施磊老师基于muduo网络库的集群聊天服务器(一)

文章目录

• 技术栈
• 项目需求
• 环境安装
• • muduo网络库安装
  • • 编译错误:
    • 解决办法:
    • 移动头文件和库文件
  • redis和mysql安装
  • 验证mysql环境
  • 修改mysql密码
  • Nginx–先不安装
• Json介绍
• • 为什么需要json?
  • 什么是 json 序列化?
  • 常用的数据传输序列化格式?
  • 直接使用json第三方库
  • json序列化代码演示
  • 复杂键值对演示
  • 容器序列化演示
  • json反序列化演示
  • 使用总结
• muduo网络库简介
• • muduo网络库是什么?
  • 核心思想
• 补充muduo网络库知识
• • Muduo 的线程模型概览：
  • 主线程（EventLoop 所在线程）
  • 工作线程（线程池中的线程）
  • 为什么这样设计？
  • 线程之间如何通信？
• muduo网络库编程
• • 库的搜索路径问题
  • muduo的便利性
  • 基于muduo的服务器编程
  • 编译错误问题解决

技术栈

项目需求

环境安装

muduo网络库安装

具体安装方法: 见老师博客

https://blog.csdn.net/QIANGWEIYUAN/article/details/89023980

编译错误:

以下编译错误, 是由于 Boost 库在头文件中使用了 C 风格的类型转换（(Model*)0），而你的编译器设置了 -Werror=old-style-cast，将所有警告视为错误，导致编译失败。

/root/anaconda3/include/boost/concept/detail/general.hpp: In static member function ‘static void boost::concepts::requirement<Model>::failed()’:
/root/anaconda3/include/boost/concept/detail/general.hpp:35:37: error: use of old-style cast to ‘Model*’ [-Werror=old-style-cast]
35 | static void failed() { ((Model*)0)->~Model(); }
| ^
/root/anaconda3/include/boost/concept/detail/general.hpp: In static member function ‘static void boost::concepts::requirement<boost::concepts::failed************ Model::************>::failed()’:
/root/anaconda3/include/boost/concept/detail/general.hpp:50:37: error: use of old-style cast to ‘Model*’ [-Werror=old-style-cast]
50 | static void failed() { ((Model*)0)->~Model(); }
| ^
/root/anaconda3/include/boost/concept/detail/general.hpp: In static member function ‘static void boost::concepts::constraint<Model>::failed()’:
/root/anaconda3/include/boost/concept/detail/general.hpp:65:37: error: use of old-style cast to ‘Model*’ [-Werror=old-style-cast]
65 | static void failed() { ((Model*)0)->constraints(); }
| ^
In file included from /root/anaconda3/include/boost/concept_check.hpp:31,
from /root/anaconda3/include/boost/circular_buffer/base.hpp:22,
from /root/anaconda3/include/boost/circular_buffer.hpp:58,
from /root/hzhdata/2025-bigproject/1-chat-web/package/muduo/muduo/base/BoundedBlockingQueue.h:12,
from /root/hzhdata/2025-bigproject/1-chat-web/package/muduo/muduo/base/AsyncLogging.h:10,
from /root/hzhdata/2025-bigproject/1-chat-web/package/muduo/muduo/base/AsyncLogging.cc:6:
/root/anaconda3/include/boost/concept/usage.hpp: In destructor ‘boost::concepts::usage_requirements<Model>::~usage_requirements()’:
/root/anaconda3/include/boost/concept/usage.hpp:20:38: error: use of old-style cast to ‘Model*’ [-Werror=old-style-cast]
20 | ~usage_requirements() { ((Model*)0)->~Model(); }
| ^
cc1plus: all warnings being treated as errors
make[2]: *** [muduo/base/CMakeFiles/muduo_base.dir/build.make:63: muduo/base/CMakeFiles/muduo_base.dir/AsyncLogging.cc.o] Error 1
make[1]: *** [CMakeFiles/Makefile2:196: muduo/base/CMakeFiles/muduo_base.dir/all] Error 2
make: *** [Makefile:141: all] Error 2

