c++ - 如何使用 boost::asio 为 UDP 发现和 TCP 连接序列化类

Question

我正在尝试学习如何使用 boost::asio。 C++ 和 ASYNC 与我的常规编程实践非常不同。

我正在尝试编写一个程序，该程序使用 UDP 发现设备，然后与它建立 TCP 连接。一旦建立了 TCP 连接，程序就会停止 UDP 搜索。如果 TCP 连接断开或超时，UDP 搜索将重新开始。

我今天看了很多视频，包括https://www.youtube.com/watch?v=7FQwAjELMek .我的代码大致基于所讨论的共享指针习语，因为这似乎是我所获得的最接近解决方案的方法。

我开发了两个类。

• udpFindQSYNC，我可以使用它来搜索使用 UDP 的设备

• tcpQSYNC，我可以使用它与使用 TCP 的设备建立连接。

为了测试我的程序 - 我启动它，然后使用 netcat 伪造 UDP 响应，然后使用不存在的 IP 地址让 TCP 连接超时，以尝试让程序循环返回搜索。

回声“你好” | nc -lu 0.0.0.0 9720

#include <memory>
#include <string>
#include <iostream>
#include <boost/asio.hpp>
#include <boost/bind.hpp>

class tcpQSYNC : public std::enable_shared_from_this<tcpQSYNC> {

public:
    tcpQSYNC(boost::asio::io_context &ioc, std::string hostname, unsigned int tcpPort) :
            m_socket(ioc, boost::asio::ip::tcp::endpoint(boost::asio::ip::tcp::v4(), 0)),
            m_timer(ioc)
    {
        boost::asio::ip::tcp::resolver resolver(ioc);
        boost::asio::ip::tcp::resolver::query query(hostname, std::to_string(tcpPort));
        boost::asio::ip::tcp::resolver::iterator endpoint_iterator = resolver.resolve(query);
        m_remoteEndpoint = *endpoint_iterator;
    }

    ~tcpQSYNC() {
        std::cout << "tcpQSYNC destructor" << std::endl;
    }

    void run () {
        startConnection ();
        std::cout << "TCP Connection Started" << std::endl;
    }

    void startConnection() {
        m_socket.async_connect(m_remoteEndpoint,
                               [self = shared_from_this()](boost::system::error_code errorCode) {
                                   self->onConnectHandler(errorCode);
                               });
    }

    void onConnectHandler(const boost::system::error_code& error) {return;}
private:
    boost::asio::ip::tcp::socket m_socket;
    boost::asio::ip::tcp::endpoint m_remoteEndpoint;
    boost::asio::deadline_timer m_timer;
};

class udpFindQSYNC : public std::enable_shared_from_this<udpFindQSYNC> {
public:
    udpFindQSYNC(boost::asio::io_context &ioc, unsigned int udpPort) :
            m_socket(ioc, boost::asio::ip::udp::endpoint(boost::asio::ip::udp::v4(), 0)),
            m_localEndpoint(boost::asio::ip::address_v4::broadcast(), udpPort),
            m_timer(ioc) {

        m_socket.set_option(boost::asio::ip::udp::socket::reuse_address(true));
        m_socket.set_option(boost::asio::socket_base::broadcast(true));
    }

    ~udpFindQSYNC() {
        std::cout << "udpFindQSYNC() destructor" << std::endl;
    }

    void run() {
        sendUDPBroadcast();
    }

    void sendUDPBroadcast() {
        std::array<uint8_t, 2> data = {{0, 0}};

        m_socket.async_send_to(boost::asio::buffer(data, 2), m_localEndpoint,
                               [self = shared_from_this()](boost::system::error_code errorCode, std::size_t bytes) {
                                   self->onBroadcastComplete(errorCode, bytes);
                               });
    }

    void onBroadcastComplete(const boost::system::error_code &errorCode, std::size_t bytes_transferred) {
        if (errorCode == boost::system::errc::success) {
            std::cout << "UDP Broadcast "<< bytes_transferred << " byte"<< ((bytes_transferred==1) ? "" : "s") << std::endl;
            queueRead();
            createTimer();
        } else {
            std::cout << __func__ << " (" << errorCode.message() << ")" << std::endl;
        }
    }

    void createTimer() {
        // 10 second retry timer
        m_timer.expires_from_now(boost::posix_time::milliseconds(10000));
        m_timer.async_wait(
                [self = shared_from_this()] (boost::system::error_code errorCode)
                {
                    self->onTimerExpiry(errorCode);
                });
    }

    void queueRead() {
        m_socket.async_receive_from(boost::asio::buffer(m_buffer), m_remoteEndpoint,
                                    [self = shared_from_this()](boost::system::error_code errorCode, std::size_t bytes) {
                                        self->onReceiveData(errorCode, bytes);
                                    });
    }

    void onTimerExpiry(const boost::system::error_code &errorCode) {
        if (errorCode == boost::system::errc::success) {
            std::cout << "UDP Timer Expired" << std::endl;
            // Timer has expired.   Cancel outstanding read operation and start again
            m_socket.cancel();
            sendUDPBroadcast();
        } else if (errorCode == boost::system::errc::operation_canceled){
            std::cout << "Timer Operation Cancelled " << std::endl;
        }
    }

    void onReceiveData(const boost::system::error_code &errorCode, std::size_t bytes_transferred) {
        // Read has completed. Cancel the timer.
        m_timer.cancel();
        if (errorCode == boost::system::errc::success) {
            std::cout << "UDP Received Data " << bytes_transferred << " byte" <<((bytes_transferred==1) ? " " : "s ") << getIPAddress() << std::endl;
        } else if (errorCode == boost::system::errc::operation_canceled) {
            std::cout << "UDP Read Operation Cancelled " << std::endl;
        }
    }

