UDP併發與TCP併發的區別

在TCP併發程式設計中，通常使用one loop per thread的併發模型，也就是使用多個執行緒，每個執行緒中都有一個epoll loop，無論是使用epoll還是poll或select，在觀察有無資料就緒時，都是針對多個檔案描述符。如果只有一個檔案描述符，那麼程序只要觀察那一個檔案描述符即可。

網路程式設計中，一個Socket對應一個檔案描述符。在TCP的併發中，伺服器在監聽埠初始化一個socket套接字描述符，接受客戶端後就與每個客戶端的連線有一個不同的檔案描述符，所以TCP併發中有多個socket套接字描述符。但是，UDP協議的伺服器沒有真正意義上的“連線”的概念。在訊息監聽埠和響應請求都只有一個socket套接字描述符。

UDP怎麼考慮併發？

《UNP · 卷1》中UDP章節描述了一句話：一般來說大多數TCP伺服器是併發的，而大多數UDP伺服器是迭代的。也就是伺服器等待客戶端的請求，然後讀取請求後處理，再發迴響應。如果是簡單的處理響應還可以，如果每個處理都很耗時，那麼就不得不考慮在UDP伺服器做併發處理。

併發常見的思路就是多執行緒。伺服器讀取一個新的請求後，可以交給一個執行緒處理，該執行緒在處理之後直接將響應內容發給客戶端。

雖然可以多執行緒處理讀取的每個訊息，但如果UDP伺服器與多個客戶端互動，卻沒有多個socket，這樣效率並不是很高。典型的解決方法就是：在伺服器為每個客戶端建立一個新的socket套接字並繫結一個新的埠，客戶端以後就需要以這個新的socket套接字與伺服器通訊。

總的來說：UDP併發伺服器針對多個客戶端，可以建立多個socket。針對多個請求，可以使用多執行緒（執行緒池）進行處理。

UDP 併發程式設計模型

• 多個socket（虛擬碼）

for (; ;)
{
    //等待新的客戶端連線
    recvfrom(&from_addr);
    //每有一個新的客戶端，建立一個執行緒
    pthread_create(&tid, NULL, thread_fun, &from_addr);
}

//執行緒函式
void* thread_fun(void* arg)
{
    peer = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    servaddr.sin_port = htons(0);	//繫結埠
    bind(peer, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr));
    //將這個套接字和客戶端地址連線，之後就可以使用write/read或send/recv這些函式，且不用再關心客戶端地址
    connect(peer, (struct sockaddr*)&from, sizeof(from));
    //處理請求的loop
}
 

• 使用epoll進行處理（虛擬碼）

1. UDP伺服器建立socket，並設定socket為REUSEADDR、REUSEPORT和非阻塞同時再bind伺服器地址local_addr：

listen_fd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
fcntl(listen_fd, F_SETFL, fcntl(listen_fd, F_GETFD, 0)|O_NONBLOCK)
setsockopt(listen_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));
setsockopt(listen_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEPORT, &opt, sizeof(opt));
bind(listen_fd, (struct sockaddr *)&local_addr, sizeof(struct sockaddr));

2. 建立epoll fd，並將listen_fd新增到epoll中，並監聽其可讀事件：

epoll_fd = epoll_create(100);
ep_event.events = EPOLLIN | EPOLLET;
ep_event.data.fd = listen_fd;
epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, listen_fd, &ep_event);
while (1) 
{
    in_fds = epoll_wait(epoll_fd, in_events, 1000, 5000);

3. epoll_wait返回時，如果返回的是listen_fd， 呼叫recvfrom接受client第一個UDP包，並根據recvfrom返回client地址，建立一個新的socket套接字new_fd，設定new_fd為REUSEADDR、REUSEPORT和非阻塞，同時bind本地地址local_addr然後connect上recvfrom返回的client地址：

    for (i = 0; i < in_fds; i++)
    {
        if(in_events[i].data.fd = listen_fd)
        {
            recvfrom(listen_fd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr *）&client_addr, &client_len);
            new_fd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
            fcntl(new_fd, F_SETFL, fcntl(new_fd, F_GETFD, 0)|O_NONBLOCK);
            setsockopt(new_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));
            setsockopt(new_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEPORT, &opt, sizeof(opt));
            bind(new_fd, (struct sockaddr *)&local_addr, sizeof(struct sockaddr));
            connect(new_fd, (struct sockaddr *)&client_addr, sizeof(struct sockaddr));

4. 將新建立的new_fd加入到epoll中並監聽其可讀事件：

            client_ev.events = EPOLLIN;
            client_ev.data.fd = new_fd;
            epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, new_fd, &client_ev);
        }
        else if (in_events[i].events & EPOLLIN)
        {

5. 當epoll_wait返回時，如果返回的是new_fd，那麼呼叫recvfrom來接收特定client的UDP包：

            recvfrom(new_fd, recvbuf, sizeof(recvbuf), 0, (struct sockaddr *)&client_addr, &client_len);
            data->fd = new_fd;
            data-> ptr= process(recvbuf); /*data中包括socket資訊*/
            ev.data.ptr = data;
            ev.events = EPOLLOUT | EPOLLET;
            epoll_ctl(epoll_fd,EPOLL_CTL_MOD,new_fd,&ev);
        }
        else if (in_events[i].events & EPOLLOUT)
        {
            sockfd = data->fd;
            send( sockfd, data->ptr, strlen((char*)data->ptr), 0 );
            ev.data.ptr = data;
            ev.events = EPOLLIN | EPOLLET;
            epoll_ctl(epoll_fd,EPOLL_CTL_MOD,sockfd,&ev);
        }
        else
        {
        }
	}
}