【Linux】自定义协议+序列化+反序列化

自定义协议+序列化+反序列化

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1.再谈 “协议”

协议是一种 “约定”。在前面我们说过父亲和儿子约定打电话的例子，不过这是感性的认识，今天我们理性的认识一下协议。 socket api的接口， 在读写数据时，都是按 “字符串”(其实TCP是字节流，这里是为了理解) 的方式来发送接收的。如果我们要传输一些 “结构化的数据” 怎么办呢?

结构化的数据就比如说我们在使用QQ群聊时除了消息本身、还能看见头像、时间、昵称。这些东西都要发给对方。这些东西都是一个个字符串，难道是把消息、头像、时间、昵称都单独发给对方吗？那分开发的时候，未来群里有成百上千名人大家都发，全都分开发，接收方还要确定每一部分是谁的进行匹配，那这样太恶心了。

实际上这些信息可不是一个个独立个体的而是一个整体。为了理解暂时当作多个字符串。把多个字符串形成一个报文或者说打包成一个字符串(方便理解，其实是一个字节流)然后在网络中发送。多变一方便未来在网络里整体发送。而把多变一的过程，我们称之为序列化。

这里用多个字符串形容也不太准确，下面给具体解释。

经过序列化的过程变成一个整体后发到网络里，经过网络传输发送给对方，发是整体当作一个字符串发的。接收方收的也是整体收的，所以收到一个报文或者说字符串。但是收到的字符串有什么东西我怎么知道，qq作为上层要的是谁发的、什么时候、发的什么具体的信息，所以接收方收到这个整体字符串后，必须把它转成多个字符串，这种一变多的过程，我们称之为反序列化。

业务结构数据在发送网络中的时候，先序列化在发送，收到的一定是序列字节流，要先进行反序列化，然后才能使用。

刚才说过这里用多个字符串不太对只是为了理解，实际上未来多个字符串实际是一个结构体。是以结构体(结构化的数据)作为体现的，然后把这个结构体转成一个字符串，同理对方收到字符串然后转成对应的结构化的数据。

为什么要把字符串转成结构化数据呢？未来这个结构化的数据一定是一个对象，然后使用它的时候，直接对象.url 、对象.time 拿到。

而这里的结构体如message就是传说中的业务协议。
因为它规定了我们聊天时网络通信的数据。

未来我们在应用层定协议就是这种结构体类型，目的就是把结构化的对象转换成序列化结构发送到网络里，然后再把序列化结构转成对应的结构体对象，然后上层直接使用对象进行操作！ 这是业务协议，底层协议有自己的特点。

这样光说还是不太理解，下面找一个应用场景加深理解刚才的知识。所以我们写一个网络版计数器。里面体现出业务协议，序列化，反序列化，在写TCP时要注意TCP时面向字节流的，接收方如何保证拿到的是一个完整的报文呢？而不是半个、多个？这里我们都通过下面写代码的时候解决。而UDP是面向数据报的接收方收到的一定是一个完整的报文，因此不考虑刚才的问题。

2.Cal TCP服务端

自定义协议，但协议是一对的。因此有一个请求，一个响应。

classRequest{public:Request():_x(0),_y(0),_op(0){}Request(int x,int y,char op):_x(x),_y(y),_op(op){}public://这里就是我们的约定，未来形成 “x op y” ,就一定要求x在前面，y在后面，op在中间这约定好的int _x;//第一个数字int _y;//第二个数字char _op;//操作符};classResponse{public:Response():_exitcode(0),_result(0){}Response(int exitcode,int result):_exitcode(exitcode),_result(result){}public://约定int _exitcode;// 0：计算成功，!0表示计算失败，具体是多少，定好标准int _result;// 计算结果};

以前我们写过服务器的代码，有些东西就直接用了，这里服务器是多进程版本。

我们这里主要进行业务逻辑方面的设计。
如果有新链接来了我们就进行处理，因此给一个handlerEntry函数，这里没写在类里主要是为了解耦。并且也把业务逻辑进行解耦给一个回调函数，handlerEntry函数你做你的序列化反序列化等一系列工作，和我没关系。我只做我的工作就行了。