    std::string getIPAddress() {
        std::cout << "Called getIPAddress() " << m_remoteEndpoint.address().to_string() << std::endl;
        return m_remoteEndpoint.address().to_string();
    }
private:
    boost::asio::ip::udp::socket m_socket;
    boost::asio::ip::udp::endpoint m_localEndpoint;
    boost::asio::ip::udp::endpoint m_remoteEndpoint;
    boost::asio::deadline_timer m_timer;

    std::array<uint8_t, 32> m_buffer = {0};
};

int main() {
    boost::asio::io_context ioc;
    boost::asio::io_context::strand strand(ioc);

    int loop =0;
    while (loop < 2) {
        auto udp = std::make_shared<udpFindQSYNC>(ioc, 9720);
        udp->run();
        std::string remote = udp->getIPAddress();  // Should return 192.168.0.140 in my case.
        std::cout << "Main " << remote << std::endl;

        // I want to get the address returned from the udpFindQSYNC.
        // I have hard code to no existant IP to cause timeout

        std::string nonextisthostname("192.168.0.143");
        std::make_shared<tcpQSYNC>(ioc, nonextisthostname, 9760)->run();

        loop++;
        // Run the I/O service on the main thread
        ioc.run();

我无法理解的事情

1. 我如何从 udpFindQSYNC 类返回 IP 地址以供 tcpQSYNC 类也进行连接。由于调用了 udpFindQSYNC 析构函数。

2. 我如何使用 io_context 在实质上无限循环中按顺序运行两个单独的类。

我看了一下，但不知道如何在我的上下文中使用。我总是看到 TCP 连接与 UDP 同时运行

我的程序产生的日志是:

UDP Broadcast 2 bytes
tcpQSYNC destructor
UDP Timer Expired
UDP Read Operation Cancelled 
UDP Broadcast 2 bytes
UDP Received Data 6 bytes Called getIPAddress() 192.168.0.140
192.168.0.140
Timer Operation Cancelled 
udpFindQSYNC() destructor      <- My class is detroyed
Called getIPAddress() 0.0.0.0   
Main 0.0.0.0                   <- Thus my result is wrong   
TCP Connection Started
tcpQSYNC destructor
udpFindQSYNC() destructor

有人能指出解决这两个我无法解决的问题的最佳方法吗？

Answer 1

方法 getIPAddress 可以在调用 onReceiveData 处理程序之后或在该方法内调用。

你的问题是getIPAddress被调用的太早了，m_remoteEndpoint还没有被填充，因为udp->run()立即返回并且处理程序 - onReceiveData 未被调用。

您的问题的可能解决方案:

1) 在 getIPAddress 中添加一些阻塞机制，阻塞直到 onReceiveData 被调用，然后 getIPAddress 可以结束并返回 m_remoteEndpoint地址

2) 您正在从 onReceiveData

调用 getIPAddress

第一种方法可以通过使用 condition_variable 和 isAddress 标记来实现。在 getIPAddress 中，您正在使用谓词对条件变量调用 wait，该谓词检查 isAddress 是否设置为 true。在处理程序 onReceiveData 中，您将 isAddress 设置为 true，并通知条件变量。这种方法的缺点是，在 main 中，您需要启动附加线程(在后台)，ioc.run() 在其中工作 - 以处理处理程序。如果没有这个 main 线程将在 getIPAddress 方法上被阻塞。

在第二种方式中，主循环可以简化为:

int loop =0;
while (loop < 2) 
{
    auto udp = std::make_shared<udpFindQSYNC>(ioc, 9720);
    udp->run();

    loop++;
    // Run the I/O service on the main thread
    ioc.run();
}

我认为这就是您想要的。您在 udp->run 中开始第一个异步操作，其余工作在处理程序中执行。

什么时候创建tcpQSYNC？在 onReceiveData 中，因为那时您知道要连接到的另一端的地址。

void onReceiveData(const boost::system::error_code &errorCode, std::size_t bytes_transferred) 
{
    m_timer.cancel();
    if (errorCode == boost::system::errc::success) {
        std::cout << "UDP Received Data " << bytes_transferred << " byte" <<((bytes_transferred==1) ? " " : "s ") << getIPAddress() << std::endl;
     // m_remoteEndpoint is filled here
    std::make_shared<tcpQSYNC>(ioc, m_remoteEndpoint.address().to_string(), 9760)->run();

    } else if (errorCode == boost::system::errc::operation_canceled) {
        std::cout << "UDP Read Operation Cancelled " << std::endl;
    }
}

---

这个

std::array<uint8_t, 2> data = {{0, 0}};

m_socket.async_send_to(boost::asio::buffer(data, 2), m_localEndpoint,
          [self = shared_from_this()](boost::system::error_code errorCode, std::size_t bytes) {
                self->onBroadcastComplete(errorCode, bytes);
          });

是未定义的行为。 data 是本地的。 async_send_to 立即返回。 boost::asio::buffer 不会复制传递的缓冲区。

您可以将 data 存储为类的数据成员，以确保在执行 async_send_to 时缓冲区一直存在。或者将其放入 shared_ptr 并按值将智能指针传递给 lambda - 数据的生命周期将延长。

---

在 tcpQSYNC 中，为什么要将端点传递给 m_socket？

m_socket(ioc, boost::asio::ip::tcp::endpoint(boost::asio::ip::tcp::v4(), 0))

此构造函数会将套接字绑定(bind)到给定的端点。做什么的？你是客户端，不是服务器。你应该只传递协议(protocol):

m_socket(ioc,boost::asio::ip::tcp::v4()),