解决办法:

修改 CMakeLists.txt

在 CMakeLists.txt 中添加：

if(CMAKE_CXX_COMPILER_ID MATCHES "GNU|Clang")
add_compile_options(-Wno-old-style-cast) # 忽略该警告
endif()

移动头文件和库文件

install命令并没有把它们拷贝到系统路径下，导致我们每次编译程序都需要指定muduo库的头文件和库文件路径，很麻烦，所以我们选择直接把inlcude（头文件）和lib（库文件）目录下的文件拷贝到系统目录下：

root@tony-virtual-machine:/home/tony/package/build/release-install-cpp11# ls
include lib
root@tony-virtual-machine:/home/tony/package/build/release-install-cpp11# cd include/
root@tony-virtual-machine:/home/tony/package/build/release-install-cpp11/include# ls
muduo
root@tony-virtual-machine:/home/tony/package/build/release-install-cpp11/include# mv muduo/ /usr/include/
root@tony-virtual-machine:/home/tony/package/build/release-install-cpp11/include# cd ..
root@tony-virtual-machine:/home/tony/package/build/release-install-cpp11# ls
include lib
root@tony-virtual-machine:/home/tony/package/build/release-install-cpp11# cd lib/
root@tony-virtual-machine:/home/tony/package/build/release-install-cpp11/lib# ls
libmuduo_base.a libmuduo_http.a libmuduo_inspect.a libmuduo_net.a
root@tony-virtual-machine:/home/tony/package/build/release-install-cpp11/lib# mv * /usr/local/lib/
root@tony-virtual-machine:/home/tony/package/build/release-install-cpp11/lib#

拷贝完成以后使用muduo库编写C++网络程序，不用在指定头文件和lib库文件路径信息了，因为g++会自动从/usr/include和/usr/local/lib路径下寻找所需要的文件。

redis和mysql安装

ubuntu的 包安装

sudo apt install mysql-server
sudo apt install redis-server

验证mysql环境

查看 运行中的 服务

netstat -tanp

mysql 默认 3306 端口

tcp 0 0 127.0.0.1:3306 0.0.0.0:* LISTEN 70276/mysqld

登录一下 mysql

初次安装—–> 先查看 默认密码

sudo cat /etc/mysql/debian.cnf

然后

mysql -u root -p<密码>

可能的错误:

ERROR 2002 (HY000): Can't connect to local MySQL server through socket '/tmp/mysql.sock' (2)

这是由于 socket文件路径不正确

临时修改:—-> 查看密码时, 就显示了 socket的路径

mysql -u root -p<密码> -S /var/run/mysqld/mysqld.sock

永久修改:

sudo nano /etc/mysql/my.cnf

//添加
[client]
socket = /var/run/mysqld/mysqld.sock

修改mysql密码

//进入mysql后
ALTER USER 'root'@'localhost' IDENTIFIED BY '你的新密码';
FLUSH PRIVILEGES; — 刷新权限

Nginx–先不安装

先做一个 单机的

Json介绍

为什么需要json?

之所以需要 JSON（JavaScript Object Notation），是因为它是一种非常方便、通用的数据交换格式。简单来说，JSON 是让不同系统或程序之间沟通的一种“通用语言”。

什么是 json 序列化?

一个形象的例子:

常用的数据传输序列化格式?