//业务逻辑处理typedef function<void(const Request &, Response &)> func_t;voidhandlerEntry(int sock, func_t callback){//1.读取// 1.1 你怎么保证你读到的消息是 【一个】完整的请求//2. 对请求Request，反序列化//2.1 得到一个结构化的请求对象//Request req=...;// 3. 计算机处理，req.x, req.op, req.y --- 业务逻辑// 3.1 得到一个结构化的响应//Response resp=...;//callback(req,resp);// req的处理结果，全部放入到了resp// 4.对响应Response，进行序列化// 4.1 得到了一个"字符串"// 5. 然后我们在发送响应}classCalServer{public://。。。voidstart(func_t func){// 子进程退出自动被OS回收signal(SIGCHLD, SIG_IGN);for(;;){// 4.获取新链接structsockaddr_in peer;
            socklen_t len =(sizeof(peer));int sock =accept(_listensock,(structsockaddr*)&peer,&len);// 成功返回一个文件描述符if(sock <0){logMessage(ERROR,"accpet error");continue;}logMessage(NORMAL,"accpet a new link success,get new sock: %d", sock);// 5.通信   这里就是一个sock,未来通信我们就用这个sock,tcp面向字节流的,后序全部都是文件操作!// version2 多进程信号版int fd =fork();if(fd ==0){close(_listensock);handlerEntry(sock, func);close(sock);exit(0);}close(sock);}}//。。。private:uint16_t _port;int _listensock;};

#include"CalServer.hpp"#include<memory>voidUsage(string proc){
    cout <<"\nUsage:\n\t"<< proc <<" local_port\n\n";}// req: 里面一定是我们的处理好的一个完整的请求对象// resp: 根据req，进行业务处理，填充resp，不用管理任何读取和写入，序列化和反序列化等任何细节voidCal(const Request &req, Response &resp){}// ./tcpserver portintmain(int argc,char*argv[]){if(argc !=2){Usage(argv[0]);exit(USAGG_ERR);}uint16_t serverport =atoi(argv[1]);

    unique_ptr<CalServer>tsv(newCalServer(serverport));
    tsv->initServer();

    tsv->start(Cal);return0;}

整体就是这样的逻辑，我们现在把软件分成三层。第一层获取链接进行处理，第二层handlerEntery进行序列化反序列化等一系列工作，第三层进行业务处理callback。

现在逻辑清晰了，我们一个个补充代码

为什么说保证你读到的消息是 【一个】完整的请求？因为TCP是面向字节流的，我们保证不了，所以要明确 报文和报文的边界。

TCP有自己内核级别的发送缓冲区和接收缓冲区，而应用层也有自己的缓冲区，我们自己写的代码调用read，write发送读取使用的buffer就是对应缓冲区。其实我们调用的所有的发送函数，根本就不是把数据发送到网络中！
发送函数，本质是拷贝函数！！！

write只是把数据从应用层缓冲区拷贝到TCP发送缓冲区，由TCP协议决定什么时候把数据发送到网络，发多少，出错了怎么办。所以TCP协议叫做传输控制协议！！

最终数据经过网络发送被服务端放到自己的接收缓冲区里，然后我们在应用层调用read，实际在等接收缓冲区里有没有数据，有数据就把数据拷贝应用层的缓冲区。没有数据就是说接收缓冲区是空的，read就会被阻塞。

所以网络发送的本质：

C->S: tcp发送的本质，其实就是将数据从c的发送缓冲区，拷贝到s的接收缓冲区。
S->C: tcp发送的本质，其实就是将数据从s的发送缓冲区，拷贝到c的接收缓冲区。

c->s发，并不影响s->c发，因为用的是不同的成对的缓冲区，所以tcp是全双工的！

这里主要想说的是，tcp在进行发送数据的时候，发收方一直发数据但是对方正在做其他事情来不及读数据，所以导致接收方的接收缓冲区里面存在很多的报文，因为是TCP面向字节流的所以这些报文是挨在一起，最终读的时候怎么保证读到的是一个完整的报文交给上层处理，而不是半个，多个。就是因为我们有接收缓冲区的存在，因此首先我们要解决读取的问题。

明确 报文和报文的边界：

1. 定长
2. 特殊符号
3. 自描述方式

我们给每个报文前面带一个有效载荷长度的字段，未来我先读到这个长度，根据这个长度在读取若干字节，这样就能读取到一个报文，一个能读到，n个也能读到。有效载荷里面是请求或者响应序列化的结果。

//有效载荷->报文
string Enlenth(const string &text){}//将读到的一个完整报文分离出有效载荷boolDelenth(const string &packge, string *text){}

未来读取到一个完整的报文就看这两个函数的具体实现了。

还有不管是请求和响应未来都需要做序列化和反序列化，因此在这两个类中都要包含这两个函数。

classRequest{public:Request():_x(0),_y(0),_op(0){}Request(int x,int y,char op):_x(x),_y(y),_op(op){}//序列化boolserialize(string *out){}//反序列化booldeserialize(const string &in){}public:int _x;int _y;char _op;};

