c++ - 在 C++ 中创建一个简单的数据包路由器，如何跟踪 'clients'？

Question

我需要一个类 Router 来接收 IP 数据包，解析它们并发送给客户端(来自类 Client)。当然，每个 Client 都必须告诉 Router 他们想要接收特定端口的数据包。

template <class T>
class Router
{
public:
    //Packets arrive from the world to a Client
    virtual bool onReceivePacket(Packet<T>::Ptr packet);
    //Packets arrive from a Client to the world
    virtual void onSendPacket(Packet<T>::Ptr packet);
protected:
    std::unordered_map<int, std::shared_ptr<Client>> tcpRoutingTable;
    std::unordered_map<int, std::shared_ptr<Client>> udpRoutingTable;
}

Router 的接口(interface)非常简单。有人会用来自世界的数据包调用 onReceivePacket 并且 Router 将提取数据包的目标端口，如果它是 TCP 或 UDP，它将简单地路由到相应的客户端在客户端调用 onReceive。示例:

auto client = tcpRoutingTable.at(packet->tcpDestination());
client->onReceive(packet);

但是有两件事困扰着我:

1) 如何保持Router 和Client 之间的关系？如果我简单地创建一个 Client 并将其订阅到 Router，那么 Router 还必须在 Client 中包含一个指向自身的指针。这种关系非常脆弱，就好像 Client 或 Router 消失一样，它会以未定义的行为结束。此外，通过简单地在 Client 和 Router 上使用 shared_ptr，我们得到了 shared_ptr 的递归问题，其中包括彼此，因此永远不会离开。

2) unordered_map 是路由数据包的最佳方式吗？我认为没有比简单地检查整数并发送到特定客户端更快的方法了。然而，第一个问题的答案可能会改变这个模型。

如你所见，Router 是单线程的，因为用来自世界的数据包调用Router 的东西也是单线程的。但是我可以从多线程中受益吗？

Answer 1

考虑到您更了解您的设计目标和限制 - 您强调简单性，以下是技术答案。

1. std::weak_ptr 可用于打破由 std::shared_ptr 管理的对象形成的引用循环。

std::weak_ptr

由于您正在考虑并发性，因此请记住以下几点:直接实现 weak_ptr(Boost 库)的前身说 weak_ptr 提供了非常有限的操作子集，因为访问其存储的指针在多线程程序中通常很危险.您的 std 实现可能会继承同样的困难 - 请调查或在单独的问题中提问。

1. 在内部，unordered_map 中的元素根据它们的哈希值被组织到桶中，以允许通过它们的键值直接快速访问单个元素(平均恒定的平均时间复杂度)。因此，从性能角度来看，使用 unordered_map 是有吸引力的。