Boost高性能网络编程

一、课程目标

本次课程围绕高性能网络编程这一主题，从众多的Boost类库中挑选出Boost.Asio、Boost.Thread以及其它配套的实用库，作为主要学习的内容，通过本次课程的学习，学员将具备以下能力：

• 掌握智能指针、高阶函数对象、对象序列化/反序列化等类库的使用；
• 理解现代操作系统线程模型、并发以及同步机制；
• 熟练使用Boost.Thread线程管理和同步机制接口开发并发应用；
• 深刻理解现代操作系统中事件多路分离和分派机制如select、epoll等、了解异步I/O以及完成事件的分派；
• 熟练使用Boost.Asio构建稳定、高效和灵活的网络应用。

二、参训要求

参加本次课程的学员须具备以下能力：

• 熟练掌握C++语法，理解C++面向对象和泛型（模板）机制；
• 了解TCP/IP协议，有网络编程概念。

三、课程实践环境

• 学员自备电脑
• 实践平台 (以下二者之一)：
  • Win32 / Visual Studio 2008 (或更新)
  • Linux 2.6.18+ x86-32 / GCC 4.1.2+ / Eclipse CDT 、vi
• Boost 1.47.0+

注：在上课之前，学员须搭建好上述开发实践环境，如有困难，可以在开课前通过E-Mail或MSN、QQ等方式与讲师沟通。

四、课程大纲

本次课程由以下几个部分构成：

1、Boost.Serialization - 序列化

• 基本类型和自定义类型的序列化；
• 数组、指针和智能指针的序列化；
• STL容器、std::string的序列化；
• 识别类的版本；
• XML格式的archive；
• 二进制格式的archive。

2、Boost.Smart_Ptr - 智能指针

• 回顾std::auto_ptr<>；
• 无Copyable 语义的scoped_ptr<>；
• shared_ptr<>；
• weak_ptr<>；
• enable_shared_from_this<>；

3、Boost.Bind and Boost.Function- 函数对象相关

• 什么是函数对象？
• 回顾std::bind1st()、std::bind2nd()、std::mem_fun()、std::ptr_fun()等适配器；
• Boost bind()；
• Boost Function；
• Boost ref()。

4、Boost.Signals2 - 实现回调机制

• Boost Signal2：线程安全的Signal-Slot机制 (Publishers → Signals/Subscribers → Slots)，即Observer模式的实现；
• 简单的回调；
• 多个Slot回调；
• 管理Connections；
• 一些示例。

5、一些实用类库

• Boost.Property_Tree；
• Boost.Format；

6、Boost.Thread - 多线程

• 线程与进程之区别；
• 用户线程与内核线程；
• 不同操作系统中的线程模型；
• 线程管理：线程创建、中断、分离/连接等；
• 同步机制：Mutex、Lock、Condition_variable、TSS等。

7、Boost.Asio - 网络编程

Boost.Asio库，通过对各类操作系统原生的socket API以及事件多路分离、异步I/O API的封装，构成了一个性能优秀、可移植性高、便于编程的网络编程框架，使复杂的网络编程任务变得简单、安全、并且高效。

• Asio相关概念：同步I/O和异步I/O、Proactor模式、Asio和线程；
• Linux 下 I/O事件多路分离机制：select、epoll；
• TCP同步I/O Server/Client编程示例；
• UDP同步I/O Server/Client编程示例；
• TCP异步I/O Server/Client编程示例；
• UDP异步I/O Server/Client编程示例；
• Timer - 定时器；
• Asio核心接口介绍。

8、高性能网络编程讨论

• 考究高性能网络编程中应该遵循的原则，讨论并发、同步、事件多路分离等机制的适用场合。
• 网络应用的瓶颈在何处？
• 事件多路分离 vs 一连接一线程 (Event demultiplexing vs One thread per connection)；
• 同步I/O vs 异步I/O (Synchronous I/O vs Asynchronous I/O)；
• 如何适当地使用多线程？
• 什么时候需要多个 事件多路分离线程？

9、应用层协议定义与实现

• 为什么要自定义应用层协议？
• 定义应用层协议 (以XMMEP协议为例)；
• 用C++实现自定义的协议 (以XMMEP协议为例)。

注：XMMEP为X-Messenger Message Exchanging Protocol。

五、时间安排

课程时间：3天，以每天6小时计，具体安排如下：

• Day1
  • 1 - Boost.Serialization - 序列化
  • 2 - Boost.Smart_Ptr - 智能指针
  • 3 - Boost.Bind and Boost.Function- 函数对象相关
  • 4 - Boost.Signals2 - 实现回调机制
  • 5 - 一些实用类库
• Day2
  • 6 - Boost.Thread - 多线程
  • 7 - Boost.Asio - 网络编程1
• Day3
  • 7 - Boost.Asio - 网络编程2
  • 8 - 高性能网络编程讨论
  • 9 - 应用层协议定义与实现
  • 课程回顾与总结

六、课程资源

      可获取的课程资源见：教学资源。