关于这个序列化我们可以自己写，也可以用现成的，不过我们是初学先自己写感受一下，等都写完我们在介绍现成的。

序列化就是怎么把这个结构化的数据形成一个规定好格式的字符串。

#defineSEP" "#defineSEP_LENstrlen(SEP)#defineLINE_SEP"\r\n"#defineLINE_SEP_LENstrlen(LINE_SEP)boolserialize(string *out){// 结构化 -> "x op y"  //规定字符串必须是是 “第一个参数 操作数 第二个参数”*out ="";
    string x_string =to_string(_x);
    string y_string =to_string(_y);*out += x_string;*out += SEP;*out += _op;*out += SEP;*out += y_string;returntrue;}

反序列化就是把这个字符串变成规定好的结构化的数据

booldeserialize(const string &in){// "x op y" -> 结构化auto left = in.find(SEP);auto right = in.rfind(SEP);if(left == string::npos || right == string::npos)returnfalse;if(left == right)returnfalse;if(right -(left + SEP_LEN)!=1)//防止op是其他不合规的操作符如++returnfalse;

    string x_string = in.substr(0, left);// [0, 2) [start, end) , start, end - start
    string y_string = in.substr(right + SEP_LEN);if(x_string.empty())returnfalse;if(y_string.empty())returnfalse;
        
    _x =stoi(x_string);
    _y =stoi(y_string);
    _op = in[left + SEP_LEN];returntrue;}

读取一个完整的请求，后面在填写，先补充其他逻辑

voidhandlerEntery(int sock, func_t callback){
    string inbuffer;while(true){// 1. 读取// 1.1 你怎么保证你读到的消息是 【一个】完整的请求
        string req_str;//代表报文分离之后读取到的字符串(有效载荷)// 2. 对请求Request，反序列化// 2.1 得到一个结构化的请求对象
        Request req;if(!req.deserialize(req_str))return;// 3. 计算机处理，req.x, req.op, req.y --- 业务逻辑// 3.1 得到一个结构化的响应
        Response resp;callback(req, resp);// req的处理结果，全部放入到了resp， 回调是不是不回来了？不是！// 4.对响应Response，进行序列化// 4.1 得到了一个"字符串"// 5. 然后我们在发送响应// 5.1 构建成为一个完整的报文}}

业务处理

enum{
    OK,
    DIV_ERR,
    MOD_ERR,
    OPER_ERR
};// req: 里面一定是我们的处理好的一个完整的请求对象// resp: 根据req，进行业务处理，填充resp，不用管理任何读取和写入，序列化和反序列化等任何细节voidCal(const Request &req, Response &resp){//req已经有结构化完成的数据啦，你可以直接使用
    resp._exitcode = OK;
    resp._result = OK;switch(req._op){case'+':
        resp._result = req._x + req._y;break;case'-':
        resp._result = req._x - req._y;break;case'*':
        resp._result = req._x * req._y;break;case'/':{if(req._y ==0)
            resp._exitcode = DIV_ERR;else
            resp._result=req._x/req._y;}break;case'%':{if(req._y ==0)
            resp._exitcode = MOD_ERR;else
            resp._result=req._x%req._y;}break;default:
        resp._exitcode = OPER_ERR;break;}}

现在对响应进行序列化，反序列化

classResponse{public:Response():_exitcode(0),_result(0){}Response(int exitcode,int result):_exitcode(exitcode),_result(result){}boolserialize(string *out){// 结构化 -> "_exitcode  _result"*out ="";*out =to_string(_exitcode);*out += SEP;*out +=to_string(_result);returntrue;}booldeserialize(const string &in){//"_exitcode  _result" ->结构化auto pos = in.find(SEP);if(pos == string::npos)returnfalse;

        string ec_string = in.substr(0, pos);
        string res_string = in.substr(pos + SEP_LEN);if(ec_string.empty())returnfalse;if(res_string.empty())returnfalse;

        _exitcode =stoi(ec_string);
        _result =stoi(res_string);returntrue;}public:int _exitcode;// 0：计算成功，!0表示计算失败，具体是多少，定好标准int _result;// 计算结果};

voidhandlerEntery(int sock, func_t callback){
    string inbuffer;while(true){// 1. 读取// 1.1 你怎么保证你读到的消息是 【一个】完整的请求
        string req_str;//代表报文分离之后读取到的字符串(有效载荷)// 2. 对请求Request，反序列化// 2.1 得到一个结构化的请求对象
        Request req;if(!req.deserialize(req_str))return;// 3. 计算机处理，req.x, req.op, req.y --- 业务逻辑// 3.1 得到一个结构化的响应
        Response resp;callback(req, resp);// req的处理结果，全部放入到了resp， 回调是不是不回来了？不是！// 4.对响应Response，进行序列化// 4.1 得到了一个"字符串"
        string resp_str;if(!resp.serialize(&resp_str))return;// 5. 然后我们在发送响应// 5.1 构建成为一个完整的报文}}

