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C++ 基於 Boost.Asio 的高效能伺服器壓力測試框架實作

編輯：關於C++

C++ 高效能伺服器壓力測試框架設計與實作

本框架基於 Boost.Asio 非同步網路程式庫，模擬大量客戶端連線進行伺服器壓力測試。採用 Proactor 模式，單執行緒即可管理上萬連線，支援多執行緒擴展充分利用多核 CPU。

核心架構：CSession 類別

每個客戶端連線對應一個 CSession 物件，繼承 enable_shared_from_this 確保非同步操作期間物件存活：

class CSession : public boost::enable_shared_from_this {
public:
    CSession(const string& IP, unsigned short port, int heartbeat_min, boost::asio::io_service& ios);
    ~CSession();
    
    void start();    // 發起非同步連線
    void stop();     // 關閉連線與定時器
    void login();    // 發送登入封包
    void heartbeat(); // 發送心跳封包
    void start_send(); // 從任務佇列取出封包發送
    
private:
    // 非同步操作回調
    void connect_handler(const error_code& ec);
    void receive_handler(const error_code& ec, size_t bytes);
    void login_handler(const error_code& ec, size_t bytes);
    void heartbeat_handler(const error_code& ec);
    void send_handler(const error_code& ec);
    
    // 封包處理
    size_t check_frame(const error_code& ec, size_t bytes);
    void parse_frame(const error_code& ec, size_t bytes);
    void start_receive();
    
    // 成員變數
    tcp::endpoint m_ep;
    tcp::socket m_sock;
    tcp::resolver m_resolver;
    array read_buffer, write_buffer;
    deadline_timer heartbeat_timer;
    int m_heartbeat_minutes;
    thread_safe_queue m_task_queue;
};

關鍵流程實作

1. 連線建立與登入

void CSession::start() {
    m_sock.async_connect(m_ep, bind(&CSession::connect_handler, shared_from_this(), placeholders::error));
}

void CSession::connect_handler(const error_code& ec) {
    if (!ec) {
        boost::this_thread::sleep(boost::posix_time::microseconds(500));
        login(); // 連線成功後發送登入封包
    } else {
        boost::this_thread::sleep(boost::posix_time::seconds(60));
        start(); // 連線失敗 60 秒後重試
    }
}

void CSession::login() {
    unsigned char buf[256];
    UINT len = process_login(buf); // 組裝登入資料
    m_sock.async_write_some(buffer(buf, len), bind(&CSession::login_handler, shared_from_this(), placeholders::error, placeholders::bytes_transferred));
}

2. 心跳機制

void CSession::heartbeat() {
    unsigned char buf[256];
    UINT len = process_heartbeat(buf);
    m_sock.async_write_some(buffer(buf, len), bind(&CSession::heartbeat_handler, shared_from_this(), placeholders::error));
}

void CSession::heartbeat_handler(const error_code& ec) {
    if (!ec) {
        heartbeat_timer.expires_from_now(boost::posix_time::minutes(m_heartbeat_minutes));
        heartbeat_timer.async_wait(bind(&CSession::heartbeat, shared_from_this()));
    } else {
        stop();
    }
}

3. 資料收發迴圈

void CSession::start_receive() {
    m_sock.async_receive(buffer(read_buffer), bind(&CSession::receive_handler, shared_from_this(), placeholders::error, placeholders::bytes_transferred));
}

void CSession::receive_handler(const error_code& ec, size_t bytes) {
    if (!ec) {
        // 封包驗證與解析
        async_read(m_sock, buffer(read_buffer), bind(&CSession::check_frame, shared_from_this(), placeholders::error, bytes), bind(&CSession::parse_frame, shared_from_this(), placeholders::error, bytes));
        start_receive(); // 繼續接收下一個封包
    } else {
        stop();
    }
}

使用方式：啟動大量客戶端

class Client { public: shared_ptr session; };

vector clients(10000); // 1 萬個客戶端
io_service ios;
io_service::work work(ios); // 防止 io_service 提前結束

string IP = "192.168.1.1";
unsigned short port = 8000;
int heartbeat = 10; // 分鐘

// 建立並啟動所有客戶端
for (auto& c : clients) {
    c.session = make_shared(IP, port, heartbeat, ios);
    c.session->start();
}

// 多執行緒運行 io_service（充分利用多核）
int thread_count = max(1, (int)boost::thread::hardware_concurrency());
thread_group tg;
for (int i = 0; i < thread_count; i++) {
    tg.create_thread(bind(&io_service::run, ref(ios)));
    boost::this_thread::sleep(boost::posix_time::seconds(5)); // 錯峰啟動
}

// 發送測試任務
for (auto& c : clients) {
    c.session->start_send(); // 將任務加入佇列觸發發送
}