在网络中，常用的数据传输序列化格式有XML，Json，ProtoBuf，在公司级别的项目中，大量的在使用ProtoBuf作为数据序列化的方式，以其数据压缩编码传输，占用带宽小，同样的数据信息，是Json的1/10，XML的1/20，但是使用起来比Json稍复杂一些，所以项目中我们选择常用的Json格式来打包传输数据。

关于 protobuf , 有另一个项目, rpc 框架

直接使用json第三方库

JSON for Modern C++

优点如下：

• 仅是一个头文件 : json.hpp， 直接 拉入项目 即可
• C++ 11 标准编写
• 使用 json 像使用 STL 容器一样
• STL 和 json 容器之间可以相互转换

直接去 github 下载 json.hpp 文件即可

https://github.com/nlohmann/json/releases/tag/v3.12.0

json序列化代码演示

何为序列化? —-> 数据对象 转化为 json 字符串

主要函数: string str = js.dump(); 这是 转换字符串的 主要 函数

nlohmann::json 默认使用 std::map 存储对象，而 std::map 本身就是自动按 key 排序（字典序）的。

因此 默认 输出 是字典序

using ordered_json = nlohmann::ordered_json; 就可以不排序, 按照插入顺序

头文件:

#include "json.hpp"
using json = nlohmann::json; // 这个作用域是作者名字, 在 hpp文件就可以看到, 不用记

演示:

#include "json.hpp"
using json = nlohmann::json;

#include <iostream>
#include <vector>
#include <map>
#include <string>
using namespace std;

// json序列化示例1
void func1()
{
json js;
js["msg_type"] = 2;
js["from"] = "zhangsan";
js["to"] = "li si";
js["msg"] = "hello, waht are you doing?";

cout << js << endl;

// 转字符串输出
string sendbuf = js.dump();
cout << sendbuf.c_str() << endl; // 网络传送一般都是 char*, string 转一下
}

int main()
{
func1();

return 0;
}

输出:

{"from":"zhangsan","msg":"hello, waht are you doing?","msg_type":2,"to":"li si"}
{"from":"zhangsan","msg":"hello, waht are you doing?","msg_type":2,"to":"li si"}

复杂键值对演示

键的值还是键

void func2()
{
json js;
// 添加数组
js["id"] = {1, 2, 3, 4, 5};
// 添加key-value
js["name"] = "zhang san";
// 添加对象
js["msg"]["zhang san"] = "hello world";
js["msg"]["liu shuo"] = "hello china";
// 上面等同于下面这句一次性添加数组对象
js["msg"] = {{"zhang san", "hello world"}, {"liu shuo", "hello china"}};
cout << js << endl;
}

输出:

{"id":[1,2,3,4,5],"msg":{"liu shuo":"hello china","zhang san":"hello world"},"name":"zhang san"}

发现: msg是一个键, 其内部还有两个键值对

容器序列化演示

void func3()
{
json js;
// 直接序列化一个vector容器
vector<int> vec;
vec.push_back(1);
vec.push_back(2);
vec.push_back(5);
js["list"] = vec;

// 直接序列化一个map容器
map<int, string> m;
m.insert({1, "黄山"});
m.insert({2, "华山"});
m.insert({3, "泰山"});
js["path"] = m;

cout << js << endl;

string sendbuf = js.dump();
cout<<sendbuf.c_str()<<endl;

}

输出:

{"list":[1,2,5],"path":[[1,"黄山"],[2,"华山"],[3,"泰山"]]}
{"list":[1,2,5],"path":[[1,"黄山"],[2,"华山"],[3,"泰山"]]}

json反序列化演示

json 字符串 —> 数据对象

主要函数: json jsbuf = json::parse(string); —> 这里的string: js.dump()

会保留 原来的 数据类型!!

将 上面的 函数 返回值 修改为 string, return js.dump()

#include "json.hpp"
using json = nlohmann::json;

#include <iostream>
#include <vector>
#include <map>
#include <string>
using namespace std;

// json序列化示例1
string func1()
{
json js;
js["msg_type"] = 2;
js["from"] = "zhangsan";
js["to"] = "li si";
js["msg"] = "hello, waht are you doing?";

// cout << js << endl;