现在的问题就是如何读到一个完整的报文请求。
首先得是一个报文，因此我们把序列化形成的字符串加上特定的格式形成一个报文

// "x op y"  -> "content_len"\r\n"x op y"\r\n
string Enlenth(const string &text){
    string send_string =to_string(text.size());
    send_string += LINE_SEP;
    send_string += text;
    send_string += LINE_SEP;return send_string;}

voidhandlerEntery(int sock, func_t callback){
    string inbuffer;while(true){// 1. 读取// 1.1 你怎么保证你读到的消息是 【一个】完整的请求
        string req_str;//代表报文分离之后读取到的字符串(有效载荷)// 2. 对请求Request，反序列化// 2.1 得到一个结构化的请求对象
        Request req;if(!req.deserialize(req_str))return;// 3. 计算机处理，req.x, req.op, req.y --- 业务逻辑// 3.1 得到一个结构化的响应
        Response resp;callback(req, resp);// req的处理结果，全部放入到了resp， 回调是不是不回来了？不是！// 4.对响应Response，进行序列化// 4.1 得到了一个"字符串"
        string resp_str;if(!resp.serialize(&resp_str))return;// 5. 然后我们在发送响应// 5.1 构建成为一个完整的报文
           string send_string =Enlenth(resp_str);//5.2 发送send(sock, send_string.c_str(), send_string.size(),0);}}

新的接口函数send和write一模一样，不过多了一个参数flags：发送方式，默认为0后面解释。

现在我们就差最后一步，如何读取的是一个完整的报文。
现在我们已经知道完整的报文是，这是我们自己定制好。

"content_len"\r\n"x op y"\r\n

我们在写一个recvpackge读取函数，让它进行处理。只要这个函数返回了，走到下面一定是读取到了一个完整的报文。然后对这个报文进行处理只要有效载荷。

voidhandlerEntery(int sock, func_t callback){
       string inbuffer;//每次从缓冲区拿到的数据放到inbuffer里while(true){
       string req_text, req_str;// 1. 读取："content_len"\r\n"x op y"\r\n// 1.1 你怎么保证你读到的消息是 【一个】完整的请求//把从sock读取的数据最后放到inbuffer里，从inbuffer里面拿到一个完整的请求放到req_textif(!recvpackge(sock, inbuffer,&req_text))return;// 1.2 我们保证，我们req_text里面一定是一个完整的请求："content_len"\r\n"x op y"\r\nif(!Delenth(req_text,&req_str))return;//req_str 里放的是"x op y"  下面在进行处理//。。。}}

recv和read也是一模一样，也是后面多个发送方式，暂时写0

boolrecvpackge(int sock, string &inbuffer, string *text){//"content_len"/r/n"x op y"/r/nchar buffer[1024];while(true){
        ssize_t n =recv(sock, buffer,sizeof(buffer)-1,0);if(n >0){
            buffer[n]=0;
            inbuffer += buffer;//可能一次没用读到完整的报文,这里使用的是+=auto pos = inbuffer.find(LINE_SEP);if(pos == string::npos)// 没读到一个完整报文continue;//inbuffer.size() >= "content_len"/r/n"x op y"/r/n  //如果inbuffer.size()大于或等于一个完整报文的长度，说明inbuffer里面至少有一个完整报文
            string text_len_string = inbuffer.substr(0, pos);int text_len =stoi(text_len_string);int total_len = text_len_string.size()+2* LINE_SEP_LEN + text_len;if(inbuffer.size()< total_len)//也没有读到一个完整报文continue;// 至少有一个完整的报文*text = inbuffer.substr(0, total_len);//拿到一个完整报文
            inbuffer.erase(0, total_len);//把拿走的报文从inbuffer缓冲区里减去break;}else{returnfalse;}}returntrue;}

接下面Delenth得到这个报文中的有效载荷

//"content_len"\r\n"x op y"\r\n  -> "x op y"boolDelenth(const string &packge, string *text){auto pos = packge.find(LINE_SEP);if(pos == string::npos)returnfalse;
    string text_len_string = packge.substr(0, pos);int text_len =stoi(text_len_string);*text = packge.substr(pos + LINE_SEP_LEN, text_len);returntrue;}

