项目(百万并发网络通信架构)10.3---send()函数的极限测试
2024-04-13 07:51:50
前言
- 本文进行send()函数的测试，查看在不同的情况下send()函数每秒大概可以执行多少次
- 因为是对send()函数测试，所以我们用客户端给服务器send()发送数据，不接收数据；服务端只使用recv()函数接收数据，但是不给客户端发送数据
- 我们使用client给server发送大量数据，但是将client中的send()函数参数3改为1，因此每次只发送1个字节的数据，但是因为单个数据包为100字节，所以需要循环调用100次send才能将一个完整的数据包发送出去，这样就更加可以测试出recv()函数的执行极限了
一、代码改造
服务端代码修改（EasyTcpServer.hpp）
- 将CellServer::RecvData()中recv()函数的参数3改为RECV_BUFF_SIZE，其余代码不变，代码过长就不复制粘贴了，代码参阅：https://blog.csdn.net/qq_41453285/article/details/105700236
服务端测试程序（server.cpp）
#include "EasyTcpServer.hpp" #include "MessageHeader.hpp"int main() {EasyTcpServer server;server.Bind("192.168.0.105", 4567);server.Listen(5);server.Start(4);while (server.isRun()){server.Onrun();}server.CloseSocket();std::cout << "服务端停止工作!" << std::endl;getchar(); //防止程序一闪而过return 0; }
客户端测试程序（EasyTcpClient.hpp）
- 只要修改SendData()函数即可：将send()的参数1改为1，这样每次send()只发送1个字节的数据，但是因为单个数据包为100字节，所以需要循环调用100次send才能将一个完整的数据包发送出去
int EasyTcpClient::SendData(DataHeader* header,int nLen) {int ret = SOCKET_ERROR;if (isRun() && header){//每次发送1字节，因为单个数据包为100字节，所以需要调用100次send才能将一个完整的数据包发送出去for (int n = 0; n < 100; n++){//每次发送1字节ret = send(_sock, ((const char*)header + n), 1, 0);if (ret == SOCKET_ERROR) {CloseSocket();printf("Client:socket<%d>发送数据错误，关闭客户端连接\n", static_cast<int>(_sock));}}}return ret; }
- 总代码如下：
#ifndef _EasyTcpClient_hpp_ #define _EasyTcpClient_hpp_#ifdef _WIN32#define WIN32_LEAN_AND_MEAN#define _WINSOCK_DEPRECATED_NO_WARNINGS //for inet_pton()#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS#include <windows.h>#include <WinSock2.h>#pragma comment(lib, "ws2_32.lib") #else#include <unistd.h>#include <sys/socket.h>#include <sys/types.h>#include <arpa/inet.h>#include <netinet/in.h>#include <sys/select.h>//在Unix下没有这些宏，为了兼容，自己定义#define SOCKET int#define INVALID_SOCKET (SOCKET)(~0)#define SOCKET_ERROR (-1) #endif//接收缓冲区的大小 #ifndef RECV_BUFF_SIZE #define RECV_BUFF_SIZE 10240 #endif // !RECV_BUFF_SIZE#include <iostream> #include <string.h> #include <stdio.h> #include "MessageHeader.hpp"using namespace std;class EasyTcpClient { public:EasyTcpClient() :_sock(INVALID_SOCKET), _isConnect(false), _lastPos(0) {memset(_recvBuff, 0, sizeof(_recvBuff));memset(_recvMsgBuff, 0, sizeof(_recvMsgBuff));}virtual ~EasyTcpClient() { CloseSocket(); } public:void InitSocket(); //初始化socketvoid CloseSocket(); //关闭socketbool Onrun(); //处理网络消息bool isRun() { return ((_sock != INVALID_SOCKET) && _isConnect); } //判断当前客户端是否在运行int ConnectServer(const char* ip, unsigned int port); //连接服务器//使用RecvData接收任何类型的数据，然后将消息的头部字段传递给OnNetMessage()函数中，让其响应不同类型的消息int RecvData(); //接收数据virtual void OnNetMessage(DataHeader* header); //响应网络消息int