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基於 libuv 的高性能 TCP 封裝：支援萬級併發的 Server/Client 完整實現

編輯：C++ 入門

技術選型：為什麼選 libuv？

庫	評價
Boost.Asio / ACE	功能強但過於龐大，編譯依賴重
libevent	成熟穩定，但 API 風格較 C 風格
libev	輕量快速，但功能相對簡單
libuv	Node.js 底層引擎，跨平台、異步 IO 完備、活躍維護

架構設計

TCPServer：基於 uv_tcp_t + uv_loop_t，管理客戶端映射 map<int, clientdata*>
TCPClient：獨立連接，支援連接超時檢測、發送鎖
回調驅動：newconnect、server_recvcb、client_recvcb
日誌整合：log4z 異步日誌
內存管理：RAII 風格，uv_close 回調中釋放 clientdata

核心類介面

TCPServer

class TCPServer {
public:
    TCPServer(uv_loop_t* loop = uv_default_loop());
    ~TCPServer();

    bool Start(const char* ip, int port);   // IPv4
    bool Start6(const char* ip, int port);  // IPv6
    void close();

    int send(int clientid, const char* data, size_t len);
    void setnewconnectcb(newconnect cb);
    void setrecvcb(int clientid, server_recvcb cb);

    const char* GetLastErrMsg() const;
private:
    uv_tcp_t server_;
    map clients_list_;
    uv_mutex_t mutex_handle_;
    uv_loop_t* loop_;
    newconnect newconcb_;
    bool isinit_;
    // 靜態回調：acceptConnection, AfterServerRecv, AfterSend, onAllocBuffer...
};

TCPClient

class TCPClient {
public:
    TCPClient(uv_loop_t* loop = uv_default_loop());
    ~TCPClient();

    bool connect(const char* ip, int port);   // 阻塞直到連接完成
    bool connect6(const char* ip, int port);
    int send(const char* data, size_t len);
    void setrecvcb(client_recvcb cb, void* userdata);
    void close();

    bool setNoDelay(bool enable);
    bool setKeepAlive(int enable, unsigned int delay);

private:
    uv_tcp_t client_;
    uv_loop_t* loop_;
    uv_thread_t connect_threadhanlde_;  // 連接線程
    uv_mutex_t write_mutex_handle_;     // 發送串行化
    enum { CONNECT_TIMEOUT, CONNECT_FINISH, CONNECT_ERROR, CONNECT_DIS };
    int connectstatus_;
    client_recvcb recvcb_;
    void* userdata_;
    // 靜態回調：AfterConnect, AfterClientRecv, AfterSend, onAllocBuffer...
};

關鍵實現細節

1. 服務端接受新連接

void TCPServer::acceptConnection(uv_stream_t* server, int status) {
    TCPServer* tcpsock = (TCPServer*)server->data;
    int clientid = tcpsock->GetAvailaClientID();  // 原子遞增
    clientdata* cdata = new clientdata(clientid);
    cdata->tcp_server = tcpsock;

    uv_tcp_init(tcpsock->loop_, cdata->client_handle);
    uv_accept((uv_stream_t*)&tcpsock->server_, (uv_stream_t*)cdata->client_handle);

    tcpsock->clients_list_[clientid] = cdata;
    if (tcpsock->newconcb_) tcpsock->newconcb_(clientid);

    uv_read_start((uv_stream_t*)cdata->client_handle, onAllocBuffer, AfterServerRecv);
}

2. 內存緩衝區管理

onAllocBuffer 直接返回預分配的 readbuffer/writebuffer (1MB)
發送時 realloc 擴容，**生命週期由發送者控制**，直到 AfterSend 回調
Client 發送用 write_mutex_handle_ 串行化，避免併發寫亂序

3. 客戶端異步連接模式

bool TCPClient::connect(const char* ip, int port) {
    close(); init();
    connectip_ = ip; connectport_ = port;
    uv_thread_create(&connect_threadhanlde_, ConnectThread, this);
    while (connectstatus_ == CONNECT_DIS) Sleep(100);  // 等待連接完成
    return connectstatus_ == CONNECT_FINISH;
}

void TCPClient::ConnectThread(void* arg) {
    TCPClient* pclient = (TCPClient*)arg;
    sockaddr_in bind_addr;
    uv_ip4_addr(pclient->connectip_.c_str(), pclient->connectport_, &bind_addr);
    uv_tcp_connect(&pclient->connect_req_, &pclient->client_, (sockaddr*)&bind_addr, AfterConnect);
    pclient->run();  // 在連接線程運行事件循環
}

**設計亮點**：連接過程在獨立線程，主線程可做其他事；AfterConnect 回調中啟動 uv_read_start 並設置狀態。