现在关于服务端有关业务逻辑已经都写好了，接下来写客户端的。

服务端业务逻辑完整代码

这里我们增加一些打印信息，最后运行可以看的到序列化反序列的过程。

#pragmaonce#include<iostream>#include<string>#include<cstring>#include<sys/types.h>#include<sys/socket.h>#defineSEP" "#defineSEP_LENstrlen(SEP)#defineLINE_SEP"\r\n"#defineLINE_SEP_LENstrlen(LINE_SEP)usingnamespace std;// "x op y"  -> "content_len"\r\n"x op y"\r\n
string Enlenth(const string &text){
    string send_string =to_string(text.size());
    send_string += LINE_SEP;
    send_string += text;
    send_string += LINE_SEP;return send_string;}//"content_len"\r\n"x op y"\r\n  -> "x op y"boolDelenth(const string &packge, string *text){auto pos = packge.find(LINE_SEP);if(pos == string::npos)returnfalse;
    string text_len_string = packge.substr(0, pos);int text_len =stoi(text_len_string);*text = packge.substr(pos + LINE_SEP_LEN, text_len);returntrue;}classRequest{public:Request():_x(0),_y(0),_op(0){}Request(int x,int y,char op):_x(x),_y(y),_op(op){}boolserialize(string *out){// 结构化 -> "x op y"*out ="";
        string x_string =to_string(_x);
        string y_string =to_string(_y);*out += x_string;*out += SEP;*out += _op;*out += SEP;*out += y_string;returntrue;}booldeserialize(const string &in){// "x op y" -> 结构化auto left = in.find(SEP);auto right = in.rfind(SEP);if(left == string::npos || right == string::npos)returnfalse;if(left == right)returnfalse;if(right -(left + SEP_LEN)!=1)returnfalse;

        string x_string = in.substr(0, left);// [0, 2) [start, end) , start, end - start
        string y_string = in.substr(right + SEP_LEN);if(x_string.empty())returnfalse;if(y_string.empty())returnfalse;
        _x =stoi(x_string);
        _y =stoi(y_string);
        _op = in[left + SEP_LEN];returntrue;}public:int _x;int _y;char _op;};classResponse{public:Response():_exitcode(0),_result(0){}Response(int exitcode,int result):_exitcode(exitcode),_result(result){}boolserialize(string *out){// 结构化 -> "_exitcode  _result"*out ="";*out =to_string(_exitcode);*out += SEP;*out +=to_string(_result);returntrue;}booldeserialize(const string &in){//"_exitcode  _result" ->结构化auto pos = in.find(SEP);if(pos == string::npos)returnfalse;

        string ec_string = in.substr(0, pos);
        string res_string = in.substr(pos + SEP_LEN);if(ec_string.empty())returnfalse;if(res_string.empty())returnfalse;

        _exitcode =stoi(ec_string);
        _result =stoi(res_string);returntrue;}public:int _exitcode;// 0：计算成功，!0表示计算失败，具体是多少，定好标准int _result;// 计算结果};boolrecvpackge(int sock, string &inbuffer, string *text){//"content_len"/r/n"x op y"/r/nchar buffer[1024];while(true){
        ssize_t n =recv(sock, buffer,sizeof(buffer)-1,0);if(n >0){
            buffer[n]=0;
            inbuffer += buffer;//可能一次没用读到完整的报文,这里使用的是+=auto pos = inbuffer.find(LINE_SEP);if(pos == string::npos)// 没读到一个完整报文continue;//inbuffer.size() >= "content_len"/r/n"x op y"/r/n  //如果inbuffer.size()大于或等于一个完整报文的长度，说明inbuffer里面至少有一个完整报文
            string text_len_string = inbuffer.substr(0, pos);int text_len =stoi(text_len_string);int total_len = text_len_string.size()+2* LINE_SEP_LEN + text_len;
            
            cout <<"处理前#inbuffer: \n"<< inbuffer << std::endl;if(inbuffer.size()< total_len)//也没有读到一个完整报文{
                cout <<"你输入的消息，没有严格遵守我们的协议，正在等待后续的内容, continue"<< endl;continue;}// 至少有一个完整的报文*text = inbuffer.substr(0, total_len);//拿到一个完整报文
            inbuffer.erase(0, total_len);//把拿走的报文从inbuffer缓冲区里减去
            
            cout <<"处理后#inbuffer:\n "<< inbuffer << endl;break;}else{returnfalse;}}returntrue;}