SendData(DataHeader* header, int nLen) ; //发送数据 private:SOCKET _sock;bool _isConnect; //当前是否连接char _recvBuff[RECV_BUFF_SIZE]; //第一缓冲区(接收缓冲区)，用来存储从网络缓冲区中接收的数据char _recvMsgBuff[RECV_BUFF_SIZE * 5]; //第二缓冲区(消息缓冲区)，将第一缓冲区中的数据存储在这个缓冲区中，并在这个缓冲区中对数据进行处理(粘包拆包处理)int _lastPos; //用来标识当前消息缓冲区中数据的结尾位置 };void EasyTcpClient::InitSocket() {//如果之前有连接了，关闭旧连接，开启新连接if (isRun()){std::cout << "<Socket=" << (int)_sock << ">：关闭旧连接，建立了新连接" << std::endl;CloseSocket();}#ifdef _WIN32WORD ver = MAKEWORD(2, 2);WSADATA dat;WSAStartup(ver, &dat); #endif_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);if (INVALID_SOCKET == _sock) {std::cout << "ERROR:建立socket失败!" << std::endl;}else {//std::cout << "<Socket=" << (int)_sock << ">：建立socket成功!" << std::endl;} }int EasyTcpClient::ConnectServer(const char* ip, unsigned int port) {if (!isRun()){InitSocket();}//声明要连接的服务端地址（注意，不同平台的服务端IP地址也不同）struct sockaddr_in _sin = {}; #ifdef _WIN32_sin.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr(ip); #else_sin.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip); #endif_sin.sin_family = AF_INET;_sin.sin_port = htons(port);//连接服务端int ret = connect(_sock, (struct sockaddr*)&_sin, sizeof(_sin));if (SOCKET_ERROR == ret) {std::cout << "<Socket=" << (int)_sock << ">：连接服务端(" << ip << "," << port << ")失败!" << std::endl;}else {_isConnect = true;//std::cout << "<Socket=" << (int)_sock << ">：连接服务端(" << ip << "," << port << ")成功!" << std::endl;}return ret; }void EasyTcpClient::CloseSocket() {if (_sock != INVALID_SOCKET){ #ifdef _WIN32closesocket(_sock);WSACleanup(); #elseclose(_sock); #endif_sock = INVALID_SOCKET;_isConnect = false;} }bool EasyTcpClient::Onrun() {if (isRun()){fd_set fdRead;FD_ZERO(&fdRead);FD_SET(_sock, &fdRead);struct timeval t = { 0,0 };int ret = select(_sock + 1, &fdRead, NULL, NULL, &t);if (ret < 0){std::cout << "<Socket=" << _sock << ">：select出错！" << std::endl;return false;}if (FD_ISSET(_sock, &fdRead)) //如果服务端有数据发送过来，接收显示数据{FD_CLR(_sock, &fdRead);if (-1 == RecvData()){std::cout << "<Socket=" << _sock << ">：数据接收失败，或服务端已断开！" << std::endl;CloseSocket();return false;}}return true;}return false; }int EasyTcpClient::RecvData() {int _nLen = recv(_sock, _recvBuff, RECV_BUFF_SIZE, 0);if (_nLen < 0) {std::cout << "<Socket=" << _sock << ">：recv函数出错！" << std::endl;return -1;}else if (_nLen == 0) {std::cout << "<Socket=" << _sock << ">：接收数据失败，服务端已关闭!" << std::endl;return -1;}//std::cout << "_nLen=" << _nLen << std::endl;//将获取的数据拷贝到消息缓冲区memcpy(_recvMsgBuff + _lastPos, _recvBuff, _nLen);_lastPos += _nLen;//如果_recvMsgBuff中的数据长度大于等于DataHeaderwhile (_lastPos >= sizeof(DataHeader)){DataHeader* header = (DataHeader*)_recvMsgBuff;//如果_lastPos的位置大于等于一个数据包的长度，那么就会这个数据包进行处理if (_lastPos >= header->dataLength){//剩余未处理消息缓冲区的长度int nSize = _lastPos - header->dataLength;//处理网络消息OnNetMessage(header);//处理完成之后，将_recvMsgBuff中剩余未处理部分的数据前移memcpy(_recvMsgBuff, _recvMsgBuff + header->dataLength, nSize);_lastPos = nSize;}else {//消息缓冲区剩余数据不够一条完整消息break;}}return 0; }void EasyTcpClient::OnNetMessage(DataHeader* header) {switch (header->cmd){case CMD_LOGIN_RESULT: //如果返回的是登录的结果{LoginResult* loginResult = (LoginResult*)header;//std::cout << "<Socket=" << _sock << ">，收到服务端数据：CMD_LOGIN_RESULT,数据长度：" << loginResult->dataLength << "，结果为：" << loginResult->result << std::endl;}break;case CMD_LOGOUT_RESULT: //如果是退出的结果{LogoutResult* logoutResult = (LogoutResult*)header;//std::cout << "<Socket=" << _sock << ">，收到服务端数据：CMD_LOGOUT_RESULT,数据长度：" << logoutResult->dataLength << "，结果为：" << logoutResult->result << std::endl;}break;case CMD_NEW_USER_JOIN: //有新用户加入{NewUserJoin* newUserJoin = (NewUserJoin*)header;//std::cout << "<Socket=" << _sock << ">，收到服务端数据：CMD_NEW_USER_JOIN,数据长度：" << newUserJoin->dataLength << "，新用户Socket为：" << newUserJoin->sock << std::endl;}break;case CMD_ERROR: //错误消息{//错误消息的类型就是DataHeader的，因此直接使用header即可//std::cout << "<Socket=" << _sock << ">，收到服务端数据：CMD_ERROR，数据长度：" << header->dataLength << std::endl;}break;default:{//std::cout << "<Socket=" << _sock << ">，收到服务端数据：未知类型的消息，数据长度：" << header->dataLength << std::endl;}} }int EasyTcpClient::SendData(DataHeader* header,int nLen) {int ret = SOCKET_ERROR;if (isRun() && header){//每次发送1字节，因为单个数据包为100字节，所以需要调用100次send才能将一个完整的数据包发送出去for (int n = 0; n < 100; n++){//每次发送1字节ret = send(_sock, ((const char*)header + n), 1, 0);if (ret == SOCKET_ERROR) {CloseSocket();printf("Client:socket<%d>发送数据错误，关闭客户端连接\n", static_cast<int>(_sock));}}}return ret; }#endif // !_EasyTcpClient_hpp_
客户端测试程序（client.cpp）
- 其实没有什么变化，只是在每次调用SendData()函数之后将sendCount+=100，因为每执行一次SendData()，send()就会执行100次
#include "EasyTcpClient.hpp" #include "CELLTimestamp.hpp" #include <thread> #include <atomic>bool g_bRun = false; const int cCount = 400; //客户端的数量 const int tCount = 4; //线程的数量 std::atomic_int sendCount = 0; //send()函数执行的次数 std::atomic_int readyCount = 0;//代表已经准备就绪的线程数量 EasyTcpClient* client[cCount]; //客户端的数组void cmdThread(); void sendThread(int id);int main() {g_bRun = true;//UI线程，可以输入命令std::thread t(cmdThread);t.detach();//启动发送线程for (int n = 0; n < tCount; ++n){std::thread t(sendThread, n + 1);t.detach();}//每1秒中打印一次信息(其中包括send()函数的执行次数)CELLTimestamp tTime;while (true){auto t = tTime.getElapsedSecond();if (t >= 1.0){printf("time<%lf>,thread numer<%d>,client number<%d>,sendCount<%d>\n",t, tCount, cCount, static_cast<int>(sendCount / t));sendCount = 0;tTime.update();}Sleep(1);}return 0; }void cmdThread() {char cmdBuf[256] = {};while (true){std::cin >> cmdBuf;if (0 == strcmp(cmdBuf, "exit")){g_bRun = false;break;}else {std::cout << "命令不识别，请重新输入" << std::endl;}} }void sendThread(int id) {/*下面这几个变量是为了平均每个线程创建的客户端的数量：例如，本次测试时客户端数量为1000，线程数量为4，那么每个线程应该创建250个客户端线程1：c=250，begin=0,end=250线程2：c=250，begin=250,end=500线程3：c=250，begin=500,end=750线程4：c=250，begin=750,end=1000*/int c = cCount / tCount;int begin = (id - 1)*c;int end = id*c;for (int n = begin; n < end; ++n) //创建客户端{client[n] = new EasyTcpClient;}for (int n = begin; n < end; ++n) //让每个客户端连接服务器{client[n]->ConnectServer("192.168.0.105", 4567);}printf("Thread<%d>,Connect=<begin=%d, end=%d>\n", id, (begin + 1), end);//将readyCount，然后判断readyCount是否达到了tCount//如果没有，说明所有的线程还没有准备好，那么就等待所有线程都准备好一起返回发送数据readyCount++;while (readyCount < tCount){std::chrono::microseconds t(10);std::this_thread::sleep_for(t);}//这里定义为数组，可以随根据需求修改客户端单次发送给服务端的数据包数量const int nNum = 1;Login login[nNum];for (int n = 0; n < nNum; ++n){strcpy(login[n].userName, "dongshao");strcpy(login[n].PassWord, "123456");}//在外面定义nLen，就不用每次在for循环中SendData时还要去sizeof计算一下login的大小int nLen = sizeof(login);//循环向服务端发送消息while (g_bRun){for (int n = begin; n < end; ++n){if (client[n]->SendData(login, nLen) != SOCKET_ERROR){sendCount += 100;}//client[n]->Onrun();}}//关闭客户端for (int n = begin; n < end; ++n){client[n]->CloseSocket();delete client[n];}printf("thread:all clients close the connection!\n"); }
二、测试1
- 客户端：修改client.cpp，使其执行4个线程，4个客户端连接，然后给服务端发送数据，send()函数每次只发送一个字节
- 服务端：server.cpp不变，每次Start 4个线程（也就是EasyTcpServer中有4个CellServer子服务器接收数据）接收数据，接收客户端的数据
测试结果
- 先开启一个服务端（左侧），再开启一个客户端（右侧）：
- 左侧为服务端：服务端每秒大概接收5000个数据包（每个数据包100字节），recv()函数每秒执行的次数为5万多次(因为客户端send()函数每次只发送1字节数据，因此服务端的recv()函数执行的次数比较多，因为只要客户端有数据，服务端就调用recv()接收)
- 右侧为客户端：客户端每秒钟大概执行50万次send()函数
- 现在我们保持服务端不变（左侧所示），然后逐个开启多个客户端（右侧所示）：
- 左侧为服务端：其情况基本不变
- 右侧为客户端：当客户端数量增加的时候，可以看到单个客户端每秒钟执行的send()函数的次数由50万左右降低到25万左右，也就是所send()的次数被平摊了（如果继续增加客户端的数量，那么单个客户端的send()次数还会减少，并且数量也是被平摊的）
三、测试2
- 客户端：修改client.cpp，使其执行4个线程，400个客户端连接，其余不变同上
- 服务端：不变，同上
测试结果
- 先开启一个服务端（左侧），再开启一个客户端（右侧）：
- 左侧为服务端：服务端每秒大概接收5000个数据包（每个数据包100字节），recv()函数每秒执行的次数为5万多次(因为客户端send()函数每次只发送1字节数据，因此服务端的recv()函数执行的次数比较多，因为只要客户端有数据，服务端就调用recv()接收)
- 右侧为客户端：客户端每秒钟大概执行50万次send()函数
- 现在我们保持服务端不变（左侧所示），然后逐个开启多个客户端（右侧所示）：
- 左侧为服务端：其情况基本不变
- 右侧为客户端：当客户端数量增加的时候，可以看到单个客户端每秒钟执行的send()函数的次数由50万左右降低到25万左右，也就是所send()的次数被平摊了，情况与上面的实验相似
四、总结
- 上面的测试用到的线程数目比较固定，当然如果更改线程数目，或者在线程数不同的CPU的系统上运行，效果会不一致
- 至于为什么当客户端数量增加之后，每个客户端的send()次数会减少并且平摊，因为其发送缓冲区已经达到上限了
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