void set_revents(int revt) { revents_ = revt; }
bool isNoneEvent() const { return events_ == kNoneEvent; }
bool isWriting() const { return events_ & kWriteEvent; }
bool isReading() const { return events_ & kReadEvent; }
int index() { return index_; }
void set_index(int idx) { index_ = idx; }
EventLoop *ownerLoop() { return loop_; }
void remove();

这些函数提供了获取文件描述符、事件状态、索引等信息的接口，以及绑定对象、移除Channel等操作。

void Channel::remove()
{loop_->removeChannel(this);
}

remove 方法用于从 EventLoop 中移除该 Channel，EventLoop 会调用 Poller 的相应方法来移除该文件描述符上的事件注册 

3.9 私有成员变量

private:void update();void handleEventWithGuard(Timestamp receiveTime);//这两个私有方法实现见上文static const int kNoneEvent;static const int kReadEvent;static const int kWriteEvent;EventLoop *loop_; // 事件循环const int fd_;    // fd，Poller监听的对象int events_;      // 注册fd感兴趣的事件int revents_;     // Poller返回的具体发生的事件int index_;std::weak_ptr<void> tie_;bool tied_;ReadEventCallback readCallback_;EventCallback writeCallback_;EventCallback closeCallback_;EventCallback errorCallback_;/*
const int Channel::kNoneEvent = 0; //空事件
const int Channel::kReadEvent = EPOLLIN | EPOLLPRI; //读事件
const int Channel::kWriteEvent = EPOLLOUT; //写事件
*/
  • loop_：指向所属的EventLoop对象，用于事件循环。
  • fd_：文件描述符，是Poller监听的对象。
  • events_：注册的文件描述符感兴趣的事件。
  • revents_：Poller返回的具体发生的事件。
  • index_：Channel在Poller中的索引。
  • tie_和tied_：用于绑定对象，防止在处理事件时对象被提前销毁。
  • readCallback_、writeCallback_、closeCallback_和errorCallback_：分别是读事件、写事件、关闭事件和错误事件的回调函数。

四、总结

4.1 类内参数总结

  • loop_：指向所属的EventLoop对象，用于事件循环，确保Channel对象能在正确的事件循环中工作。
  • fd_：文件描述符，是Poller监听的对象，代表了一个具体的 I/O 资源。
  • events_：注册的文件描述符感兴趣的事件，通过enableReading()、enableWriting()等函数进行设置。
  • revents_：Poller返回的具体发生的事件，由Poller在检测到事件后设置。
  • index_：Channel在Poller中的索引，用于Poller管理Channel对象。
  • tie_和tied_：用于绑定对象，防止在处理事件时对象被提前销毁，提高了程序的安全性。

4.2 回调函数总结

  • readCallback_：读事件回调函数，由上层传递，用于处理文件描述符上的读事件。
  • writeCallback_：写事件回调函数，由上层传递，用于处理文件描述符上的写事件。
  • closeCallback_：关闭事件回调函数，由上层传递，用于处理文件描述符关闭的情况。
  • errorCallback_：错误事件回调函数，由上层传递，用于处理文件描述符上发生的错误事件。

通过Channel类，Muduo 网络库将底层的 I/O 多路复用机制和上层的业务逻辑进行了有效的分离，提高了代码的可维护性和可扩展性。同时，通过回调函数的方式，使得上层业务逻辑可以方便地处理不同类型的事件，增强了代码的灵活性。

附录：

#pragma once#include "NonCopyable.h"
#include "Timestamp.h"#include <functional>
#include <memory>class EventLoop;class Channel: NonCopyable
{
public:using EventCallback = std::function<void()>;using ReadEventCallback = std::function<void(Timestamp)>;Channel(EventLoop *loop, int fd);~Channel() = default;void handleEvent(Timestamp receiveTime);void setReadCallback(ReadEventCallback cb) { readCallback_ = std::move(cb); }void setWriteCallback(EventCallback cb) { writeCallback_ = std::move(cb); }void setCloseCallback(EventCallback cb) { closeCallback_ = std::move(cb); }void setErrorCallback(EventCallback cb) { errorCallback_ = std::move(cb); }void tie(const std::shared_ptr<void> &);int fd() const { return fd_; }int events() const { return events_; }void set_revents(int revt) { revents_ = revt; }void enableReading() { events_ |= kReadEvent; update(); }void disableReading() { events_ &= ~kReadEvent; update(); }void enableWriting() { events_ |= kWriteEvent; update(); }void disableWriting() { events_ &= ~kWriteEvent; update(); }void disableAll() { events_ = kNoneEvent; update(); }bool isNoneEvent() const { return events_ == kNoneEvent; }bool isWriting() const { return events_ & kWriteEvent; }bool isReading() const { return events_ & kReadEvent; }int index() { return index_; }void set_index(int idx) { index_ = idx; }EventLoop *ownerLoop() { return loop_; }void remove();private:void update();void handleEventWithGuard(Timestamp receiveTime);static const int kNoneEvent;static const int kReadEvent;static const int kWriteEvent;EventLoop *loop_; // 事件循环const int fd_;    // fd，Poller监听的对象int events_;      // 注册fd感兴趣的事件int revents_;     // Poller返回的具体发生的事件int index_;std::weak_ptr<void> tie_;bool tied_;ReadEventCallback readCallback_;EventCallback writeCallback_;EventCallback closeCallback_;EventCallback errorCallback_;
};

#include "LogStream.h"
#include "Channel.h"
#include "EventLoop.h"#include <sys/epoll.h>const int Channel::kNoneEvent = 0; //空事件
const int Channel::kReadEvent = EPOLLIN | EPOLLPRI; //读事件
const int Channel::kWriteEvent = EPOLLOUT; //写事件Channel::Channel(EventLoop *loop, int fd): loop_(loop), fd_(fd), events_(0), revents_(0), index_(-1), tied_(false)
{
}void Channel::tie(const std::shared_ptr<void> &obj)
{tie_ = obj;tied_ = true;
}void Channel::update()
{// 通过channel所属的eventloop，调用poller的相应方法，注册fd的events事件loop_->updateChannel(this);
}void Channel::remove()
{loop_->removeChannel(this);
}void Channel::handleEvent(Timestamp receiveTime)
{if (tied_){std::shared_ptr<void> guard = tie_.lock();if (guard){handleEventWithGuard(receiveTime);}// 如果提升失败了 就不做任何处理 说明Channel的TcpConnection对象已经不存在了}else{handleEventWithGuard(receiveTime);}
}void Channel::handleEventWithGuard(Timestamp receiveTime)
{LOG_INFO << "channel handleEvent revents: " << revents_;// 关闭if ((revents_ & EPOLLHUP) && !(revents_ & EPOLLIN)){if (closeCallback_){closeCallback_();}}// 错误if (revents_ & EPOLLERR){if (errorCallback_){errorCallback_();}}// 读if (revents_ & (EPOLLIN | EPOLLPRI)){if (readCallback_){readCallback_(receiveTime);}}// 写if (revents_ & EPOLLOUT){if (writeCallback_){writeCallback_();}}
}

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