// // 转字符串输出
// string sendbuf = js.dump();
// cout << sendbuf.c_str() << endl; // 网络传送一般都是 char*, string 转一下
return js.dump();
}

int main()
{

string recvBuf = func1();
json jsbuf = json::parse(recvBuf);
cout<<jsbuf["from"]<<endl;
cout<<jsbuf["msg_type"]<<endl;
cout<<jsbuf["to"]<<endl;

return 0;
}

string func2()
{
json js;
// 添加数组
js["id"] = {1, 2, 3, 4, 5};
// 添加key-value
js["name"] = "zhang san";
// 添加对象
js["msg"]["zhang san"] = "hello world";
js["msg"]["liu shuo"] = "hello china";
// 上面等同于下面这句一次性添加数组对象
js["msg"] = {{"zhang san", "hello world"}, {"liu shuo", "hello china"}};
// cout << js << endl;
return js.dump();
}

int main()
{

//使用 auto 不关注 返回类型, 并且可以存储
string recvBuf = func2();
json jsbuf = json::parse(recvBuf);
auto arr = jsbuf["id"];
cout<<arr<<endl; // [1,2,3,4,5]

return 0;
}

string func3()
{
json js;
// 直接序列化一个vector容器
vector<int> vec;
vec.push_back(1);
vec.push_back(2);
vec.push_back(5);
js["list"] = vec;

// 直接序列化一个map容器
map<int, string> m;
m.insert({1, "黄山"});
m.insert({2, "华山"});
m.insert({3, "泰山"});
js["path"] = m;

// cout << js << endl;

// string sendbuf = js.dump();
// cout<<sendbuf.c_str()<<endl;
return js.dump();
}

int main()
{

string recvBuf = func3();
json jsbuf = json::parse(recvBuf);
vector<int> vec = jsbuf["list"];
for(int &v:vec)
{
cout<<v<<" ";
}
cout<<endl;

map<int, string> mymap = jsbuf["path"];
for(auto &p:mymap)
{
cout<<p.first<<" "<<p.second<<" ";
}
cout<<endl;

return 0;
}

使用总结

序列化: dump

反序列化: json::parse(…);

muduo网络库简介

多看pdf

先学会用

再去看源码, 去手撕

muduo网络库是什么?

Muduo 网络库是一个 用 C++ 编写的高性能网络编程库，它的核心目标是让你能用现代 C++ 编写高并发、高性能的服务器程序，特别适合 Linux 平台上的多线程网络编程。

网络程序 项目 用的最多的第三方库:

二者都是基于 多路IO复用的 epool+线程池 网络模型

核心思想

reactors in threads – one loop per thread

每个线程只运行一个 EventLoop，这个 EventLoop 只处理自己负责的连接。

这就叫：One loop per thread（一个线程对应一个事件循环）

这也是高并发的基础

线程数量–> 一般由 cpu核数确定

过多耗费 cpu io 的任务, 会被交给Threadpool 线程池 中, 专门处理耗时 的计算任务, 如下图

补充muduo网络库知识

Muduo 的线程模型概览：

Muduo 网络库一般分为两个主要的线程角色：

主线程（EventLoop 所在线程）

• 每个 EventLoop 对象运行在一个特定线程中，一般称之为 IO 线程。

• 用来监听 IO 事件（如连接、读写事件），并调用对应的回调函数。

• 连接也是 IO 事件的一种，更准确地说是：

  “新连接到来” 是监听 socket（listen fd）上的一种“可读事件（readable event）"。

• 典型用途：

  • 接受新连接（通过 Acceptor）
  • 分发读写事件
  • 执行 Channel 上绑定的回调函数（如 onMessage, onConnection）

特点：

• 一个 EventLoop 不能被多个线程调用（有断言保证）。
• 所有操作必须在它自己的线程中执行，避免加锁。

工作线程（线程池中的线程）

• Muduo 提供了 EventLoopThreadPool，可以配置多个工作线程，每个线程都拥有一个独立的 EventLoop。
• 新连接接入后，主线程通过轮询（round-robin）方式将连接分发给工作线程。
• 工作线程处理与该连接相关的 IO 操作。