#pragmaonce#include"logMessage.hpp"#include"protocol.hpp"#include<iostream>#include<string>#include<stdlib.h>#include<cstring>#include<sys/types.h>#include<sys/socket.h>#include<netinet/in.h>#include<arpa/inet.h>#include<unistd.h>#include<sys/wait.h>#include<signal.h>#include<functional>usingnamespace std;enum{
    USAGG_ERR =1,
    SOCKET_ERR,
    BIND_ERR,
    LISTEN_ERR
};constint backlog =5;typedef function<void(const Request &, Response &)> func_t;enum{
    OK,
    DIV_ERR,
    MOD_ERR,
    OPER_ERR
};voidhandlerEntery(int sock, func_t callback){
    string inbuffer;while(true){
        string req_text, req_str;// 1. 读取："content_len"\r\n"x op y"\r\n// 1.1 你怎么保证你读到的消息是 【一个】完整的请求if(!recvpackge(sock, inbuffer,&req_text))return;

        cout <<"带报头的请求：\n"<< req_text << std::endl;// 1.2 我们保证，我们req_text里面一定是一个完整的请求："content_len"\r\n"x op y"\r\nif(!Delenth(req_text,&req_str))return;
            
        cout <<"去掉报头的正文：\n"<< req_str << endl;// 2. 对请求Request，反序列化// 2.1 得到一个结构化的请求对象
        Request req;if(!req.deserialize(req_str))return;// 3. 计算机处理，req.x, req.op, req.y --- 业务逻辑// 3.1 得到一个结构化的响应
        Response resp;callback(req, resp);// req的处理结果，全部放入到了resp， 回调是不是不回来了？不是！// 4.对响应Response，进行序列化// 4.1 得到了一个"字符串"
        string resp_str;if(!resp.serialize(&resp_str))return;

        cout <<"计算完成, 序列化响应: "<< resp_str << endl;// 5. 然后我们在发送响应// 5.1 构建成为一个完整的报文
        string send_string =Enlenth(resp_str);
        
        cout <<"构建完成完整的响应\n"<< send_string << endl;send(sock, send_string.c_str(), send_string.size(),0);}}classCalServer{public:CalServer(constuint16_t port):_port(port),_listensock(-1){}voidinitServer(){// 1.创建socket文件套接字对象
        _listensock =socket(AF_INET, SOCK_STREAM,0);if(_listensock <0){logMessage(FATAL,"socket create error");exit(SOCKET_ERR);}logMessage(NORMAL,"socker create success :%d", _listensock);// 2.bind 绑定自己的网络消息 port和ipstructsockaddr_in local;memset(&local,0,sizeof(local));
        local.sin_family = AF_INET;
        local.sin_port =htons(_port);
        local.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;// 任意地址bind,服务器真实写法if(bind(_listensock,(structsockaddr*)&local,sizeof(local))<0){logMessage(FATAL,"bind socket error");exit(BIND_ERR);}logMessage(NORMAL,"bind socket success");// 3.设置socket为监听状态if(listen(_listensock, backlog)<0)// backlog  底层链接队列的长度{logMessage(FATAL,"listen socket error");exit(LISTEN_ERR);}logMessage(NORMAL,"listen socker success");}voidstart(func_t func){// 子进程退出自动被OS回收signal(SIGCHLD, SIG_IGN);for(;;){// 4.获取新链接structsockaddr_in peer;
            socklen_t len =(sizeof(peer));int sock =accept(_listensock,(structsockaddr*)&peer,&len);// 成功返回一个文件描述符if(sock <0){logMessage(ERROR,"accpet error");continue;}logMessage(NORMAL,"accpet a new link success,get new sock: %d", sock);// 5.通信   这里就是一个sock,未来通信我们就用这个sock,tcp面向字节流的,后序全部都是文件操作!// version2 多进程信号版int fd =fork();if(fd ==0){close(_listensock);handlerEntery(sock, func);close(sock);exit(0);}close(sock);}}~CalServer(){}private:// string _ip;uint16_t _port;int _listensock;};

#include"CalServer.hpp"#include<memory>voidUsage(string proc){
    cout <<"\nUsage:\n\t"<< proc <<" local_port\n\n";}// req: 里面一定是我们的处理好的一个完整的请求对象// resp: 根据req，进行业务处理，填充resp，不用管理任何读取和写入，序列化和反序列化等任何细节voidCal(const Request &req, Response &resp){// req已经有结构化完成的数据啦，你可以直接使用
    resp._exitcode = OK;
    resp._result = OK;switch(req._op){case'+':
        resp._result = req._x + req._y;break;case'-':
        resp._result = req._x - req._y;break;case'*':
        resp._result = req._x * req._y;break;case'/':{if(req._y ==0)
            resp._exitcode = DIV_ERR;else
            resp._result=req._x/req._y;}break;case'%':{if(req._y ==0)
            resp._exitcode = MOD_ERR;else
            resp._result=req._x%req._y;}break;default:
        resp._exitcode = OPER_ERR;break;}}// ./tcpserver portintmain(int argc,char*argv[]){if(argc !=2){Usage(argv[0]);exit(USAGG_ERR);}uint16_t serverport =atoi(argv[1]);