为什么这样设计？

• 主线程只负责接入连接和分发，避免在主线程中执行复杂逻辑，保持高响应。
• 工作线程处理数据读写，用户可以在这些线程中执行业务逻辑。
• 这种模式提高了系统的并发处理能力，同时又能保持线程之间的最小同步需求。

线程之间如何通信？

• 主线程和工作线程之间通过**EventLoop::runInLoop() 或 queueInLoop()**机制异步通信。
• 所有跨线程调用最终都在 EventLoop 所在线程中执行，避免数据竞争。

muduo网络库编程

库的搜索路径问题

muduo网络库在使用时, 需要链接 一些动态库文件

lmuduo_net -lmuduo_base -lpthread

g++ main.cpp -o myserver -lmuduo_net -lmuduo_base -lpthread -lrt

如果动态库 在 usr/lib 或者 usr/local/lib 就不需要配置了

如果不在系统路径, 就需要 自己配置了

muduo的便利性

muduo网络库给用户提供了两个主要的类

epoll + 线程池

好处：能够把网络I/O的代码和业务代码区分开

业务代码 主要 暴露仅 两个 : 用户的连接和断开用户可读写事件

不需要关心怎么连接, 多少连接, 这些在网络io模块 就完成了

基于muduo的服务器编程

头文件:

#include <muduo/net/TcpServer.h> //服务端
#include <muduo/net/EventLoop.h>

TcpServer 构造函数的参数:

TcpServer(EventLoop* loop,
const InetAddress& listenAddr,
const string& nameArg,
Option option = kNoReusePort);

在实际使用muduo库 时, 仅需要关注 ————–> 其余的 代码基本是死的, 不用管

#include <muduo/net/TcpServer.h>
#include <muduo/net/EventLoop.h>
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
using namespace muduo;
using namespace muduo::net; // muduo::net::TcpServer

#include <functional> // 内含绑定器 bind

/*基于muduo网络库开发服务器程序
1. 组合TcpServer对象
2. 创建EventLoop事件循环对象的指针
3. 明确TcpServer构造函数需要什么参数, 输出ChatServer的构造函数—-需要看源码
4. 在当前服务器类的 构造函数中, 注册 处理连接的 回调函数和 处理读写事件 的回调函数
5. 设置合适的 服务端线程数量, muduo 库会自己划分 i/o线程和 worker线程
*/

class ChatServer
{
public:
// 构造函数 #3
ChatServer(EventLoop *loop, // 时间循环–反应堆
const InetAddress &listenAddr, // 服务器地址结构–IP+PORT
const string &nameArg) // 服务器名字
: _loop(loop), _server(loop, listenAddr, nameArg)

{
// 由于使用了 网络库, 就代表 不需要 自己写网络代码, 只需要关注 业务代码 漏出的 接口

// 由于不知道什么时候发生, 因此 借助回调函数, 在事件发生后, 去进行回调, 执行回调函数里的代码即可

// 1. 给服务器注册用户连接的 创建 和 断开 回调 #5
// void setConnectionCallback(const ConnectionCallback& cb){..} 函数原型
_server.setConnectionCallback(std::bind(&ChatServer::onConnection, this, _1)); // 传入的就是 回调函数, 而在这个类里, 写的回调函数是 成员方法, 有this指针, 但是只需要第二个传参, 因此使用 绑定器: this固定, const TcpConnectionPtr& 交给 传入者

// 2. 给服务器注册用户 读写时间回调
_server.setMessageCallback(std::bind(&ChatServer::onMessage, this, _1, _2, _3));

// 设置 服务器端的 线程数量
// 设定为 4, 一个 IO线程, 3个worker线程
_server.setThreadNum(4); // 如果不加, 默认是一个线程, 既要监听, 还要处理 读写—-> 如果设置为 2, 则监听占用一个, 剩下一个, 要处理所有的读写事件, 效率都不高
};