    unique_ptr<CalServer>tsv(newCalServer(serverport));
    tsv->initServer();

    tsv->start(Cal);return0;}

2.Cal TCP客户端

这里我们就改发送和读取就行了，其他还和以前一样

#pragmaonce#include<iostream>#include<string>#include<stdlib.h>#include<cstring>#include<sys/types.h>#include<sys/socket.h>#include<netinet/in.h>#include<arpa/inet.h>#include<unistd.h>#include"protocol.hpp"usingnamespace std;classCalClient{public:CalClient(const string &ip,constuint16_t&port):_serverip(ip),_serverport(port),_sockfd(-1){}voidinitClient(){// 1.创建socket套接字
        _sockfd =socket(AF_INET, SOCK_STREAM,0);if(_sockfd <0){
            cerr <<"socket fail"<< endl;exit(2);}}voidrun(){// 2.发起链接structsockaddr_in server;memset(&server,0,sizeof(server));
        server.sin_family = AF_INET;
        server.sin_port =htons(_serverport);
        server.sin_addr.s_addr =inet_addr(_serverip.c_str());if(connect(_sockfd,(structsockaddr*)&server,sizeof(server))!=0){
            cerr <<"socker connect fail"<< endl;}else{
            string msg,inbuffer;while(true){// 发
                cout <<"mycal>> ";getline(cin, msg);//输入1+1
                Request req=ParseLine(msg);//构建Request对象
                string req_str;
                req.serialize(&req_str);//序列化
                string send_string=Enlenth(req_str);//加报头send(_sockfd,send_string.c_str(),send_string.size(),0);// 读// recvpackge里我们是按照特殊格式进行读取的，因此这里直接用//  "content_len"\r\n"exitcode result"\r\n
                string resp_text,resp_str;if(!recvpackge(_sockfd,inbuffer,&resp_text))continue;if(!Delenth(resp_text,&resp_str))continue;// "exitcode result"
                Response resp;
                resp.deserialize(resp_str);
                cout<<"exitcode: "<<resp._exitcode<<endl;
                cout<<"result: "<<resp._result<<endl;}}}//这里有各种方法，可以选自己喜欢的处理方式
    Request ParseLine(const string& msg){//1+1 123*345  24/2int pos=0;//找到分割符for(int i=0;i<msg.size();++i){if(isdigit(msg[i])==false){
                pos=i;break;}}
        string left=msg.substr(0,pos);
        string right=msg.substr(pos+1);
        Request req;
        req._x=stoi(left);
        req._y=stoi(right);
        req._op=msg[pos];return req;}~CalClient(){if(_sockfd >=0)close(_sockfd);}private:
    string _serverip;uint16_t _serverport;int _sockfd;};

现在服务端和客户端都写好了运行一下，这里我们打印出一些信息能看到序列化和反序列化的过程。

UDP是面向数据报的，因此只需要序列化和反序列化。
TCP是面向字节流的，需要考虑保证读到的是一个完整报文、获取有效载荷、序列化、反序列化。

4.Json

上面是我们手写序列化和反序列化和协议，帮助我们理解这里序列化和反序列化自己写的有的挫。对于序列化和反序列化，有现成的解决方案，绝对不会自己去写。但是没说，协议不能自己定！

1. Json
2. protobuf
3. xml

我们这里用的是Json（简单）
Json其实就是一个字符串风格数据交换格式

里面属性是以K和V的形式呈现出来的键值对，未来我们可以以KV形式设置，提取可以以KV形式提取。

安装Json库

sudo yum install -y jsoncpp-devel //安装c++的json库

下面在代码里我们使用了条件编译，方便自己用Json和自己序列化反序列方案切换。

编译的时候想用Json方案-DMYSELF，不想用#-DMYSELF 注释掉

LD=-DMYSELF

.PHONY:all
all:calclient calserver

calclient:CalClient.cc
    g++-o $@ $^ -std=c++11 -ljsoncpp ${LD}

calserver:CalServer.cc
    g++-o $@ $^ -std=c++11 -ljsoncpp ${LD}.PHONY:clean
clean:
    rm-f calserver calclient