// 开启事件循环 #4
void start()
{
_server.start();
}

private:
// 专门处理用户的连接与断开 仅处理回调接口即可 #4
// 经过epoll litsenfd accept, 到达accept 说明有新用户连接了
/* 然而 网络库 已经封装好 socket相关的了, 仅暴露了 回调接口!!!*/
void onConnection(const TcpConnectionPtr &conn) // 要学会 从源码 找 类型
// typedef std::function<void (const TcpConnectionPtr&)> ConnectionCallback;
{
if (conn->connected()) // bool值
{
cout << conn->peerAddress().toIpPort() << "->" << conn->localAddress().toIpPort() << " state:online" << endl;
}
else
{
cout << conn->peerAddress().toIpPort() << "->" << conn->localAddress().toIpPort() << " state:off" << endl;

conn->shutdown(); // close(fd)
// _loop->quit(); //退出整个服务器
}
}

// 专门处理用户的 读写事件
void onMessage(const TcpConnectionPtr &conn, // 连接
Buffer *buffer, // 缓冲区
Timestamp time) // 时间
{
string buf = buffer->retrieveAllAsString(); // 封装了 把数据 全部放到 字符串中
cout << "recv data: " << buf << " time:" << time.toString() << endl; // time 也是 封装的, 把时间信息转化为字符串
conn->send(buf); // 收到 并处理后返回, 这里测试 使用 原数据返回
}

TcpServer _server; // #1
EventLoop *_loop; // #2 epoll循环, 可以注册信号,捕捉信号, 时间循环
};

int main()
{
EventLoop loop; // 相当于 创建epoll muduo::net::EventLoop
InetAddress addr("127.0.0.1", 6000); // muduo::net::InetAddress
ChatServer server(&loop, addr, "ChatServer");

server.start(); // listenfd — 使用epoll_ctl 添加到epoll上
loop.loop(); // epoll_wait 以阻塞方式 等待新用户连接, 已连接用户的读写事件等

return 0;
}

InetAddress addr("127.0.0.1", 6000); 这行代码创建了一个 InetAddress 对象，代表服务器监听的 IP地址和端口号。

具体解释如下：

“127.0.0.1”：是 本地回环地址（localhost），意味着这个服务器只接受来自本机的连接。如果你希望接受外部机器的连接，可以将其改成 0.0.0.0（表示监听所有网络接口）或者具体的本机IP。

6000：是 端口号，表示服务器将监听这个端口，等待客户端连接。

编译错误问题解决

直接run code 会出现 编译错误:

g++的 ld….. ——-> 这是 链接错误, ld 是 link editor 的缩写

解决办法1:

这里就 用到了 库的搜索路径问题

g++ nuduo_server.cpp -o server -lmuduo_net -lmuduo_base -lpthread

-lmuduo_net 必须在前面, 后面的base 用到了 net

解决办法2:

直接设置 vscode

按F1 —-> 搜 c++的json配置文件 —-> c_cpp_properties.json

//一般的 编译命令
gcc -I头文件搜索路径 -L库文件搜索路径 -l库名称

/usr/include /usr/local/include
//一般是 默认的 头文件搜索路径, 这个就不用加了

//对应的
/usr/lib /usr/local/lib

在项目文件页, ctrl+shift+b(build)—>关闭搜狗输入法的 没用的快捷键, 会冲突, 打开 g++ 配置文件 task.json

在编译选项, 添加那几个即可:

"args": [
"-fdiagnostics-color=always",
"-g",
"${file}",
"-o",
"${fileDirname}/${fileBasenameNoExtension}",
"-lmuduo_net",
"-lmuduo_base",
"-lpthread"
],

继续 ctrl+shift+b(build), 进行编译!!!

即可 看到 输出 里包含了 这些库

vscode 三大最重要的 json 文件:

三文件配合，实现 写代码 → 编译 → 调试 全流程自动化！