#include<jsoncpp/json/json.h>classRequest{public:Request():_x(0),_y(0),_op(0){}Request(int x,int y,char op):_x(x),_y(y),_op(op){}boolserialize(string *out){#ifndefMYSELF// 结构化 -> "x op y"*out ="";
        string x_string =to_string(_x);
        string y_string =to_string(_y);*out += x_string;*out += SEP;*out += _op;*out += SEP;*out += y_string;#else
        Json::Value root;//Json::Value是一个万能对象，用来接收任意类型//Json是KV的格式，因此我们要给它设置KV，方便后面提取它//x虽然是个整型，但是实际在保存到Json里它会把所有内容转成字符串
        root["first"]= _x;
        root["second"]= _y;
        root["oper"]= _op;//Json形成字符串有两种风格，我们选其中一种
        Json::FastWriter write;// Json::StyledWriter writer;*out = write.write(root);//里面自动组序列化，返回值是一个string#endifreturntrue;}booldeserialize(const string &in){#ifndefMYSELF// "x op y" -> 结构化auto left = in.find(SEP);auto right = in.rfind(SEP);if(left == string::npos || right == string::npos)returnfalse;if(left == right)returnfalse;if(right -(left + SEP_LEN)!=1)returnfalse;

        string x_string = in.substr(0, left);// [0, 2) [start, end) , start, end - start
        string y_string = in.substr(right + SEP_LEN);if(x_string.empty())returnfalse;if(y_string.empty())returnfalse;
        _x =stoi(x_string);
        _y =stoi(y_string);
        _op = in[left + SEP_LEN];#else
        Json::Value root;
        Json::Reader reader;
        reader.parse(in, root);//从in这个流中做反序列化，放到root里//根据K提取V//不过Json默认把所有数据当成字符串
        _x = root["first"].asInt();//把字符串转成对于的类型
        _y = root["second"].asInt();
        _op = root["oper"].asInt();//char本来就是按ASCII码存的，这里也把当它当成整数#endifreturntrue;}public:int _x;int _y;char _op;};classResponse{public:Response():_exitcode(0),_result(0){}Response(int exitcode,int result):_exitcode(exitcode),_result(result){}boolserialize(string *out){#ifndefMYSELF// 结构化 -> "_exitcode  _result"*out ="";*out =to_string(_exitcode);*out += SEP;*out +=to_string(_result);#else
        Json::Value root;
        root["first"]= _exitcode;
        root["second"]= _result;

        Json::FastWriter write;*out = write.write(root);#endifreturntrue;}booldeserialize(const string &in){#ifndefMYSELF//"_exitcode  _result" ->结构化auto pos = in.find(SEP);if(pos == string::npos)returnfalse;

        string ec_string = in.substr(0, pos);
        string res_string = in.substr(pos + SEP_LEN);if(ec_string.empty())returnfalse;if(res_string.empty())returnfalse;

        _exitcode =stoi(ec_string);
        _result =stoi(res_string);#else
        Json::Value root;
        Json::Reader reader;
        reader.parse(in, root);
        _exitcode = root["first"].asInt();
        _result = root["second"].asInt();#endifreturntrue;}public:int _exitcode;// 0：计算成功，!0表示计算失败，具体是多少，定好标准int _result;// 计算结果};

如上就是我们的自定义协议，序列化，反序列化的内容。

自定义协议说人话就是定义一个结构化的对象，有了这个结构化的对象，未来客户端和服务端可以进行来回的发送。约定体现在这个结构化对象里面的成员变量都代表了什么意思。为什么一定是这样的格式而不能是其他格式。如op为什么一定是±*/不能是其他，这些都是约定好的。拿到结果先看哪一个后看哪一个。exitcode为0是什么意思，不为0是什么意思。都是规定好的。这就是协议。

没有人规定我们网络通信的时候，只能有一种协议！
我们今天就只写了一种协议Request，Response，未来如果想用Request1，Response1等等，定义100对协议都是可以的。每一对协议做不同的工作。

那我们怎么让系统知道我们用的是哪一种协议呢？
我们可以在报文里添加协议编号。
如

"content_len"\r\n"协议编号"\r\n"x op y"\r\n

，未来解析协议的时候可以把协议编号拿到，然后根据编号区分清楚用的是那个Request，Response对象。

目前基本socket写完，一般服务器设计原则和方式(多进程、多线程、线程池)+常见的各种场景，自定义协议+序列化和反序列化都已经学了。所以未来我们就可以用这三大构成自己自由去写服务器了。

有没有人已经针对常见场景，早就已经写好了常见的协议软件，供我们使用呢？
当然了，最典型的HTTP/HTTPS。未来它们做的事情和我们以前做的事情是一样的！只不过HTTP是结合它的应用场景来谈的。

下篇博客我们具体详谈！